一种现场微波破岩模拟系统技术方案

本实用新型专利技术提供了现场微波破岩模拟系统，包括微波源、导波管、环形器、水负载、破岩试验舱、微波阻隔和围压加载系统、以及数据采集系统。微波阻隔和围压加载系统由千斤顶、微波阻隔正板和微波阻隔侧板构成；各微波阻隔正板将位于破岩试验舱内的岩石试样除接受微波照射处理的微波照射面外的其余面包围，各微波阻隔侧板在岩石试样的微波照射面所处平面上将岩石试样的微波照射面与破岩试验舱内壁之间的间隙封闭，使微波只作用于岩石试样的一面，对应于工程实践中所面临的掌子面；数据采集系统用于采集岩石试样试验过程中的温度、压力、应力等信息。该模拟系统可更真实地模拟现场微波破岩工况，可在工程实践中更有效地指导微波破岩工作。

【技术实现步骤摘要】
一种现场微波破岩模拟系统
本技术属于隧道、采矿和岩土工程领域，涉及一种现场微波破岩模拟系统。
技术介绍
随着工业的发展，地球浅部资源逐渐开采殆尽，人类对资源的开采不断向深部进发。但是，随着开采深度的延伸，岩体强度呈非线性增加，传统的机械破岩方法严重制约了深地资源的开采效率，增加了开采成本。微波由于升温速率快、无二次污染等优点而有望被用于工程岩体破碎领域，用以突破传统机械破岩的瓶颈。现有研究也已论证了微波破岩的可行性，并且通过室内研究、数值模拟等手段证实，在综合考虑经济以及破岩效率的情况下，微波破岩技术在实际运用中存在着最佳临界作用工况，最佳临界作用工况的获取可为现场工程实践提供指导。然而，现阶段的室内研究均是基于多模或单模谐振腔体来完成的，在腔体内微波可以往复反射充分作用于岩石试样的各个面，这并不符合现场工程实践的实际情况。在工程实践中，开展岩体破碎工作时所面临的是一个掌子面，微波作用时只作用于岩体的一个断面，此时岩体的其他断面均受到围压的影响。由此可见，现有室内试验方法并不能准确模拟现场工况，一方面无法使微波仅作用于岩石试样的一个面，另一方面也未考虑到围压对其他断面的影响，因此根据现有室内试验方法所获取的最佳作用工况对工程实践中的微波破岩的可参考性还有待提高，难以有效地指导实际的微波破岩工作。
技术实现思路
本技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种现场微波破岩模拟系统，以更真实地模拟现场微波破岩工况，提高所获取的微波破岩最佳临界作用工况的准确性，以在工程实践中更有效地指导微波破岩工作。<br>本技术提供的现场微波破岩模拟系统，包括微波源、导波管、环形器、水负载、破岩试验舱、微波阻隔和围压加载系统、以及数据采集系统；所述导波管一端与微波源的微波出射口连接、另一端与环形器的微波入射端口连接，环形器的微波出射端口与破岩试验舱的微波入射口连接，环形器的水负载连接端口与水负载连接；所述微波阻隔和围压加载系统由五个千斤顶、五块微波阻隔正板、四块微波阻隔侧板构成；破岩试验舱内放置有呈立方体的岩石试样，岩石试样的一个面是用于接受微波照射处理的微波照射面，岩石试样的其他五个面被微波阻隔正板包围，各微波阻隔正板分别对应地安装在各千斤顶的端部，各千斤顶分别对应破岩试验舱内岩石试样的五个面安装，各千斤顶的端部连同微波阻隔正板位于破岩试验舱内，使各微波阻隔正板在千斤顶的控制下能分别与岩石试样的除微波照射面外的其他五个面贴合，实现对对应面的微波阻隔和围压的加载，通过调整位于岩石试样下方的千斤顶可调整岩石试样在破岩试验舱内的高度；各微波阻隔侧板穿过破岩试验舱的侧壁伸入破岩试验舱内与岩石试样的微波照射面的四个边沿分别相接，在岩石试样的微波照射面所处的平面上将岩石试样的微波照射面与破岩试验舱内壁之间的间隙封闭；所述数据采集系统包括传感器、传输线缆和接受传感器采集的信号的终端设备，传感器贴合岩石试样表面安装，传输线缆穿过破岩试验舱壁面上的截止波导孔将传感器与位于破岩试验舱外部的终端设备连接。进一步地，上述现场微波破岩模拟系统的技术方案中，为了使通过千斤顶向岩石试样施加围压时施力更加均匀，避免应力集中，千斤顶的端部通过梯形体转接头与微波阻隔正板连接，梯形体转接头与微波阻隔正板接触的面的尺寸与微波阻隔正板的尺寸一致。进一步地，上述现场微波破岩模拟系统的技术方案中，为了避免通过微波阻隔正板施加围压时对传感器的传输线缆造成不利影响或破坏，微波阻隔正板与岩石试样接触的一面上设有线缆安装槽，与各传感器相连的传输线缆通过线缆安装槽引出微波阻隔正板后穿过破岩试验舱壁面上的截止波导孔将传感器与位于破岩试验舱外部的终端设备连接。更进一步地，所述线缆安装槽贯通微波阻隔正板的一组相互平行的侧面，以便于将于传感器相连的传输线缆从微波阻隔正板的边缘引出。上述现场微波破岩模拟系统的技术方案中，所述截止波导孔能够使微波传达至孔位置时大量衰减，从而避免微波传到破岩试验舱外。截止波导孔为现有市售商品，也可于市场根据需要定制。进一步地，上述现场微波破岩模拟系统的技术方案中，五块微波阻隔正板中，其中两块相互平行的微波阻隔正板的尺寸大于岩石试样的侧面的尺寸(称之为大正板)，另外三块微波阻隔正板的尺寸与岩石试样的侧面的尺寸一致(称之为小正板)。根据进行破岩试验的岩石试样的尺寸的不同，可固定其中两块相互平行微波阻隔正板的尺寸(大正板)，将其他三块微波阻隔正板(小正板)的尺寸制作成不同规格的多组，在试验时根据岩石试样的尺寸选用。此时，梯形体转接头也相应制作成不同尺寸的多组，并且梯形体转接头与千斤顶的端部和微波阻隔正板之间均为可拆卸连接方式，以便在更换岩试样时选择对应尺寸的梯形头转接头和微波阻隔正板，重新连接在千斤顶端部。进一步地，上述现场微波破岩模拟系统的即使方案中，所述微波阻隔正板与千斤顶端部为可拆卸连接，根据岩石试样的尺寸调节或选用对应尺寸的微波阻隔板后将微波阻隔板与千斤顶的端部连接。进一步地，上述现场微波破岩模拟系统的技术方案中，破岩试验舱呈长方体形，微波阻隔侧板分别穿过破岩试验舱的上、下、前、后侧壁伸入破岩试验舱内，微波阻隔侧板相对于破岩试验舱的侧壁可伸缩，通过调整各微波阻隔侧板在破岩试验舱内的伸入深度可在岩石试样的微波照射面所处的平面上将岩石试样的微波照射面与破岩试验舱内壁之间的间隙封闭。破岩试验舱的侧壁上设有供微波阻隔侧板穿过的缝隙。进一步地，上述现场微波破岩模拟系统的技术方案中，微波阻隔侧板位于破岩试验舱内的部分呈矩形；穿过破岩试验舱的前、后侧壁的微波阻隔侧板的高度与破岩试验舱的上、下侧壁之间的距离一致(称之为大侧板)，且穿过破岩试验舱的上、下侧壁的微波阻隔侧板的宽度与岩石试样的侧面宽度一致(称之为小侧板)；或者，穿过破岩试验舱的上、下侧壁的微波阻隔侧板的宽度与破岩试验舱的前、后侧壁之间的距离一致(称之为大侧板)，且穿过破岩试验舱的前、后侧壁的微波阻隔侧板的宽度与岩石试样的侧面宽度一致(称之为小侧板)。根据进行破岩试验的岩石试样的尺寸的不同，可将小侧板位于破岩试验舱内的部分制作成尺寸不同规格的多组，在试验时根据岩石试样的尺寸选用。本技术中所述的岩石试样的“上、下、前、后”是指试样接收微波照射的面以外其余面的方位的指代，是相对而言的，为清楚说明的需要，并无限定意义。进一步地，上述现场微波破岩模拟系统的技术方案中，所述微波阻隔正板和微波阻隔侧板为金属板，金属板的厚度以能够阻隔微波即可。破岩实验舱的壁面也为金属板。金属板阻隔微波的主要原因是金属板可以使微波进行反射。进一步地，上述现场微波破岩模拟系统的技术方案中，所述传感器包括温度传感器、压力传感器、应变传感器以及声发射传感器。进一步地，上述现场微波破岩模拟系统的技术方案中，所述破岩试验舱内壁设有摄像头和红外热成像仪，用于监测微波作用时岩石试样微波照射面的形态变化和岩石试样的温度变化。更进一步地，摄像头和红外热成像仪安装在破岩试验舱的微波入射口所在的内壁上，摄像头和红外热成像仪通过传输线缆穿过破岩试验舱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种现场微波破岩模拟系统，其特征在于，包括微波源(1)、导波管(2)、环形器(3)、水负载(4)、破岩试验舱(5)、微波阻隔和围压加载系统、以及数据采集系统；/n所述导波管(2)一端与微波源的微波出射口连接、另一端与环形器(3)的微波入射端口连接，环形器的微波出射端口与破岩试验舱(5)的微波入射口连接，环形器的水负载连接端口与水负载(4)连接；/n所述微波阻隔和围压加载系统由五个千斤顶(6)、五块微波阻隔正板(7)、四块微波阻隔侧板(8)构成；破岩试验舱内放置有呈立方体的岩石试样(9)，岩石试样(9)的一个面是用于接受微波照射处理的微波照射面，岩石试样的其他五个面被微波阻隔正板包围，各微波阻隔正板分别对应地安装在各千斤顶的端部，各千斤顶分别对应破岩试验舱内岩石试样的五个面安装，各千斤顶的端部连同微波阻隔正板位于破岩试验舱内，使各微波阻隔正板在千斤顶的控制下能分别与岩石试样的除微波照射面外的其他五个面贴合，实现对对应面的微波阻隔和围压的加载，通过调整位于岩石试样下方的千斤顶可调整岩石试样在破岩试验舱内的高度；各微波阻隔侧板(8)穿过破岩试验舱的侧壁伸入破岩试验舱内与岩石试样的微波照射面的四个边沿分别相接，在岩石试样的微波照射面所处的平面上将岩石试样的微波照射面与破岩试验舱内壁之间的间隙封闭；/n所述数据采集系统包括传感器、传输线缆和接受传感器采集的信号的终端设备，传感器贴合岩石试样表面安装，传输线缆穿过破岩试验舱壁面上的截止波导孔(10)将传感器与位于破岩试验舱外部的终端设备连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种现场微波破岩模拟系统，其特征在于，包括微波源(1)、导波管(2)、环形器(3)、水负载(4)、破岩试验舱(5)、微波阻隔和围压加载系统、以及数据采集系统；
所述导波管(2)一端与微波源的微波出射口连接、另一端与环形器(3)的微波入射端口连接，环形器的微波出射端口与破岩试验舱(5)的微波入射口连接，环形器的水负载连接端口与水负载(4)连接；
所述微波阻隔和围压加载系统由五个千斤顶(6)、五块微波阻隔正板(7)、四块微波阻隔侧板(8)构成；破岩试验舱内放置有呈立方体的岩石试样(9)，岩石试样(9)的一个面是用于接受微波照射处理的微波照射面，岩石试样的其他五个面被微波阻隔正板包围，各微波阻隔正板分别对应地安装在各千斤顶的端部，各千斤顶分别对应破岩试验舱内岩石试样的五个面安装，各千斤顶的端部连同微波阻隔正板位于破岩试验舱内，使各微波阻隔正板在千斤顶的控制下能分别与岩石试样的除微波照射面外的其他五个面贴合，实现对对应面的微波阻隔和围压的加载，通过调整位于岩石试样下方的千斤顶可调整岩石试样在破岩试验舱内的高度；各微波阻隔侧板(8)穿过破岩试验舱的侧壁伸入破岩试验舱内与岩石试样的微波照射面的四个边沿分别相接，在岩石试样的微波照射面所处的平面上将岩石试样的微波照射面与破岩试验舱内壁之间的间隙封闭；
所述数据采集系统包括传感器、传输线缆和接受传感器采集的信号的终端设备，传感器贴合岩石试样表面安装，传输线缆穿过破岩试验舱壁面上的截止波导孔(10)将传感器与位于破岩试验舱外部的终端设备连接。


2.根据权利要求1所述现场微波破岩模拟系统，其特征在于，千斤顶的端部通过梯形体转接头(11)与微波阻隔正板连接，梯形体转接头与微波阻隔正板接触的面的尺寸与微波阻隔正板的尺寸一致。


3.根据权利要求1所述现场微波破岩模拟系统，其特征在于，微波阻隔正板(7)与岩石试样接触的一面上设有线缆安装槽(12)，与各传感器相连的传输线缆通过线缆安装...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨本高，高明忠，谢晶，陆彤，彭高友，王飞，王明耀，刘军军，刘依婷，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：新型
国别省市：四川;51