一种煤矿地下水库防隔水煤岩柱厚度无损探测技术试验装置
阅读说明：本技术 一种煤矿地下水库防隔水煤岩柱厚度无损探测技术试验装置 (Coal mine underground reservoir water-proof coal rock pillar thickness nondestructive detection technology test device ) 是由 汪北方 赵函巍 张晶 蒋嘉祺 于 2021-10-21 设计创作，主要内容包括：一种煤矿地下水库防隔水煤岩柱厚度无损智能探测的实验装置,用于煤矿地下水库隔水煤岩柱坝体损伤智能检测试验领域。实验装置包括探测系统和数据处理系统,探测系统由探头、数据传输线、数据接收器组成,智能分析系统由计算机、基于BP神经网络模型的应用软件组成,探测系统根据计算机发出的指令,产生高压发射电路,为超声波激励电路提供稳定的高压直流电源,探头所得的数据信号通过数据传输线传输到计算机接收系统,计算机设定的基于BP神经网络模型的应用软件对所得的声波数据信号进行自动智能识别,对缺陷进行定位和分析得出尺寸大小,该装置克服了依赖人工识别判定探测结果的偏差问题,降低了技术人员的工作量并提升了探测结果的精准度。(An experimental device for intelligent nondestructive detection of thickness of a waterproof coal rock pillar of a coal mine underground reservoir is used for the intelligent detection test field of damage of a dam body of the waterproof coal rock pillar of the coal mine underground reservoir. The experimental device comprises a detection system and a data processing system, wherein the detection system comprises a probe, a data transmission line and a data receiver, an intelligent analysis system comprises a computer and application software based on a BP (back propagation) neural network model, the detection system generates a high-voltage transmitting circuit according to an instruction sent by the computer and provides a stable high-voltage direct-current power supply for an ultrasonic excitation circuit, a data signal obtained by the probe is transmitted to a computer receiving system through the data transmission line, the application software set by the computer and based on the BP neural network model carries out automatic intelligent identification on the obtained sound wave data signal, the defect is positioned and analyzed to obtain the size of the defect, the device overcomes the problem of deviation of the detection result determined by depending on manual identification, the workload of technicians is reduced, and the accuracy of the detection result is improved.)
技术领域
本发明为无损探测技术试验装置，用于煤矿地下水库隔水煤岩柱坝体损伤智能检测试验领域。
背景技术
煤矿采空区水库不同于一般地表的储水功能水库，它位于地下几十米甚至是几百米的由煤岩以及其他岩层共同作用构成的新型水利工程，由于水库位于地下，存在作业环境复杂等不确定性危险，但其构建的目的与使用效果和普通地上水库大径相同。采空区类似于一个普通的地下储层。也是采空区水库蓄水的主要部分，安全煤柱，即煤柱坝体、人工水坝及水过滤设施，共同建设一个完整的地下水库，由于煤炭开采工作本身存在复杂不确定性，井下复杂的作业环境以及采动过程引发的震动扰动是影响地下水库安全稳定作业不可忽略的因素，多方因素产生的振动载荷威胁着采空区水库的安全稳定性，如果因水库坝体的失稳而发生事故，后果难以估量。因此，分析研究水库坝体在复杂的作业条件下的损伤程度，结构稳定性是保证地下水库安全运作的关键，同时，做好对于地下水库的防隔水煤岩柱损伤智能探测是预防水害发生的重要步骤，目前国内在这一方面的研究相对较少，有一定的理论依据和体系，但缺少更加精准、便捷的无损智能探测技术和装备。
因此研究一种煤矿地下水库防隔水煤岩柱厚度无损探测技术试验装置可以帮助我们更加精准贴合实际的探测出坝体的损伤情况，对井下水害的预防具有重要作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种煤矿地下水库防隔水煤岩柱厚度无损探测技术试验装置，该装置能够实现智能无损探测煤矿地下水库坝体的破损、裂隙等，克服了不能实时现场探测煤矿地下水库坝体的损伤和内部的裂隙情况，避免了进行相似材料模拟所带来的不精准误差，提高所得结果准确性和精准度。而且，防隔水煤岩柱无损智能探测考虑到工作人员结果判断所需的时间较长和结果偏差较大，因此采用基于神经网络的人工智能进行判别分析和得出结果，降低了工作人员的劳动量和提升探测结果的科学性和精确度。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种煤矿地下水库防隔水煤岩柱厚度无损探测技术试验装置，,主要由探测系统和智能分析系统两部分组成，其中探测系统由探头、数据传输线、数据接收器组成；所述探头主要包括延迟块、保护膜、外壳、压电晶片、阻尼吸收块、接线片、导电杆和接头；所述探头内部前端部分含有延迟块，后部有保护膜和压电晶片，保护膜位于压电晶片表面；所述压电晶片背部置有阻尼吸收块，内部通过导线连接各部件，最终连接到接线片，通过导电杆传输到接头；所述数据采集器通过数据传输线与探头相连接；所述数据采集器主要包括液晶显示屏、功能按键、传输接头和USB端口，所述液晶显示屏与功能按键位于数据采集器前部，所述传输接头位于数据采集器左侧，通过数据传输线与探头相连接，所述USB端口位于传输接头上方；所述智能分析系统由计算机、基于BP神经网络模型的应用软件组成。
优选地，所述探头尺寸为Φ100mm×120mm，探头共有两个，外壳主要是金属材料制成。
优选地，所述压电晶片由PZT压电陶瓷材料制成。
优选地，所述保护膜厚度在0.05 mm~0.5 mm之间，由合成氟材料制成。
优选地，所述阻尼吸收块由钨粉和环氧树脂复合材料制成。
本发明的显著效果是：本装置利用压电晶片产生和接收超声波，利用吸收块吸收晶片向背面发射的声波和抑制杂波，以保证波形不失真和分辨率的要求；利用超声波探头和计算机能够实现煤矿地下水库防隔水煤岩柱现场实时探测，更加精准贴合实际地探测出坝体的损伤情况，克服了依赖专业技术人员识别判定探测结果和一定范围判定偏差的问题，降低了技术人员的工作量和提升了探测结果的精准度。
附图说明
图1为本发明一种煤矿地下水库防隔水煤岩柱厚度无损探测技术试验装置结构示意图。
图2为本发明一种煤矿地下水库防隔水煤岩柱厚度无损探测技术试验装置探头结构示意图。
图3为本发明一种煤矿地下水库防隔水煤岩柱厚度无损探测技术试验装置数据采集器结构示意图。
图中：1-探头；2-延迟块；3-外壳；4-保护膜；5-压电晶片；6-阻尼吸收块；7-接线片；8-导电杆； 9-接头；10-数据传输线；11-数据采集器；12-液晶显示屏；13-功能按键；14-传输接头；15-USB端口；16-计算机；17-应用软件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于此实施例。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1~3所示，一种煤矿地下水库防隔水煤岩柱厚度无损探测技术试验装置，主要由探测系统和智能分析系统两部分组成，主要用于实现防隔水煤岩柱厚度无损智能探测其中裂隙、破损状况。
所述探测系统由两个探头1、数据传输线10、数据接收器11组成。
进一步地，所述探头1主要包括延迟块2、保护膜3、外壳4、压电晶片5、阻尼吸收块6、接线片7、导电杆8、和接头9；所述探头1尺寸为Φ100mm×120mm，外壳主要是金属材料制成。探头2内部前端部分含有延迟块2，后部有保护膜4和压电晶片5，压电晶片5由PZT压电陶瓷材料制成，是整个探测装置的核心部件，用来产生和接收声波；所述保护膜4位于压电晶片5表面，选用合成氟材料制成，厚度在0.05 mm~0.5 mm，用以保护压电晶片5，减少其他损耗影响；所述压电晶片5背部置有阻尼吸收块6，选用钨粉和环氧树脂复合材料制成，吸收杂波、抑制声波和稳定波形；内部通过导线连接各部件，最终连接到接线片7，通过导电杆8传输到接头9；所述数据采集器11通过数据传输线10与探头2相连接。
进一步地，所述数据采集器11主要包括液晶显示屏12、功能按键13以及用以与探头相连接的传输接头14和传输数据的USB端口15；所述数据采集器11尺寸为240mm×160mm×50mm，外壳为塑料外壳；所述USB端口可用以与计算机16直接相连接，实时传输数据，也可把数据存储到U盘内部；所述功能按键13用以控制调控命令，进行探测以及存储、传输数据。
进一步地，所述智能分析系统由计算机16、基于BP神经网络模型的应用软件17组成。
进一步地，所述计算机16的核心应用是基于BP神经网络的应用软件17，用以接收所探测采集的信息，进行自动智能化信息处理，分析得出防隔水煤岩柱的内部破损、裂隙状况。
下面，参考图1~图3并结合上述结构特征，对本发明防隔水煤岩柱厚度无损智能探测装置工作原理进行简单描述。
首先，把待测区域建立三维立体模型，建立坐标体系，把待测区域的每一点构建专属坐标定位，将探头放在待测点，然后数据采集器10发出探测命令，探头2接收到探伤脉冲，核心部件压电晶片5接收到脉冲后产生超声波透射到被测物体，延迟块3在一定程度上消除盲区影响，使压电晶片5接收返回的超声波，同时阻尼吸收块6吸收压电晶片5背部的超声波，避免超声波多次来回背反射，对压电晶片5发射和接收超声波造成干扰。脉冲通过导线在内部传输，接线片7接收并连接导线杆8进一步传输到探头的末端接头9，信号通过数据传输线10传输到数据采集器11内，将数据实时传输显示在液晶显示屏上12。采集到的数据可以通过USB端口15与计算机16相连接，在通过应用软件17进行数据处理分析，在基于BP神经网络的防隔水煤岩柱波形信息的特定算法，可将数据实时自动处理分析，实现智能化得出防隔水煤岩柱厚度无损智能探测裂隙或破损状况。
尽管以上所述对本发明的优选实施例进行了描述，但本发明不限于上述具体实施方式，上述具体实施方式仅仅是示意性的而不是限定性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以作出多种类似的表示。