[发明专利]用于智能加载多维相似模型试验的多场源监测及分析系统

说明书

本发明公开了一种用于智能加载多维相似模型试验的多场源监测及分析系统，智能加载多维相似模型试验装置对岩层模型进行构建和加载模拟；还包括用于对岩层模型进行检测的应变场监测模块、位移场监测模块、温度场监测模块、地电场监测模块和动态信号监测模块；各监测模块均包括布置在岩层模型内部或表面的监测元件，和用于接收监测元件的监测信号的采集仪器；各监测模块对应的采集仪器分别与5个环网交换机电性连接，5个环网交换机与数据处理/分析模块电性连接。本发明采用多场源即应变场、位移场、温度场、地电场、动态信号对模拟煤岩层变形破坏进行综合动态监测，较以往单一场源等测试方法相比更加准确，可大大提高岩层变形破坏解释精度。

技术领域

本发明涉及相似物理模拟试验技术领域，更具体的说是涉及一种用于智能加载多维相似模型试验的多场源监测及分析系统。

背景技术

我国煤炭资源相对丰富，但是赋存条件也相对复杂，开采难度较大。目前，深部煤炭开采基础研究相对薄弱，使得煤炭行业在满足能源发展需求的同时，自身也付出了较大的代价。其中，采动围岩变形破坏的精准探测是进行科学采矿、岩层控制、保水采煤及地表生态修护等控灾技术的基础。针对采场围岩变形破坏机制及其演化规律关键科学问题，国内外众多学者进行了大量的深入研究。其中，物理模型试验是解决上述问题的有效手段。

目前，现有的相似物理模型试验框架多为二维形态，仅能进行平面应力模型试验，难以获取岩层变形过程中三维空间特征信息，而且无法对底板突水演化过程进行有效的模拟。同时由于模型框架尺寸受限，常无法模拟整个地层，需要在顶部通过施压达到应力条件，目前大多使用配重块的形式进行人工堆叠，费时费力且存在操作风险。对于测试手段，物理模型试验中多采用近景摄影、百分表、应变片、压力传感器等手段对采场围岩进行探测，由于测试精度较低、且多为点式传感器，无法进行有效的连续、实时测试。

综上可见，现有二维平面应力模型无法获取三维空间特征信息，无法对底板突水进行有效模拟；同时测试手段较为单一，且多为二维静态数据体，无法对模型进行动态实时监测，已无法满足目前智慧矿山建设需求。

因此，迫切需要一种智能加载且能考虑承压水作用的多维、多尺度相似模型试验装置，并且搭载多场源动态监测分析系统，从而能有效解决现有模型及监测方法中存在的三维空间难以重构、自动化程度低、关键信息获取难度高等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于智能加载多维相似模型试验的多场源监测及分析系统，旨在解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于智能加载多维相似模型试验的多场源监测及分析系统，包括智能加载多维相似模型试验装置，所述智能加载多维相似模型试验装置能够实现对岩层模型的构建和加载模拟；还包括：用于对所述岩层模型进行检测的应变场监测模块、位移场监测模块、温度场监测模块、地电场监测模块和动态信号监测模块；各监测模块均包括布置在所述岩层模型内部或表面的监测元件，和用于接收所述监测元件的监测信号的采集仪器；各监测模块对应的所述采集仪器分别与5个环网交换机电性连接，5个所述环网交换机与数据处理/分析模块电性连接。

通过上述技术方案，本发明采用多场源即应变场、位移场、温度场、地电场、动态信号对模拟煤岩层变形破坏进行综合动态监测，较以往单一场源等测试方法相比更加准确，可大大提高岩层变形破坏解释精度。

优选的，在上述一种用于智能加载多维相似模型试验的多场源监测及分析系统中，所述应变场监测模块包括埋设于所述岩层模型内部的点式应变片、分布式应变光纤和第一光纤光栅传感器；所述点式应变片通过通讯线与动态应力应变测试仪电性连接；所述分布式应变光纤通过通讯线与分布式光纤应变测试仪电性连接；所述第一光纤光栅传感器通过通讯线与光纤光栅应变测试仪电性连接。点式应变片埋置于岩层模型内部，布设系统可根据实际需求调整；分布式应变光纤同样埋置于岩层模型内部，可横向、竖向和斜向铺设；第一光纤光栅传感器进行准分布式布设，布设工艺与分布式应变光纤一致。