；
[0026](2)安裝水管接頭:用云石膠將水管接頭與實驗試件的注水孔粘接；
[0027](3)連接水管:將粘接好水管接頭的實驗試件放置于應力加載機構1上，將軸壓加載至100kN、側壓加載至200kN ；
[0028](4)監(jiān)測設備調試；
[0029](5)注水:將水壓加載機構2水壓設置為0.5Mpa，向注水孔內(nèi)注水，并保持0.5Mpa ;
[0030](6)加載及監(jiān)測:應力加載機構1的側壓不變，軸向以0.3mm/min速率加載，同時溫度場監(jiān)測機構3、變形場監(jiān)測機構4、可見光監(jiān)測機構5、聲發(fā)射場監(jiān)測機構6和聲發(fā)射傳感器7進行同步采集，并保證各設備采集同步進行，直至掌子面破裂突水。
[0031](7)改變側壓、水壓、實驗試件巖性及開孔直徑大小，重復步驟⑴?(6)。
[0032](8)通過以上步驟得到的信息，得出不同的受力情況、不同水壓、不同巖性以及不同巷道尺寸下巷道掌子面突水的多場前兆信息演化規(guī)律。
[0033]應力加載機構1為雙軸壓力機，可采集加載過程中的應力、應變和時間等數(shù)據(jù)。
[0034]水壓加載機構2包括電動水壓栗，水管、水管接頭和水管支架，電動水壓栗可以通過壓力表來調節(jié)水壓的大小，并且具有自動補壓功能。
[0035]變形場監(jiān)測機構4為全場應變儀，攝像頭分別呈一定角度布置于紅外熱像儀左右兩側。
[0036]溫度場監(jiān)測機構3為紅外熱像儀，紅外熱像儀布置于試樣正前方；全場應變儀和紅外熱像儀均與計算機相連。
[0037]聲發(fā)射場監(jiān)測機構6為聲發(fā)射探頭。
[0038]可見光監(jiān)測機構5為三腳架和攝像頭，攝像頭和采集硬盤相連。
[0039]試驗結果分析:
[0040]通過巷道掌子面突水模擬試驗，得到如下幾個基本結果:
[0041]—、加載后期，孔洞內(nèi)預留掌子面突然破裂，水流猛烈涌出，突水發(fā)生。加載過程中，變形場、溫度場、聲發(fā)射場均隨載荷增加有較明顯變化。
[0042]二、突水發(fā)生的前兆信息明顯，各個監(jiān)測設備均能夠捕捉突水的多場前兆信息變化。
[0043]三、突水發(fā)生前紅外輻射溫度和聲發(fā)射數(shù)據(jù)均出現(xiàn)明顯異常，紅外熱圖像以及場應變圖像出現(xiàn)異常點與可見光圖像中滲水點和突水位置對應良好，這驗證了實驗數(shù)據(jù)的準確性。
[0044]試驗結論:
[0045]通過設計模型試驗，選擇合理的監(jiān)測儀器開展了巷道掌子面突水模擬實驗研究，總結了巷道掌子面突水過程的多場前兆信息演化規(guī)律，基本結論如下:
[0046]一、研究巷道突水的前兆信息演化規(guī)律，進而實現(xiàn)對巷道突水的預測預報，應當從多場的角度出發(fā)，從多場信息的變化中分析各場的相關性，找到突水前兆信息的主要規(guī)律。
[0047]二、采用本試驗方法和裝置能夠很好地模擬巷道掌子面突水過程，實驗結果能夠為巷道突水的預測預報提供試驗基礎。
[0048]三、本試驗中的試驗方法能夠模擬不同受力情況、不同水壓、不同巖性以及不同巷道尺寸條件下巷道突水的多場前兆規(guī)律。
[0049]四、本試驗中采用的監(jiān)測儀器采樣率高，能夠實驗實時監(jiān)測，大部分設備都是非接觸式監(jiān)測，不受水流的影響，適用性強，試驗數(shù)據(jù)可靠。
【主權項】
1.巷道掌子面突水模擬試驗裝置，其特征在于:包括應力加載機構(1)、水壓加載機構(2)、變形場監(jiān)測機構(4)、溫度場監(jiān)測機構(3)、聲發(fā)射場監(jiān)測機構(6)、聲發(fā)射傳感器(7)和可見光監(jiān)測機構(5)，實驗試件放置應力加載機構(1)的墊塊上，水壓加載機構(2)通過水管接頭與實驗試件的注水孔連接，聲發(fā)射傳感器(7)布置于實驗試件的表面，并通過放大器與外部主機相連，變形場監(jiān)測機構(4)、溫度場監(jiān)測機構(3)和可見光監(jiān)測機構(5)布置于實驗試件的正前方并與外部計算機相連，聲發(fā)射場監(jiān)測機構(6)布置在實驗試件一偵h并與外部計算機相連。2.根據(jù)權利要求1所述的巷道掌子面突水模擬試驗裝置的試驗方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)實驗試件制備:選用巷道施工中的粉砂巖為研究對象，將其加工成150mmX 150mmX 150mm的標準立方體，用鉆孔機在實驗試件一個表面中心部位鉆直徑為45mm、深度為90mm的圓孔作為注水孔，然后在與其相對的表面中心鉆直徑為45mm、深度為50mm的圓孔作為觀察孔⑶； (2)安裝水管接頭:用云石膠將水管接頭與實驗試件的注水孔粘接； (3)連接水管:將粘接好水管接頭的實驗試件放置于應力加載機構(1)上，將軸壓加載至100kN、側壓加載至200kN ； (4)監(jiān)測設備調試； (5)注水:將水壓加載機構(2)水壓設置為0.5Mpa，向注水孔內(nèi)注水，并保持0.5Mpa ; (6)加載及監(jiān)測:應力加載機構(1)的側壓不變，軸向以0.3mm/min速率加載，同時溫度場監(jiān)測機構(3)、變形場監(jiān)測機構(4)、可見光監(jiān)測機構(5)、聲發(fā)射場監(jiān)測機構(6)和聲發(fā)射傳感器(7)進行同步采集，并保證各設備采集同步進行，直至掌子面破裂突水。 (7)改變側壓、水壓、實驗試件巖性及開孔直徑大小，重復步驟(1)?(6)。 (8)通過以上步驟得到的信息，得出不同的受力情況、不同水壓、不同巖性以及不同巷道尺寸下巷道掌子面突水的多場前兆信息演化規(guī)律。
【專利摘要】本發(fā)明涉及巷道掌子面突水模擬試驗方法及監(jiān)測系統(tǒng)，屬于模擬試驗技術領域，巷道掌子面突水模擬試驗裝置，實驗試件放置應力加載機構的墊塊上，水壓加載機構通過水管接頭與實驗試件的注水孔連接，聲發(fā)射傳感器布置于實驗試件的表面，并通過放大器與外部主機相連，變形場監(jiān)測機構、溫度場監(jiān)測機構和可見光監(jiān)測機構布置于實驗試件的正前方并與外部計算機相連，聲發(fā)射場監(jiān)測機構布置在實驗試件一側，并與外部計算機相連。本發(fā)明提供的巷道掌子面突水模擬試驗裝置及其試驗方法，實現(xiàn)對模型試驗中應力場、變形場、溫度場、聲發(fā)射場以及可見光進行實時監(jiān)測，采集數(shù)據(jù)豐富，實驗精度高，可靠性強。
【IPC分類】G01M99/00
【公開號】CN105258968
【申請?zhí)枴緾N201510747145
【發(fā)明人】張艷博, 于光遠, 梁鵬, 田寶柱
【申請人】華北理工大學
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年11月5日