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专利号: 2024104919803
申请人: 重庆三峡学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种深层柔软页岩变形的区间监测预警系统,其特征在于,包括区域采集装置(1)、传感电线(7)、控制装置(8)和预警装置(9);

其中,所述区域采集装置(1)包括探测器(2)、传输环(3)、温湿度传感器(4)、三维激光扫描仪(5)和应力传感器(6);

其中,所述温湿度传感器(4)包括外壳(41)、锂电池板(42)、高性能单片机(43)、NTC测温元件(44)、电阻式干湿元件(45)和感应单元(46),所述外壳(41)与感应单元(46)相连,所述NTC测温板(44)和电阻式干湿板(45)组合在一起,通过高性能单片机(43)获取温度和湿度,所述锂电池板(42)一端固定在外壳上,另一端与NTC测温元件(44)相连,所述温湿度传感器(4)用于实时获取环境温度K和环境湿度J,所述温湿度传感器(4)还用于提取环境形变的温度阈值K0和湿度阈值J0并将数值传输到反射器(24);

所述控制装置(8)配备了数据分析模块(81)、类型匹配模块(82)和形变评估模块(83);

所述数据分析模块(81)获取孔隙结构参数,并根据各孔隙结构参数建立各所述页岩的特征模型;

所述类型匹配模块(82)用于根据预设地区的所述页岩孔隙结构与各所述页岩的特征模型中孔隙结构之间的关系,确定预设地区的所述页岩的特征模型;

所述形变评估模块(83)用于获取所述页岩的特征模型中环境形变阈值,并根据预设地区的所述应力信息、环境温度和环境湿度与所述环境形变阈值之间的关系,确定预设地区的页岩的形变评分;

其中,所述类型匹配模块(82)用于根据预设地区的所述页岩孔隙结构与各所述页岩的特征模型中孔隙结构之间的关系,确定所述页岩的特征模型时,包括:所述类型匹配模块(82)还用于获取预设地区的所述页岩的孔隙分布的密集度以及所述孔隙的平均孔径;

所述类型匹配模块(82)还用于根据预设地区的所述页岩的孔隙分布的密集度与各所述特征模型中的孔隙分布的密集度之间的关系,确定所述页岩的特征模型;

其中,若所述页岩的孔隙分布的密集度与各所述特征模型中的孔隙分布的密集度均不一致时,所述类型匹配模块(82)则还用于获取所述页岩的面积,并根据所述页岩的面积与所述孔隙的平均孔径之间的孔径比值与各所述特征模型中的孔径比值之间的关系,确定所述页岩的特征模型;

所述形变评估模块(83)用于根据预设地区的所述应力信息、环境温度和环境湿度与所述环境形变阈值之间的关系,确定预设地区的页岩的形变评分时,包括:所述形变评估模块(83)用于从区域采集装置(1)获取的实时剪切力L与所述环境形变的剪切力阈值L0,根据所述实时剪切力L与所述环境形变的剪切力阈值L0之间的关系,确定预设地区的页岩的形变评分;

当L<L0时,所述形变评估模块(83)则确定预设地区所述页岩的形变评分为0;

当L≥L0时,所述形变评估模块(83)则根据所述实时剪切力L与所述环境形变的剪切力阈值L0之间的差值,确定预设地区所述页岩的形变评分;

所述形变评估模块(83)在根据所述实时剪切力L与所述环境形变的剪切力阈值L0之间的差值,确定预设地区所述页岩的形变评分时,包括:所述形变评估模块(83)还用于获取所述实时剪切力L与所述环境形变的剪切力阈值L0之间的剪切力差值△L,△L=L‑L0;

所述形变评估模块(83)被配置有第一预设剪切力差值△L1和第二预设剪切力差值△L2,且△L1<△L2;

所述形变评估模块(83)还用于根据所述剪切力差值△L与各预设剪切力差值之间的关系,确定所述页岩的形变评分;

当△L≤△L1时,所述形变评估模块(83)则确定所述页岩的形变评分为M1;

当△L1<△L≤△L2时,所述形变评估模块(83)则确定所述页岩的形变评分为M2;

当△L>△L2时,所述形变评估模块(83)则确定所述页岩的形变评分为M3;

且,M1<M2<M3;

所述形变评估模块(83)在确定所述页岩的形变评分Mi,i=1,2,3,时,还包括:所述形变评估模块(83)还用于根据所述实时环境温度K与所述环境形变的温度阈值K0之间的关系,确定是否调整所述页岩的形变评分Mi;

当K<K0时,所述形变评估模块(83)则不对所述页岩的形变评分Mi进行调整;

当K≥K0时,所述形变评估模块(83)则根据实时环境温度K与所述环境形变的温度阈值K0之间的差值,对所述页岩的形变评分Mi进行调整;

所述形变评估模块(83)根据所述实时环境温度K与所述环境形变的温度阈值K0之间的差值,对所述页岩的形变评分Mi进行调整时,包括:形变评估模块(83)还用于获取所述实时环境温度K与所述环境形变的温度阈值K0之间的温度差值△K,△K=K‑K0;

所述形变评估模块(83)还配置有第一预设温度差值△K1和第二预设温度差值△K2,且,△K1<△K2;

所述形变评估模块(83)还用于根据所述温度差值△K与各预设的温度差值之间的关系,确定所述页岩的形变评分Mi的调整系数;

当△K≤△K1时,所述形变评估模块(83)则确定所述页岩的形变评分Mi的调整系数为N1;

当△K1<△K≤△K2时,所述形变评估模块(83)则确定所述页岩的形变评分Mi的调整系数为N2;

当△K>△K2时,所述形变评估模块(83)则确定所述页岩的形变评分Mi的调整系数为N3;且,N1<N2<N3<1;

所述形变评估模块(83)在确定所述页岩的形变评分Mi的调整系数为Ni,i=1,2,3,并根据所述调整系数Ni对所述页岩的形变评分Mi进行调整时,包括:所述形变评估模块(83)还用于根据所述实时环境湿度J与所述环境形变的湿度阈值J0之间的关系,确定是否要对调整后的所述页岩的形变评分Mi*Ni进行修正;

当J<J0时,所述形变评估模块(83)则确定不对调整后的所述页岩的形变评分Mi*Ni进行修正;

当J≥J0时,所述形变评估模块(83)则根据所述实时环境湿度J与所述环境形变的湿度阈值J0之间的差值,对调整后的所述页岩的形变评分Mi*Ni进行修正;

所述形变评估模块(83)根据所述实时环境湿度J与所述环境形变的湿度阈值J0之间的差值,对调整后的所述页岩的形变评分Mi*Ni进行修正时,包括:所述形变评估模块(83)还用于获取所述实时环境湿度J与所述环境形变的湿度阈值J0之间的湿度差值△J,△J=J‑J0;

所述形变评估模块(83)还配置有第一预设湿度差值△J1和第二预设湿度差值△J2,且,△J1<△J2;

所述形变评估模块(83)还用于根据所述湿度差值△J与各预设的湿度差值之间的关系,确定调整后的所述页岩的形变评分Mi*Ni的修正系数;

当△J≤△J1时,所述形变评估模块(83)则确定调整后的所述页岩的形变评分Mi*Ni的修正系数为B1;

当△J1<△J≤△J2时,所述形变评估模块(83)则确定调整后的所述页岩的形变评分Mi*Ni的修正系数为B2;

当△J>△J2时,所述形变评估模块(83)则确定调整后的所述页岩的形变评分Mi*Ni的修正系数为B3;

且,B1<B2<B3<1;

当所述形变评估模块(83)确定调整后的所述页岩的形变评分Mi*Ni的修正系数为Bi时,i=1,2,3,并确定修正后的所述页岩的形变评分为Q,设定Q=Mi*Ni*Bi。

2.如权利要求1所述的一种深层柔软页岩变形的区间监测预警系统,其特征在于,所述应力传感器(6)包括绝缘外壳(61)、应力片(62)、传导线(63)、感应单元(64)和驱动单元(65),所述绝缘外壳(61)左端与驱动单元(65)相连,右端与感应单元(64)相连,所述传导线(63)贯穿于应力片(62)内部,所述应力片(62)内部两端分别与驱动单元(65)和感应单元(64)相连,所述应力传感器(6)用于获取所述预设地区的实时剪切力L,所述应力传感器(6)还用于提取所述环境形变的剪切力阈值L0并传输到反射器(24)。

3.如权利要求1所述的一种深层柔软页岩变形的区间监测预警系统,其特征在于,所述预警装置(9)通过传感电线(7)与控制装置(8)相连,将所述形变评估模块(83)确定的形变评分传输到预警装置(9),所述预警装置(9)用于根据预设地区的页岩的形变评分与预设的形变评分之间的关系,确定所述预设地区页岩的预警等级,所述预警装置(9)还用于根据所述预设地区页岩的预警等级与预设的预警阈值之间的关系,将预警信息发送到智能显示屏(91);

其中,所述预警装置(9)被配置有预设预警等级阈值,并根据所述页岩的预警等级与预设预警等级阈值之间的关系,确定是否将预警信息发送到所述智能显示屏(91);

当所述页岩的预警等级低于预设预警等级阈值时,所述预警装置(9)则不将预警信息发送到所述智能显示屏(91);

当所述页岩的预警等级高于或等于预设预警等级阈值时,所述预警装置(9)将预警信息发送到所述智能显示屏(91)。

4.如权利要求3所述的深层柔软页岩变形的区间监测预警系统,其特征在于,所述预警装置(9)用于根据预设地区的页岩的形变评分与预设的形变评分之间的关系,确定所述预设地区页岩的预警等级时,包括:所述预警装置(9)配置有第一预设形变评分Q1和第二预设形变评分Q2,且Q1<Q2;

所述预警装置(9)还用于根据所述预设地区的页岩的形变评分Q与各预设的形变评分之间的关系,确定所述预设地区页岩的预警等级;

当Q≤Q1时,所述预警装置(9)则确定所述预设地区页岩的预警等级为第一预警等级,所述智能显示屏(91)显示第一预警等级,声光报警器(92)会显示蓝色并发出警报;

当Q1<Q≤Q2时,所述预警装置(9)则确定所述预设地区页岩的预警等级为第二预警等级,所述智能显示屏(91)显示第二预警等级,所述声光报警器(92)会显示黄色并发出警报;

当Q>Q2时,所述预警装置(9)则确定所述预设地区页岩的预警等级为第三预警等级,所述智能显示屏(91)显示第三预警等级,所述声光报警器(92)会显示红色并发出警报;

且,第一预警等级<第二预警等级<第三预警等级,蓝色<黄色<红色。

5.一种深层柔软页岩变形的区间监测预警方法,适用于如权利要求1‑4任一项所述的一种深层柔软页岩变形的区间监测预警系统中,其特征在于,包括:区域采集装置、控制装置和预警装置;所述区域采集装置包括探测器、传输环、温湿度传感器、应力传感器和三维激光扫描仪,所述探测器包括接地环、电源和反射器,所述控制装置包括数据分析模块、类型匹配模块和形变评估模块,所述控制装置与区域采集装置通过传感电线相连,所述预警装置与控制装置通过传感电线相连,所述预警装置包括智能显示屏和声光报警器;通过区域采集装置获取页岩的结构、温度、湿度和应力,通过控制装置进行形变评估,最后通过预警装置输出预警等级。