A1040 MIRA 3D 超声波成像仪在煤炭试样结构检测及压裂试验中的应用

一、项目概况

煤炭作为重要的能源资源，在工业生产和生活中发挥着重要作用。为了提高煤炭的生产效率和安全性，对煤炭进行厚度及应变检测的研究变得越来越重要。本文基于A1040 MIRA 3D混凝土三维超声波成像仪以及非接触式三维全场应变测量系统(XTDIC)，研究了此设备在煤炭厚度检测以及应变检测中的应用。通过实验测试和数据分析，验证了在煤炭试样厚度及应变检测中的可行性和有效性。此次采用A1040 MIRA 3D混凝土三维超声波成像仪对煤炭试样进行厚度检测，采用XTDIC非接触式三维全场应变测量系统对煤炭试样进行压裂应变试验。

二、检测内容及主要检测设备

1、检测内容

煤炭试样进行厚度检测；

煤炭试样压裂应变试验检测；

2、检测设备
此次采用的设备是A1040 MIRA 3D混凝土三维超声波成像仪以及XTDIC非接触式三维全场应变测量系统，由北京安仕通科技发展有限公司代理并提供技术支持和售后服务。A1040 MIRA 3D混凝土三维超声波成像仪是用于测试混凝土结构内部缺陷的仪器设备，并以三维图形或层析图片进行显示。XTDIC非接触式三维全场应变测量系统结合数字图像相关技术（DIC）与双目立体视觉技术，通过追踪物体表面的散斑图像，实现变形过程中物体表面的3D全场应变测量，包括三维坐标测量、位移场测量及应变场测量。

图 1  检测设备（A1040 MIRA 3D混凝土三维超声波成像仪  /  XTDIC非接触式三维全场应变测量系统）

二、检测数据处理分析

1.  煤炭试样进行厚度检测

为验证A1040 MIRA 3D混凝土三维超声波成像仪检测煤炭试验厚度的能力验证，制作了多个煤炭试样（模拟实际煤层材质，细小煤块混合水泥制成），分别厚度为300mm、600mm、1000mm、1500mm、2000mm。通过对5块试样进行检测，厚度检测精度在1~2%，部分试样见下图：

图 2  试样实际厚度为600mm，检测厚度为590mm，误差为1.6%

图 3  试样实际厚度为1000mm，检测厚度为989mm，误差为1.1%，除厚度检测为内部空洞等缺陷清晰可见

图 4  试样实际厚度为1500mm，检测厚度为1479mm，误差为1.4%

图 5  试验实际厚度为2000mm，检测厚度为1987mm，误差为0.65%

2. 煤炭试样压裂应变试验检测

为研究煤炭压裂应变的情况测，采用XTDIC非接触式三维全场应变测量系统对煤炭试样进行应变检测，见下图：

图 6  XTDIC非接触式三维全场应变测量系统应用于煤炭压裂应变试验

四、总结

（1）利用A1040 MIRA 3D混凝土三维超声波成像仪 实现了对高衰减材料结构的准确检测，对煤炭层可以提前进行探测，由于试样的制作限制，此设备可以通过A1040 MIRA 3D PRO版本进行高达6米的探测范围，从而拓展了以往的检测范围，改善了其他检测方法的不足。这一显著进展将在土木、矿产领域产生积极影响。

（2）本文的研究表明，采用XTDIC非接触式三维全场应变测量系统对煤炭试样进行应变检测是可行且有效的。该系统能够提供稳定的测量精度与成像分辨能力的全场应变信息，有望在煤炭试样的质量控制和安全评估等方面得到广泛应用。