一种用于研究煤岩介质中应力波传播规律的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于研究煤岩介质中应力波传播规律的装置，包括煤岩实物模型和应力波检测装置；所述煤岩实物模型包括第一泥质粉砂岩、设置于所述第一泥质粉砂岩上的煤层和设置于所述煤层上的第二泥质粉砂岩，所述煤层中设置有煤矸石和通孔；所述应力波检测装置包括顶面开口的安装盒，所述煤岩实物模型设置于所述安装盒中，所述第一泥质粉砂岩一侧的安装盒的内侧壁上设置有步进电机和与所述步进电机连接的传动装置，所述传动装置上设置有信号发射装置，所述第二泥质粉砂岩一侧的安装盒的内侧壁上设置有至少两个用于接收信号发射装置发射的信号的接收器。本实用新型的煤岩实物模型测量参数和检测装置参数可控且危险性低。
【专利说明】一种用于研究煤岩介质中应力波传播规律的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于煤矿开采【技术领域】，具体涉及一种用于研究煤岩介质中应力波传播规律的装置。
【背景技术】
[0002]在岩石力学研究领域中，应力波在固体中的传播规律是非常重要的研究方向。应力波在煤岩介质中的传播规律对分析煤矿瓦斯聚集区域，及其煤矿透水点的分析中具有重要的理论意义。
[0003]然而，现阶段对应力波在煤岩介质中的传播规律进行研究的主要手段大多为现场测量的方式，由于采用现场测量的方式，参数不易控制，且存在危险性，因此现场测试无法对应力波在煤岩介质中的传播规律进行准确研究。
实用新型内容
[0004]本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于研究煤岩介质中应力波传播规律的装置，该装置的煤岩实物模型测量参数和检测装置参数可控且危险性低。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种用于研究煤岩介质中应力波传播规律的装置，包括煤岩实物模型和应力波检测装置；
[0006]所述煤岩实物模型包括第一泥质粉砂岩、设置于所述第一泥质粉砂岩上的煤层和设置于所述煤层上的第二泥质粉砂岩，所述煤层中设置有煤矸石和通孔；
[0007]所述应力波检测装置包括顶面开口的安装盒，所述煤岩实物模型设置于所述安装盒中，所述第一泥质粉砂岩一侧的安装盒的内侧壁上设置有步进电机和与所述步进电机连接的传动装置，所述传动装置上设置有信号发射装置，所述第二泥质粉砂岩一侧的安装盒的内侧壁上设置有至少两个用于接收信号发射装置发射的信号的接收器。
[0008]所述安装盒与所述煤岩实物模型之间还设置有水。
[0009]所述第一泥质粉砂岩的形状、第二泥质粉砂岩的形状、煤层的形状和煤矸石的形状均为长方体形；
[0010]所述第一泥质粉砂岩的长度和所述第二泥质粉砂岩的长度均在99cm?1lcm的范围内，所述第一泥质粉砂岩的厚度和所述第二泥质粉砂岩的厚度均在9.5cm?10.5cm的范围内，所述第一泥质粉砂岩的宽度和所述第二泥质粉砂岩的宽度均在9.5cm?10.5cm的范围内；
[0011]所述煤层的长度在99cm?1lcm的范围内，所述煤层的厚度在9.5cm?10.5cm的范围内，所述煤层的宽度在24.5cm?25.5cm的范围内；
[0012]所述煤矸石的数量为两个，两个煤矸石的长度分别为60cm和25cm，两个煤矸石的厚度均在9.5cm?10.5cm的范围内，两个煤矸石的宽度均为2cm ；
[0013]所述通孔的形状为圆形，所述通孔的直径为5cm。
[0014]所述步进电机为永磁式步进电机，所述步进电机的型号为常州微电机总厂生产的SMD-401型，所述传动装置为皮带传动装置，所述信号发射装置利用铆接方式固定在所述皮带传动装置的皮带上。
[0015]所述接收器的数量为4个，所述接收器利用铆接方式固定在所述安装盒的内侧壁上。
[0016]所述信号发射装置为超声波发射器，所述接收器为超声波接收器。
[0017]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0018]1、本实用新型的煤岩实物模型测量参数可控，煤层中的煤矸石用于模仿实际的煤层中的杂质，其在煤层的具体分布位置具有随机性，能够更生动地模仿杂质的分布；煤层中的通孔用于模仿实际的煤层中的裂痕，其在煤层的具体位置也具有随机性。
[0019]2、本实用新型的检测装置参数可控，步进电机可控制传动装置以不同的速度运动，进而改变信号发射装置在煤岩实物模型钱的运动速度，以保证接收器可以接收到动态的应力波。
[0020]3、本实用新型无需现场测量，危险性低。
[0021]综上所述，本实用新型提供一种参数可控且危险性低的用于研究煤岩介质中应力波传播规律的装置。
[0022]下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为本实用新型的俯视图。
[0025]图2为本实用新型的立体图。
[0026]图3为本实用新型煤岩实物模型的结构示意图。
[0027]图4为本实用新型检测装置的结构示意图。
[0028]附图标记说明:1、煤岩实物模型；10、第一泥质粉砂岩；11、煤层；12、煤矸石；13、通孔；14、第二泥质粉砂岩；2、应力波检测装置；21、安装盒；22、步进电机；23、传动装置；24、信号发射装置；25、接收器。
【具体实施方式】
[0029]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0030]本实用新型实施例提供一种用于研究煤岩介质中应力波传播规律的装置，如图1及图2所示，包括煤岩实物模型I和与煤岩实物模型I连接的应力波检测装置2。
[0031]下面，本实用新型实施例对煤岩实物模型及检测装置分别进行描述。
[0032]如图3所示，为本实用新型实施例提供的煤岩实物模型1，煤岩实物模I包括第一泥质粉砂岩10、设置于第一泥质粉砂岩10上的煤层11和设置于煤层11上的第二泥质粉砂岩14，煤层11中设置有煤矸石12和通孔13。
[0033]进一步地，第一泥质粉砂岩10和第二泥质粉砂岩14的长度均在99cm?1lcm的范围内，第一泥质粉砂岩10和第二泥质粉砂岩14的厚度均在9.5cm?10.5cm的范围内，第一泥质粉砂岩10和第二泥质粉砂岩14的宽度均在9.5cm?10.5cm的范围内。
[0034]优选地，第一泥质粉砂岩10和第二泥质粉砂岩14的长度均为100cm，第一泥质粉砂岩10和第二泥质粉砂岩14的厚度为1cm,第一泥质粉砂岩10和第二泥质粉砂岩14的宽度为10cm。
[0035]进一步地，煤层11的长度在99cm?1lcm的范围内，煤层11的厚度在9.5cm?10.5cm的范围内，煤层11的宽度在24.5cm?25.5cm的范围内。
[0036]优选地，煤层11的长度为100cm，厚度为10cm，宽度为25cm。
[0037]进一步地,煤砰石12的数量为两个，该两个煤砰石12的长度分别为60cm和25cm,该两个煤矸石12的厚度均在9.5cm?10.5cm的范围内，该两个煤矸石12的宽度为2cm。
[0038]优选地，煤矸石12的厚度均为10cm。
[0039]需要说明的是，煤矸石用于模拟实际的煤层中的杂质，煤矸石在煤层的具体分布位置具有一定的随机性，可分布在煤层中的任意位置，这样能够更切实际地模仿杂质的分布。
[0040]进一步地,通孔13的直径为5cm。
[0041]需要说明的是，本实用新型实施例的通孔可以为圆形的孔洞，具体用于模仿在实际的煤层中的裂隙，在实际采煤过程中，这样的裂隙可能含有瓦斯等高压危险气体，这也是导致实际采煤过程中事故发生的原因之一，为了更好地模仿裂隙的分布，通孔的位置也具有一定的随机性。
[0042]如图4所示，为本实用新型实施例提供的应力波检测装置2的结构示意图，该应力波检测装置2包括顶面开口的安装盒21，图3中的煤岩实物模型I设置于安装盒21中，第一泥质粉砂岩一侧的安装盒21的内侧壁上设置有步进电机22和与步进电机22连接的传动装置23，传动装置23上设置有信号发射装置24，第二泥质粉砂岩一侧的安装盒21的内侧壁上设置有至少两个用于接收信号发射装置24发射的信号的接收器25。至少两个接收器25接收来自信号发射装置24发出的经煤岩实物模型I传播的应力波。
[0043]进一步地，结合图1所示，安装盒21与煤岩实物模型I之间还设置有水(图中未画出)。其目的是通过水来使得信号发射装置24与煤岩实物模型1、接收器25与煤岩实物模型I耦合。
[0044]需要说明的是，在用该装置的研究煤岩介质中应力波传播规律的过程中，需要保证水能够淹没信号发射装置与接收器，并且，利用水进行耦合仅是本实用新型实施例提供的优选方式，也可以利用空气进行耦合。
[0045]进一步地，步进电机22可以为永磁式步进电机，步进电机22的型号为常州微电机总厂生产的SMD-401型，并需具有防水的性能。传动装置23为皮带传动装置，信号发射装置24利用铆接方式固定在皮带传动装置的皮带上。
[0046]需要说明的是，信号发射装置固定在皮带传动装置皮带上的方式可以为多种，例如焊接等，本实用新型实施例提出的铆接方式仅为优选方式，其它固定方式也应在本实用新型实施例的保护范围之内。
[0047]进一步地，接收器25的数量可以为4个，接收器25利用铆接方式固定在安装盒21上。
[0048]进一步地，上述的信号发射装置24为超声波发射装置，接收器25为超声波接收器。
[0049]本实用新型的工作过程如下:步进电机控制皮带传动装置的皮带的运动速度和运动角度，从而控制设置于皮带上的信号发射装置24以不同的速度和方向在煤岩实物模型I一侧运动。信号发射装置24在运动的过程中以预定的周期发射信号，该信号经过水的耦合，沿煤岩实物模型I传播至设置在煤岩实物模型I另一侧的接收器25，由于信号发射装置24能够在煤岩实物模型I 一侧运动，进而保证了设置在煤岩实物模型I另一侧的四个接收器25能从不同的方位接收到动态的应力波，同时，煤岩实物模型I中随机设置有用于模拟实际的煤层中的裂隙和杂质的通孔13和煤矸石12，从而本实用新型实现了研究煤岩介质中应力波的传播规律。
[0050]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
【权利要求】
1.一种用于研究煤岩介质中应力波传播规律的装置，其特征在于，包括煤岩实物模型(I)和应力波检测装置(2); 所述煤岩实物模型(I)包括第一泥质粉砂岩(10)、设置于第一泥质粉砂岩(10)上的煤层(11)和设置于煤层(11)上的第二泥质粉砂岩(14)，所述煤层(11)中设置有煤矸石(12)和通孔(13)； 所述应力波检测装置(2)包括顶面开口的安装盒(21)，所述煤岩实物模型(I)设置于安装盒(21)中，所述第一泥质粉砂岩(10) —侧的安装盒(21)的内侧壁上设置有步进电机(22)和与步进电机(22)连接的传动装置(23)，所述传动装置(23)上设置有信号发射装置(24)，所述第二泥质粉砂岩(14) 一侧的安装盒(21)的内侧壁上设置有至少两个用于接收信号发射装置(24)发射的信号的接收器(25)。
2.根据权利要求1所述的一种用于研究煤岩介质中应力波传播规律的装置，其特征在于，所述安装盒(21)与所述煤岩实物模型(I)之间还设置有水。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于研究煤岩介质中应力波传播规律的装置，其特征在于，所述第一泥质粉砂岩(10)的形状、第二泥质粉砂岩(14)的形状、煤层(11)的形状和煤矸石(12)的形状均为长方体形； 所述第一泥质粉砂岩(10)的长度和第二泥质粉砂岩(14)的长度均在99cm?1lcm的范围内，所述第一泥质粉砂岩(10)的厚度和第二泥质粉砂岩(14)的厚度均在9.5cm?10.5cm的范围内，所述第一泥质粉砂岩(10)的宽度和第二泥质粉砂岩(14)的宽度均在9.5cm?10.5cm的范围内； 所述煤层(11)的长度在99cm?1lcm的范围内，所述煤层(11)的厚度在9.5cm?10.5cm的范围内，所述煤层(11)的宽度在24.5cm?25.5cm的范围内； 所述煤矸石(12)的数量为两个，两个煤矸石(12)的长度分别为60cm和25cm，两个煤矸石(12)的厚度均在9.5cm?10.5cm的范围内，两个煤矸石(12)的宽度均为2cm ； 所述通孔(13)的形状为圆形，所述通孔(13)的直径为5cm。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于研究煤岩介质中应力波传播规律的装置，其特征在于，所述步进电机(22)为永磁式步进电机，所述步进电机(22)的型号为常州微电机总厂生产的SMD-401型，所述传动装置(23)为皮带传动装置，所述信号发射装置(24)利用铆接方式固定在所述皮带传动装置的皮带上。
5.根据权利要求1或2所述的一种用于研究煤岩介质中应力波传播规律的装置，其特征在于，所述接收器(25)的数量为4个，所述接收器(25)利用铆接方式固定在安装盒(21)的内侧壁上。
6.根据权利要求1或2所述的一种用于研究煤岩介质中应力波传播规律的装置，其特征在于，所述信号发射装置(24)为超声波发射器，所述接收器(25)为超声波接收器。
【文档编号】G01N29/28GK204086211SQ201420478334
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】赵栓峰, 张洋森, 李涛 申请人:西安科技大学