МНОГОПОЛЬНАЯ СИСТЕМА МОНИТОРИНГА И АНАЛИЗА ДЛЯ ТЕСТИРОВАНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО МНОГОМЕРНОГО ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ НАГРУЗКИ Российский патент 2022 года по МПК G06F17/40 G01B7/16 

Область техники

Настоящее изобретение относится к области техники имитационного физического моделирования и, в частности, к многопольной системе мониторинга и анализа для тестирования интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки.

Уровень техники

Китай относительно богат запасами угля, но условия его хранения являются относительно сложными, а добыча – затрудненной. В настоящее время фундаментальные исследования по добыче глубоко залегающего угля относительно неэффективны, поэтому угольная промышленность несет большие затраты для удовлетворения потребностей энергетики. Точное обнаружение деформации и разрушения горных пород в процессе добычи является основой технологий борьбы со стихийными бедствиями, таких как добыча в процессе научно-исследовательских работ, контроль пласта горных пород, водоохранная добыча угля и экологическая репарация пласта. Многие китайские и зарубежные ученые провели большое количество углубленных исследований по ключевым научным проблемам механизма деформации и разрушения вмещающей породы в забое и правил развития. Испытание методом физического моделирования является эффективным способом решения вышеуказанных проблем.

В настоящее время большинство испытательных устройств для имитационного физического моделирования имеют двумерную форму, что позволяет проводить испытания только плоских моделей пласта и затрудняет получение информации о трехмерных пространственных характеристиках в процессе деформации горных пород и не может эффективно моделировать процесс прорыва воды в пласте. В то же время из-за ограниченного размера конструкции модели часто невозможно смоделировать пласт целиком. Моделирование воздействия на пласт достигается путем приложения усилия к верхней части конструкции. В настоящее время большинство известных устройств моделирования используют блоки-противовесы для моделирования нагрузки, что занимает много времени, характеризуется трудоемкостью и эксплуатационным риском. В качестве средств тестирования при испытаниях методом физического моделирования часто используются фотосъемка с близкого расстояния, индикаторы с круговой шкалой, тензометрические датчики, датчики давления и другие средства для обнаружения вмещающих горных пород в забое. Из-за низкой точности испытаний и применения точечных датчиков невозможно проводить эффективное непрерывное тестирование в режиме реального времени.

В заключение следует отметить, что существующее двумерное физическое моделирование не позволяет получить информацию о трехмерных пространственных характеристиках и не может эффективно моделировать процесс прорыва воды в пласте. В то же время средства тестирования относительно просты, и большинство из них представляют собой двумерные массивы статических данных, которые не могут выполнять динамический мониторинг модели в реальном времени и не позволяют удовлетворить текущий спрос на строительство интеллектуальных шахт.

Поэтому существует острая необходимость в многомерном и многомасштабном испытательном устройстве имитационного моделирования для интеллектуальной нагрузки и учета влияния потока воды в ограниченном пространстве с многопольной системой динамического мониторинга и анализа, чтобы эффективно решать проблемы сложности реконструкции трехмерного пространства, низкой степени автоматизации и высокой сложности получения ключевой информации в существующих моделях и методах мониторинга.

Краткое описание изобретения

Настоящее изобретение обеспечивает многопольную систему мониторинга и анализа для тестирования интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки, которая направлена на решение вышеуказанных технических проблем.

Для достижения вышеуказанной цели в настоящем изобретении используются следующие технические решения:

Многопольная система мониторинга и анализа для тестирования интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки включает в себя испытательное устройство для интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки, которое может осуществлять моделирование структуры и нагрузки пласта пород, и дополнительно содержит: модуль мониторинга поля деформаций, модуль мониторинга поля смещений, модуль мониторинга температурного поля, модуль мониторинга геоэлектрического поля и модуль мониторинга динамических сигналов для обнаружения модели пласта породы, при этом каждый модуль мониторинга содержит элемент мониторинга, расположенный внутри или на поверхности модели пласта породы, и устройство сбора данных для приема сигналов мониторинга от элемента мониторинга; устройство сбора данных, соответствующее каждому модулю мониторинга, электрически соединено с 5 коммутаторами кольцевой сети, а 5 коммутаторов кольцевой сети электрически соединены с модулем обработки/анализа данных.

Благодаря вышеупомянутому техническому решению в настоящем изобретении используется множество полей, а именно поле деформаций, поле смещений, температурное поле, геоэлектрическое поле и динамические сигналы для всестороннего и динамического мониторинга деформации и разрушения моделируемых слоев угля и горных пород, что является более точным, чем существующие однопольные и другие методы испытаний, и может значительно повысить точность интерпретации деформации и разрушения пласта пород.

Предпочтительно, в вышеупомянутой многопольной системе мониторинга и анализа для тестирования интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки модуль мониторинга поля деформаций содержит тензометрический датчик точечного типа, встроенный в модель пласта породы, распределенное волокно деформации и первый датчик с волоконной решеткой; тензометрический датчик точечного типа электрически соединен с тензометрическим датчиком динамической деформации через линию связи; распределенное волокно деформации электрически соединено с распределенным волоконным тензометром через линию связи; и первый датчик с волоконной решеткой электрически соединен с тензометром с волоконной решеткой через линию связи. Тензометрический датчик точечного типа встроен в модель пласта породы, и система компоновки может быть скорректирована в соответствии с фактическими потребностями; распределенное волокно деформации также встроено в модель пласта породы и может быть уложено горизонтально, вертикально и наклонно; первый датчик с волоконной решеткой квазираспределен, а процесс укладки такой же, как и для распределенного волокна деформации.

Предпочтительно, в вышеупомянутой многопольной системе мониторинга и анализа для тестирования интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки модуль мониторинга поля смещений включает в себя измеритель смещений, встроенный в модель пласта породы, и индикатор с круговой шкалой, расположенный в верхней части модели пласта породы; измеритель смещений электрически соединен с тестером с волоконной решеткой через линию связи; индикатор с круговой шкалой электрически соединен с безбумажным регистратором через линию связи. Измеритель смещений встроен в модель пласта породы и может быть установлен в любом положении в соответствии с потребностями мониторинга.

Предпочтительно, в вышеупомянутой многопольной системе мониторинга и анализа для тестирования интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки модуль мониторинга температурного поля содержит оптический кабель с распределенной температурой, встроенный в модель пласта породы, и второй датчик с волоконной решеткой; оптический кабель с распределенной температурой электрически соединен с тестовым узлом ROTDR через линию связи; второй датчик с волоконной решеткой электрически соединен с прибором для измерения температуры с волоконной решеткой через линию связи. Оптический кабель с распределенной температурой встроен в модель пласта породы и может быть проложен горизонтально, вертикально и наклонно; второй датчик с волоконной решеткой квазираспределен, а процесс укладки такой же, как и для оптического кабеля с распределенной температурой.

Предпочтительно, в вышеупомянутой многопольной системе мониторинга и анализа для тестирования интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки модуль мониторинга геоэлектрического поля содержит микроэлектрод, встроенный в модель пласта породы; микроэлектрод электрически соединен с параллельным электрическим тестовым узлом через линию связи. Микроэлектрод представляет собой медный стержень, встроенный в модель пласта породы, и может быть расположен горизонтально, вертикально и наклонно.

Предпочтительно, в вышеупомянутой многопольной системе мониторинга и анализа для тестирования интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки модуль мониторинга динамических сигналов содержит однокомпонентный датчик ускорения и трехкомпонентный датчик ускорения, расположенные на верхней части модели пласта породы; однокомпонентный датчик ускорения и трехкомпонентный датчик ускорения электрически соединены с тестером динамических сигналов через линию связи.

Предпочтительно, в вышеупомянутой многопольной системе мониторинга и анализа для тестирования интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки модуль обработки/анализа данных содержит локальную сеть; локальная сеть электрически соединена с 5 коммутаторами кольцевой сети через коммутатор оптического порта; локальная сеть электрически соединена с 5 системными серверами, соответствующими каждому модулю мониторинга; 5 системных серверов электрически соединены с 5 терминалами ПК, соответственно. Специалисты по проведению испытаний управляют многопольной системой сбора данных для синхронного сбора данных путем выдачи инструкций. После завершения сбора данных данные каждого поля передаются на системный сервер каждого поля через коммутаторы кольцевой сети и коммутатор оптического порта, а затем передаются на терминал ПК каждого поля для обработки и анализа данных каждого поля с помощью соответствующего программного обеспечения для обработки данных.

Предпочтительно, в вышеупомянутой многопольной системе мониторинга и анализа для тестирования интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки модуль обработки/анализа данных дополнительно содержит устройство дистанционного мониторинга, подключенное через Интернет. Может быть реализована проводная передача данных.

Предпочтительно, в вышеупомянутой многопольной системе мониторинга и анализа для тестирования интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки модуль обработки/анализа данных дополнительно содержит устройство дистанционного мониторинга, подключенное через сеть 5G. Может быть реализована беспроводная передача данных.

Предпочтительно, в вышеупомянутой многопольной системе мониторинга и анализа для тестирования интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки модуль обработки/анализа данных дополнительно содержит принтер, подключенный к локальной сети. При необходимости принтер можно использовать для отображения результатов данных каждого поля на бумаге.

Предпочтительно, в многопольной системе мониторинга и анализа для тестирования интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки модуль обработки/анализа данных дополнительно содержит блок мониторинга динамичного развития; блок мониторинга динамичного развития содержит комнату мониторинга и экран мониторинга динамичного развития, расположенный в комнате мониторинга и электрически связанный с локальной сетью.

Из приведенных выше технических решений следует, что по сравнению с предшествующим уровнем техники настоящее изобретение обеспечивает многопольную систему мониторинга и анализа для тестирования интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки, которая оказывает следующее благоприятное воздействие:

1. В настоящем изобретении используется множество полей, а именно поле деформаций, поле смещений, температурное поле, геоэлектрическое поле и динамические сигналы для всестороннего и динамического мониторинга деформации и разрушения моделируемых слоев угля и горных пород, что является более точным, чем существующие однопольные и другие методы испытаний, и может значительно повысить точность интерпретации деформации и разрушения пласта пород.

2. В настоящем изобретении используется комбинация сети 5G и беспроводной локальной сети для передачи информации, собранной из нескольких полей, в систему управления в режиме реального времени, что делает передачу информации более быстрой и удобной. В то же время выполняется автоматическая обработка данных, тем самым реализуются функции активного восприятия, автоматического анализа и отображения в режиме реального времени.

3. Испытание поля деформаций в системе настоящего изобретения изменяет существующие средства обнаружения и внедряет передовые технологии тестирования с использованием волокон, которые имеют более широкую применимую среду и более обширные точки данных испытаний; сенсорный блок измерения поля смещений использует систему тестирования смещения с волоконной решеткой, которая передает сигналы и более подходит для суровых условий, а чувствительность тестирования выше, чем у обычного измерителя смещения с индикатором с круговой шкалой; система тестирования геоэлектрического поля изменяет дефекты существующего одномерного линейного испытания, выполняет компоновку с перекрестным проникновением и может собирать индукционные данные и выполнять двумерное и трехмерное отображение; добавление системы тестирования динамических сигналов дополнительно повышает степень автоматического мониторинга и точность позиционирования зон деформации.

Описание чертежей

Для более детального описания технических решений в вариантах осуществления настоящего изобретения или в предшествующем уровне техники далее кратко представлены чертежи, используемые в описании вариантов осуществления или предшествующего уровня техники. Очевидно, что чертежи в нижеследующем описании являются только вариантами осуществления настоящего изобретения. Специалистами в данной области техники могут быть получены другие чертежи на основе указанных чертежей без внесения творческого вклада.

Фиг. 1 представляет собой структурную схему многопольной системы мониторинга и анализа для тестирования интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки, представленного в настоящем изобретении;

Фиг. 2 – структурная схема испытательного устройства для интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки, представленного в настоящем изобретении;

Фиг. 3 – вид спереди испытательного устройства для интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки, представленного в настоящем изобретении;

Фиг. 4 – вид сбоку испытательного устройства для интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки, представленного в настоящем изобретении;

Фиг. 5 – вид сверху испытательного устройства для интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки, представленного в настоящем изобретении;

Фиг. 6 представляет собой структурную схему гидравлической системы, представленной в настоящем изобретении;

Фиг. 7 – структурная схема устройства приложения нагрузки от водяного мешка, представленного в настоящем изобретении;

Фиг. 8 – структурная схема верхнего устройства приложения нагрузки от давления масла, представленного в настоящем изобретении; и

Фиг. 9 – структурная схема нижнего устройства приложения нагрузки от давления масла, представленного в настоящем изобретении.

На чертежах:

1 – испытательное устройство для интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки;

11 - вертикальная рама модели; 111 – основание; 112 – вертикальная стойка; 113 – группа передних и задних перегородок; 114 – группа левых и правых перегородок; 1141 – резервное отверстие; 115 – группа труб квадратного сечения; 116 – передние и задние балки; 117 – усиливающая пластина; 118 – смотровое окно; 12 – верхнее устройство приложения нагрузки от давления масла; 121 – верхняя опорная пластина; 122 – группа верхних цилиндров; 123 – верхняя пластина для приложения усилия; 13 – нижнее устройство приложения нагрузки от давления масла; 131 – нижняя опорная пластина; 132 –группа нижних цилиндров; 133 – регулируемая опора; 134 – нижняя пластина для приложения усилия; 14 – гидравлическая система; 141 – корпус цилиндра насосной станции; 1411 – отверстие для впрыска масла; 1412 – электромагнитный перепускной клапан; 1413 – электромагнитный реверсивный клапан; 1414 – манометровый клапан; 1415 – манометр для измерения избыточного давления; 1416 – манометр для насосной станции; 142 – масляный резервуар; 1421 – ручка регулировки манометра для измерения избыточного давления; 1422 – ручка регулировки скорости перемещения пробы по трубе; 1423 – ручка регулировки общего давления; 143 – первый двигатель; 144 – шкаф электроуправления; 15 – устройство приложения нагрузки от водяного мешка; 151 – водяной мешок; 152 – компонент регулирования давления; 1521 – нейлоновая труба; 1522 – первый соединитель; 1523 – манометр; 1524 – обратный клапан; 1525 – второй соединитель; 1526 – загрузочный насос; 15261 – корпус насоса; 15262 – второй двигатель; 15263 – основание двигателя;

2 – модуль мониторинга поля деформаций;

21 – тензометрический датчик точечного типа; 22 – распределенное волокно деформации; 23 – первый датчик с волоконной решеткой; 24 – тензометрический датчик динамической деформации; 25 – распределенный волоконный тензометр; 26 – тензометр с волоконной решеткой;

3 – модуль мониторинга поля смещений;

31 – измеритель смещений; 32 – индикатор с круговой шкалой; 33 – тестер с волоконной решеткой; 34 – безбумажный регистратор;

4 – модуль мониторинга температурного поля;

41 – оптический кабель с распределенной температурой; 42 – второй датчик с волоконной решеткой; 43 – тестовый узел ROTDR; 44 – датчик температуры с волоконной решеткой;

5 – модуль мониторинга геоэлектрического поля;

51 – микроэлектрод; 52 – параллельный электрический тестовый узел;

6 – модуль мониторинга динамических сигналов;

61 – однокомпонентный датчик ускорения; 62 – трехкомпонентный датчик ускорения; 63 – тестер динамических сигналов;

7 – коммутатор кольцевой сети;

8 – модуль обработки/анализа данных;

81 – локальная сеть; 82 – коммутатор оптического порта; 83 – системный сервер; 84 – терминал ПК; 85 – Интернет; 86 – сеть 5G; 87 – устройство дистанционного мониторинга; 88 – принтер.

Подробное описание

Далее приводится детальное описание вариантов осуществления технического решения изобретения в сочетании с сопроводительными чертежами. Очевидно, что описанные варианты осуществления являются только частью вариантов осуществления изобретения, а не всеми вариантами осуществления изобретения. Другие варианты осуществления, полученные специалистами в данной области техники на основе описанных вариантов осуществления изобретения без внесения творческого вклада, входят в объем защиты настоящего изобретения.

Ссылаясь на фиг. 1, варианты осуществления настоящего изобретения раскрывают многопольную систему мониторинга и анализа для тестирования интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки, состоящую из испытательного устройства для интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки 1, которое может осуществлять моделирование структуры и нагрузки на пласт породы, и дополнительно содержит: модуль мониторинга поля деформаций 2, модуль мониторинга поля смещений 3, модуль мониторинга температурного поля 4, модуль мониторинга геоэлектрического поля 5 и модуль мониторинга динамических сигналов 6 для обнаружения модели пласта породы. Каждый модуль мониторинга включает в себя элемент мониторинга, расположенный внутри или на поверхности модели пласта породы, и устройство сбора данных для приема сигналов мониторинга от элемента мониторинга; устройство сбора данных, соответствующее каждому модулю мониторинга, электрически соединено с 5 коммутаторами кольцевой сети 7, а 5 коммутаторов кольцевой сети 7 электрически соединены с модулем обработки/анализа данных 8.

Ссылаясь на фиг. 2-9, для взаимодействия с многопольной системой мониторинга и анализа для тестирования интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки, предусмотренной настоящим изобретением, испытательное устройство для интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки 1, предусмотренное в настоящем варианте осуществления, содержит:

вертикальную раму модели 11, отличающуюся тем, что вертикальная рама модели 11 включает в себя основание 111 и четыре вертикальные стойки 112, вертикально закрепленные в четырех углах основания 111, соответственно; группа передних и задних перегородок 113, а также группа левых и правых перегородок 114, расположенные параллельно, соединены друг с другом с возможностью отсоединения между четырьмя вертикальными стойками 112; группа передних и задних перегородок 113, а также группа левых и правых перегородок 114 выполнены с образованием замкнутого пространства моделирования нагрузки с открытыми верхними и нижними сторонами; пространство моделирования нагрузки используется для построения модели пласта породы; множество групп труб квадратного сечения 115 проходят сквозь нижнюю часть группы передних и задних перегородок 113; в группе левых и правых перегородок 114 предусмотрены резервные отверстия 1141;

верхнее устройство приложения нагрузки от давления масла 12, отличающееся тем, что, верхнее устройство приложения нагрузки от давления масла12 установлено на верхней открытой стороне пространства моделирования нагрузки с возможностью нагнетать давление сверху вниз внутри пространства моделирования нагрузки;

нижнее устройство приложения нагрузки от давления масла 13, отличающееся тем, что нижнее устройство приложения нагрузки от давления масла 13 установлено на нижней открытой стороне пространства моделирования нагрузки с возможностью нагнетать давление снизу вверх внутри пространства моделирования нагрузки;

гидравлическую систему 14, отличающуюся тем, что гидравлическая система 14 расположена за пределами пространства моделирования нагрузки, соединена с верхним устройством приложения нагрузки от давления масла 12 и нижним устройством приложения нагрузки от давления масла 13 через масляный контур и используется для контроля давления, нагнетаемого верхним устройством приложения нагрузки от давления масла 12 и нижним устройством приложения нагрузки от давления масла 13;

устройство приложения нагрузки от водяного мешка 15, отличающееся тем, что устройство приложения нагрузки от водяного мешка 15 включает в себя один или несколько водяных мешков 151, расположенных внутри пространства моделирования нагрузки, и компонент регулирования давления 152, расположенный вне пространства моделирования нагрузки и соединенный с водяными мешками 151.

В частности, две передние и задние балки 116 закреплены параллельно на верхних концах четырех вертикальных стоек 112, а между концами передней и задней балок 116 и верхних концов вертикальных стоек 112 закреплена усиливающая пластина 117. Вертикальная рама модели 11 образована стальными швеллерами, стальными уголками и стальными листами, соединенными сваркой.

В частности, верхнее устройство приложения нагрузки от давления масла 12 включает в себя верхнюю опорную пластину 121, группу верхних цилиндров 122 и верхние пластины для приложения усилия 123; верхняя опорная пластина 121 закреплена между двумя передней и задней балками 116; группа верхних цилиндров 122 включает в себя множество верхних цилиндров, расположенных на равном расстоянии друг от друга и закрепленных на верхней поверхности верхней опорной пластины 121 в продольном направлении верхней опорной пластины 121, при этом штоки верхних цилиндров проходят через верхнюю опорную пластину 121; количество верхних пластин для приложения усилия 123 совпадает с количеством верхних цилиндров, при этом множество верхних пластин для приложения усилия 123 прикреплены к концам штоков цилиндров и соединены друг с другом.

В частности, нижнее устройство приложения нагрузки от давления масла 13 включает в себя нижнюю опорную пластину 131, группу нижних цилиндров 132, регулируемые опоры 133 и нижние пластины для приложения усилия 134; нижняя опорная пластина 131 закреплена на основании 111; группа нижних цилиндров 132 включает в себя множество нижних цилиндров, расположенных на равном расстоянии друг от друга и закрепленных на нижней поверхности нижней опорной пластины 131 в продольном направлении нижней опорной пластины 131, при этом штоки нижних цилиндров проходят через нижнюю опорную пластину 131; регулируемые опоры 133 прикреплены к концевым участкам корпусов нижних цилиндров и используются в качестве опоры на пол; количество нижних пластин для приложения усилия 134 совпадает с количеством нижних цилиндров, при этом нижние пластины для приложения усилия 134 соответственно прикреплены к концам штоков цилиндров и представляют собой пластины круглой формы.

В частности, линии подачи масла множества верхних цилиндров и множества нижних цилиндров соединяются параллельно друг с другом и затем подключаются к гидравлической системе 14.

В частности, гидравлическая система 14 включает в себя корпус цилиндра насосной станции 141, масляный резервуар 142 и первый двигатель 143, соединенные с корпусом цилиндра насосной станции 141; первый двигатель 143 подключен к шкафу электроуправления 144; верхняя часть корпуса цилиндра насосной станции 141 снабжена отверстием для впрыска масла 1411, соединенным с масляным резервуаром 142; корпус цилиндра насосной станции 141 дополнительно соединен с электромагнитным перепускным клапаном 1412 и электромагнитным реверсивным клапаном 1413, при этом электромагнитный реверсивный клапан 1413 может управлять возвратно-поступательным движением штоков группы верхних цилиндров 122 и группы нижних цилиндров 132; корпус цилиндра насосной станции 141 также соединен с двумя манометровыми клапанами 1414, манометром для измерения избыточного давления 1415 и манометром для насосной станции 1416, соединенными, соответственно, с двумя манометровыми клапанами 1414; масляный резервуар 142 установлен с ручкой регулировки манометра для измерения избыточного давления 1421, ручкой регулировки скорости перемещения пробы по трубе 1422 и ручкой регулировки общего давления 1423; масляный канал корпуса цилиндра насосной станции 141, соединенный с группой верхних цилиндров 122 или группой нижних цилиндров 132, представляет собой шланг высокого давления.

В частности, резервные отверстия 1141 включают в себя резервные отверстия для кабеля и резервные отверстия для водяного мешка.

В частности, компонент регулирования давления 152 включает в себя нейлоновую трубу 1521, соединенную с водяными мешками 151. Нейлоновая труба 1521 проходит через резервные отверстия для водяного мешка и последовательно соединяется с первым соединителем 1522, манометром 1523, обратным клапаном 1524, вторым соединителем 1525 и загрузочным насосом 1526; загрузочный насос 1526 включает в себя корпус насоса 15261 и второй двигатель 15262, соединенный с корпусом насоса 15261; второй двигатель 15262 закреплен на основании двигателя 15263, а выпускное отверстие для воды корпуса насоса 15261 соединено со вторым соединителем 1525; водяной мешок 151 изготовлен из полиэтилена.

В частности, группа передних и задних перегородок 113 и группа левых и правых перегородок 114 соединены с вертикальными стойками 112 болтами.

В частности, группа передних и задних перегородок 113 и группа левых и правых перегородок 114 снабжены множеством смотровых окон 118.

После сборки вертикальной рамы модели 11, верхнего устройства приложения нагрузки от давления масла 12, нижнего устройства приложения нагрузки от давления масла 13, гидравлической системы 14 и устройства приложения нагрузки от водяного мешка 15, для изменения давления и объема моделируемого пласта используется критерии подобия. Каждый моделируемый пласт подбирается в соответствии с определенным критерием подобия, и подобранные материалы укладываются слоями в пространстве моделирования нагрузки вертикальной рамы модели 11. Во время процесса укладки устройство приложения нагрузки от водяного мешка 15 и различные сенсорные блоки синхронно размещаются в соответствующие позиции внутри пространства моделирования нагрузки. После укладки слои в модели уплотняются с помощью верхнего устройства приложения нагрузки от давления масла 12 и нижнего устройства приложения нагрузки от давления масла 13. Начальное приложенное усилие цилиндра преобразуется в соответствии с фактической глубиной залегания и модулем объемной упругости пласта, а давление воды в водяном мешке 151 соответствует фактическому давлению замкнутого водоносного пласта.

Ссылаясь на фиг. 1, в настоящем варианте осуществления дополнительно уточняются структуры модуля мониторинга поля деформаций 2, модуля мониторинга поля смещений 3, модуля мониторинга температурного поля 4, модуля мониторинга геоэлектрического поля 5 и модуля мониторинга динамических сигналов 6:

Модуль мониторинга поля деформаций 2 включает в себя тензометрический датчик точечного типа 21, распределенное волокно деформации 22 и первый датчик с волоконной решеткой 23, встроенные в модель пласта породы; тензометрический датчик точечного типа 21 электрически соединен с тензометрическим датчиком динамической деформации 24 через линию связи; распределенное волокно деформации 22 электрически соединено с распределенным волоконным тензометром 25 через линию связи; первый датчик с волоконной решеткой 23 электрически соединен с тензометром с волоконной решеткой 26 через линию связи.

Модуль мониторинга поля смещений 3 включает в себя измеритель смещений 31, встроенный в модель пласта породы, и индикатор с круговой шкалой 32, расположенный в верхней части модели пласта породы; измеритель смещений 31 электрически соединен с тестером с волоконной решеткой 33 через линию связи; индикатор с круговой шкалой 32 электрически соединен с безбумажным регистратором 34 через линию связи.

Модуль мониторинга температурного поля 4 включает в себя оптический кабель с распределенной температурой 41, встроенный в модель пласта породы, и второй датчик с волоконной решеткой 42; оптический кабель с распределенной температурой 41 электрически соединен с тестовым узлом ROTDR 43 через линию связи; второй датчик с волоконной решеткой 42 электрически соединен с прибором для измерения температуры с волоконной решеткой 44 через линию связи.

Модуль мониторинга геоэлектрического поля 5 включает в себя микроэлектрод 51, встроенный в модель пласта породы; микроэлектрод 51 электрически соединен с параллельным электрическим тестовым узлом 52 через линию связи.

Модуль мониторинга динамических сигналов 6 включает в себя однокомпонентный датчик ускорения 61 и трехкомпонентный датчик ускорения 62, расположенные на верхней части модели пласта породы; однокомпонентный датчик ускорения 61 и трехкомпонентный датчик ускорения 62 соединены с тестером динамических сигналов 63 через линию связи.

Все кабели в настоящем варианте осуществления проходят через резервные отверстия для кабеля.

Для дальнейшей оптимизации вышеупомянутого технического решения модуль обработки/анализа данных 8 содержит локальную сеть 81; локальная сеть 81 электрически соединена с 5 коммутаторами кольцевой сети 7 через коммутатор оптического порта 82; локальная сеть 81 электрически соединена с 5 системными серверами 83, соответствующими каждому модулю мониторинга; 5 системных серверов 83 электрически соединены с 5 терминалами ПК 84, соответственно.

Для дальнейшей оптимизации вышеупомянутого технического решения модуль обработки/анализа данных 8 дополнительно содержит устройство дистанционного мониторинга 87, подключенное через Интернет 85 или сеть 5G 86.

Для дальнейшей оптимизации вышеупомянутого технического решения модуль обработки/анализа данных 8 дополнительно содержит принтер 88, подключенный к локальной сети 81.

Для дальнейшей оптимизации вышеупомянутого технического решения модуль обработки/анализа данных 8 дополнительно содержит блок мониторинга динамичного развития; блок мониторинга динамичного развития содержит комнату мониторинга и экран мониторинга динамичного развития, расположенный в комнате мониторинга и электрически соединенный с локальной сетью 81.

Группы труб квадратного сечения 115 изображены для имитации выемки угольного пласта. Через 30 минут после начала выемки устройства сбора данных системы используются для тестирования поля деформаций, поля смещений, температурного поля, геоэлектрического поля и динамических сигналов, соответственно.

После того, как вышеуказанная многопольная система сбора данных собрана, автоматический мониторинг реализуется на основе промышленного Ethernet, коммутаторов кольцевой сети 7, коммутатора оптического порта 82 и локальной сети 81. Сначала персонал по проведению испытаний управляет многопольной системой сбора данных для синхронного сбора данных путем выдачи инструкций. После завершения сбора данных данные каждого поля передаются на системный сервер 83 каждого поля через коммутаторы кольцевой сети 7 и коммутатор оптического порта 82, затем передаются на терминал ПК 84 каждого поля для обработки и анализа данных каждого поля с помощью соответствующего программного обеспечения для обработки данных и отправляются на устройство дистанционного мониторинга 87 через средства связи, такие как Интернет 85 или сеть 5G 86. При необходимости принтер 88 можно использовать для отображения результатов данных каждого поля на бумаге.

Блок мониторинга динамичного развития: в сочетании с характеристиками изменения многопольных данных поля деформаций, поля смещений, температурного поля, геоэлектрического поля и сигналов вибрации в модели пласта породы можно анализировать и оценивать особенности деформации и разрушения и правила развития моделируемых пластов пород в двумерной или трехмерной модели. После обработки и анализа данных, собранных вышеупомянутыми пятью типами модулей мониторинга, данные передаются в комнату мониторинга через средства связи, такие как локальная сеть 81, и особенности развития деформации и разрушения пласта породы динамически отображаются на экране мониторинга динамичного развития в режиме реального времени.

Каждый вариант осуществления настоящего изобретения описан последовательно. Объяснение сфокусировано на отличии каждого варианта осуществления. Для каждого варианта осуществления могут указываться одинаковые и похожие части различных вариантов осуществления. Описание устройства, раскрытого в вариантах осуществления, упрощено, поскольку устройство соответствует способу, раскрытому в вариантах осуществления. См. описание соответствующей части способа.

Приведенное выше описание раскрытых вариантов осуществления позволяет специалистам в данной области техники реализовать или использовать настоящее изобретение. Многие модификации этих вариантов осуществления будут очевидны специалистам в данной области техники. Общий принцип, определенный в данном документе, может быть реализован в других вариантах осуществления без отклонения от сущности или объема настоящего изобретения. Следовательно, настоящее изобретение не ограничивается вариантами осуществления, указанными в данном описании, но соответствует широкому объему, согласующемуся с принципом и новыми признаками, раскрытыми в настоящем документе.

Изобретение относится к области измерительной техники. Технический результат заключается в повышении точности интерпретации деформации и разрушения пластов. Технический результат достигается за счет многопольной системы мониторинга и анализа для тестирования интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки, включающей в себя испытательное устройство для интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки, выполненное с возможностью моделирования структуры и нагрузки пласта горных пород и содержащее модуль мониторинга поля деформаций, модуль мониторинга поля смещений, модуль мониторинга температурного поля, модуль мониторинга геоэлектрического поля и модуль мониторинга динамических сигналов для обнаружения модели пласта породы, при этом каждый модуль мониторинга содержит элемент мониторинга, расположенный внутри или на поверхности модели пласта породы, и устройство сбора данных для приема сигналов мониторинга от элемента мониторинга; устройство сбора данных, соответствующее каждому модулю мониторинга, электрически соединено с пятью коммутаторами кольцевой сети, электрически соединенных с модулем обработки/анализа данных. 9 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Многопольная система мониторинга и анализа для тестирования интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки, включающая в себя испытательное устройство для интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки (1), выполненное с возможностью моделирования структуры и нагрузки пласта горных пород и содержащее модуль мониторинга поля деформаций (2), модуль мониторинга поля смещений (3), модуль мониторинга температурного поля (4), модуль мониторинга геоэлектрического поля (5) и модуль мониторинга динамических сигналов (6) для обнаружения модели пласта породы, при этом каждый модуль мониторинга содержит элемент мониторинга, расположенный внутри или на поверхности модели пласта породы, и устройство сбора данных для приема сигналов мониторинга от элемента мониторинга; устройство сбора данных, соответствующее каждому модулю мониторинга, электрически соединено с пятью коммутаторами кольцевой сети (7), электрически соединенных с модулем обработки/анализа данных (8).

2. Многопольная система мониторинга и анализа для тестирования интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки по п.1, отличающаяся тем, что модуль мониторинга поля деформаций (2) содержит тензометрический датчик точечного типа (21), встроенный в модель пласта породы, распределенное волокно деформации (22) и первый датчик с волоконной решеткой (23); тензометрический датчик точечного типа (21) электрически соединен с тензометрическим датчиком динамической деформации (24) через линию связи; распределенное волокно деформации (22) электрически соединено с распределенным волоконным тензометром (25) через линию связи; и первый датчик с волоконной решеткой (23) электрически соединен с тензометром с волоконной решеткой (26) через линию связи.

3. Многопольная система мониторинга и анализа для тестирования интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки по п.1, отличающаяся тем, что модуль мониторинга поля смещений (3) содержит измеритель смещений (31), встроенный в модель пласта породы, и индикатор с круговой шкалой (32), расположенный в верхней части модели пласта породы; измеритель смещений (31) электрически соединен с тестером с волоконной решеткой (33) через линию связи; индикатор с круговой шкалой (32) электрически соединен с безбумажным регистратором (34) через линию связи.

4. Многопольная система мониторинга и анализа для тестирования интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки по п.1, отличающаяся тем, что модуль мониторинга температурного поля (4) содержит оптический кабель с распределенной температурой (41), встроенный в модель пласта породы, и второй датчик с волоконной решеткой (42); оптический кабель с распределенной температурой (41) электрически соединен с тестовым узлом ROTDR (43) через линию связи; второй датчик с волоконной решеткой (42) электрически соединен с прибором для измерения температуры с волоконной решеткой (44) через линию связи.

5. Многопольная система мониторинга и анализа для тестирования интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки по п.1, отличающаяся тем, что модуль мониторинга геоэлектрического поля (5) содержит микроэлектрод (51), встроенный в модель пласта породы; микроэлектрод (51) электрически соединен с параллельным электрическим тестовым узлом (52) через линию связи.

6. Многопольная система мониторинга и анализа для тестирования интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки по п.1, отличающаяся тем, что модуль мониторинга динамических сигналов (6) содержит однокомпонентный датчик ускорения (61) и трехкомпонентный датчик ускорения (62), расположенные на верхней части модели пласта породы; однокомпонентный датчик ускорения (61) и трехкомпонентный датчик ускорения (62) электрически соединены с тестером динамических сигналов (63) через линию связи.

7. Многопольная система мониторинга и анализа для тестирования интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что модуль обработки/анализа данных (8) содержит локальную сеть (81); локальная сеть (81) электрически соединена с пятью коммутаторами кольцевой сети (7) через коммутатор оптического порта (82); локальная сеть (81) электрически соединена с пятью системными серверами (83), соответствующими каждому модулю мониторинга; пять системных серверов (83) электрически соединены с пятью терминалами ПК (84) соответственно.

8. Многопольная система мониторинга и анализа для тестирования интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки по п.7, отличающаяся тем, что модуль обработки/анализа данных (8) дополнительно содержит устройство дистанционного мониторинга (87), подключенное через Интернет (85) или подключенное через сеть 5G (86).

9. Многопольная система мониторинга и анализа для тестирования интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки по п.7, отличающаяся тем, что модуль обработки/анализа данных (8) дополнительно содержит принтер (88), подключенный к локальной сети (81).

10. Многопольная система мониторинга и анализа для тестирования интеллектуального многомерного имитационного моделирования нагрузки по п.7, отличающаяся тем, что модуль обработки/анализа данных (8) дополнительно содержит блок мониторинга динамичного развития; блок мониторинга динамичного развития содержит комнату мониторинга и экран мониторинга динамичного развития, расположенный в комнате мониторинга и электрически соединенный с локальной сетью (81).