本发明涉及静态膨胀最优参数确定，具体涉及基于多源监测确定静态膨胀致裂最优参数的装置和方法。
背景技术：
1、在煤矿井下岩石预裂方面，传统的炸药爆破方法会释放大量能量，造成巨大破坏，逐渐不适用于现在的煤矿施工环境。此外，传统爆破法限制多，而人工或机械开挖效率低，影响工程进度，因此，静态膨胀致裂技术应运而生。静态膨胀致裂技术主要利用静态膨胀剂水化反应膨胀压力破碎岩石，使用时，将静态膨胀剂装入预先钻好的钻孔，静态膨胀剂在催化剂作用下水化反应，体积膨胀产生膨胀压力，使岩体产生龟裂。这一施工方法先静力胀裂岩体，再使用风镐处理小岩体，有效提高了效率。
2、使用静态膨胀致裂技术施工时，为达到更好的致裂效果，需要合理确定静态膨胀致裂最优参数，因此需要对静态膨胀进行测试。然而，现有的常规的静态膨胀测试方式通常采用预制混凝土试样，简单的评测膨胀量、膨胀速率等参数，且需要经过大量的试验才能获取数据，才能最终确定最优静态膨胀致裂参数，与现场联系也不强，造成试验室获得的数据无法较好的对应到煤矿工作现场。同时，如果确定的静态膨胀致裂参数与最优参数差别较大时，易造成作业过程中的安全风险增加、经济成本上升、环境影响加剧、作业效率降低和工程质量受损等坏处。因此，设计一种贴近实际、高效可靠的评价装置和方法极其重要。
技术实现思路
1、针对上述问题，本发明公开了一种基于多源监测确定静态膨胀致裂最优参数的装置和方法，选取现场岩样，通过正交试验法设计方案，根据实际需要确定几因素几水平的试验方案，精确调控试验所需的现场环境，包括温度、湿度等，运用综合平衡法分析试件氡气析出浓度、内部裂隙数量和岩样表面裂隙延展比率，并最终确定最优因素的水平组合，即静态膨胀最优参数组合，设计合理，现场贴合度高，试验结果可靠性强，适用范围广。
2、根据本发明的目的提出的一种基于多源监测确定静态膨胀致裂最优参数的装置，包括试验舱、氡气测量组件、围压施加组件、超声探测装置以及激光扫描仪；
3、所述试验舱为亚克力透明舱，内部设置有用于放置岩样的可升降试验台；所述试验舱上还设置有用于控制试验舱内温度和湿度的温控加湿器以及用于实时监测试验舱内温度和湿度的温湿度计；
4、所述围压施加组件包括用于盛装岩样、给岩样施加等效围压的加压装置、小型加压泵、用于连接加压装置和小型加压泵的第二橡胶管；
5、所述氡气测量组件包括用于测量试验舱内析出氡气浓度的连续测氡仪、用于连接连续测氡仪与试验舱的第一橡胶管以及密封连接于第一橡胶管上、用于干燥试验舱析出氡气的干燥器；
6、所述超声探测装置包括超声发射器、超声接收器以及超声探测器，所述超声发射器和超声接收器分别设置于岩样两侧，并分别通过传输线与设置于试验舱外的超声探测器电连接；
7、所述激光扫描仪设置于试验舱外，用于扫描岩样表面裂隙，确定岩样表面裂隙延展比率。
8、优选的，所述试验舱外可升降试验台两侧还设置有超声收发装置舱，所述超声发射器和超声接收器放置于超声收发装置舱内。
9、优选的，所述加压装置包括钢管和设置于钢管内的橡胶内衬；所述钢管一端封闭，侧壁为双层结构；所述橡胶内衬设置于钢管内，其边缘处外翻密封固定安装于钢管的侧壁空腔内；所述钢管侧壁设置有用于连接第二橡胶管的第三连接口，所述第三连接口连通橡胶内衬与钢管内壁的夹层。
10、本发明另外公开的一种基于多源监测确定静态膨胀致裂最优参数的方法，其特征在于，包括以下步骤：
11、步骤一：从现场钻取岩样并且直接蜡封，送至试验室常温保存备用；
12、步骤二：结合多种影响因素，运用正交试验方法，设计试验方案，并选用对应的正交表来安排试验；
13、步骤三：连接试验装置，在蜡封的岩样上钻取钻孔，将岩样放入加压装置内并施加等效围压，之后将装有岩样的加压装置放入试验舱当中，开启温控加湿器使试验舱温度湿度到达指定的数值，打开连续测氡仪、超声探测器和激光扫描仪，校准测定系数，获取初始数值，校准完成后关闭仪器；
14、步骤四：根据试验方案配制相应水灰比的静态膨胀剂，放入岩样当中，将岩样放入加压装置内并施加等效围压，之后将装有岩样的加压装置放入试验舱当中开始试验，开启温控加湿器使试验舱温度湿度到达指定的数值，同时开启连续测氡仪、超声探测器和激光扫描仪，分别测得试验方案下岩样的氡气析出值、岩样内部裂隙数量以及岩样表面裂隙；
15、步骤五：根据试验所测得的数值以及初始数值计算氡气析出值占比、岩样内部裂隙数量占比以及岩样表面裂隙延展比率；其中，氡气析出值占比为致裂后岩样中氡气析出后的浓度与初始浓度的比值；岩样内部裂隙数量占比为通过超声探测器检测到的岩样致裂后新增裂隙的数量与原有裂隙数量的总和的比例；岩样表面裂隙延展比率为激光扫描仪扫描到的岩样表面裂隙延展的总面积与岩样表面积的比值；
16、步骤六：根据步骤二中设计的试验方案，重复步骤三-步骤五，通过调整不同影响因素数值进行多组试验并进行数据收集；
17、步骤七：根据收集到的试验结果，结合实际情况，运用综合平衡法，同时结合趋势图，对正交试验设计结果进行分析，包括极差分析和方差分析，并最终确定最优因素的水平组合，即静态膨胀最优参数组合。
18、优选的，步骤二中，多种影响因素包括岩样内钻孔孔径、孔距、排布方式、静态膨胀剂水灰比、环境温度、环境湿度以及反应时间。
19、与现有技术相比，本发明公开的一种基于多源监测确定静态膨胀致裂最优参数的装置和方法的优点是：
20、(1)本发明根据岩石破裂后钻孔裂隙发育破坏会产生大量裂隙并且会析出氡气的特征，通过多源监测获得氡气浓度、岩石内部裂隙数量和岩石表面裂隙的延展比率，运用正交试验的方法，综合评价静态膨胀效果，并最终确定静态膨胀致裂最优参数，设计合理，现场贴合度高，试验结果可靠性强，适用范围广。
21、(2)本发明采用“氡气-超声-激光”多源监测评价静态膨胀效果，评测指标更加丰富可靠，试验结果具有良好的准确度。
22、(3)本发明装置结构简单，组装简易，实用性强。
23、(4)本发明测试方法采用正交试验方法，极大降低试验成本和时间，极大提高试验效率和结果的可靠性。
1.一种基于多源监测确定静态膨胀致裂最优参数的装置，其特征在于，包括试验舱(19)、氡气测量组件、围压施加组件、超声探测装置以及激光扫描仪(18)；
2.根据权利要求1所述的基于多源监测确定静态膨胀致裂最优参数的装置，其特征在于，所述试验舱(19)外可升降试验台(14)两侧还设置有超声收发装置舱(5)，所述超声发射器(6)和超声接收器(9)放置于超声收发装置舱(5)内。
3.根据权利要求1所述的基于多源监测确定静态膨胀致裂最优参数的装置，其特征在于，所述加压装置(10)包括钢管(24)和设置于钢管(24)内的橡胶内衬(23)；所述钢管(24)一端封闭，侧壁为双层结构；所述橡胶内衬(23)设置于钢管(24)内，其边缘处外翻密封固定安装于钢管(24)的侧壁空腔内；所述钢管(24)侧壁设置有用于连接第二橡胶管(20)的第三连接口(29)，所述第三连接口(29)连通橡胶内衬(23)与钢管(24)内壁的夹层。
4.一种基于多源监测确定静态膨胀致裂最优参数的方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的基于多源监测确定静态膨胀致裂最优参数的方法，其特征在于，步骤二中，多种影响因素包括岩样内钻孔孔径、孔距、排布方式、静态膨胀剂水灰比、环境温度、环境湿度以及反应时间。
