单向冲击下能量传导路径与传导效率测试装置的制作方法

本实用新型属于能量传导路径与传导效率测试装置技术领域，尤其是涉及一种单向冲击下能量传导路径与传导效率测试装置。

背景技术：

以冲击地压、岩爆等为代表的动力灾害是一种威胁我国矿山开采与隧道开掘的主要动力灾害。动力灾害的发生是集中应力由围岩深部传导至巷道及工作面等自由面空间释放的过程。动力灾害的防治可以归纳为“消除源头、弱化传导、加强终端”，因此，研究能量传导路径和传导效率的机理研究，弱化能量传导对于指导动力灾害的控制具有十分重要意义。然而，目前存在巷道中能量传导路径不清，巷道中传导效率定量化描述不明，所以爆破卸压、注水软化、支护等“弱化传导”控制措施还存在较大盲目性，理论机理揭示和实验论证方面还存在盲区，缺少科学依据，因而无法准确确定能量传导路径中能量的弱化位置。且目前关于在单向冲击载荷作用下能量传导路径与传导效率的测试装置探究方面研究较少。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种单向冲击下能量传导路径与传导效率测试装置，其结构简单、设计合理且操作简便、使用效果好，能准确地获取能量传导路径与传导效率，为巷道能量“弱化传导”控制措施提供准确依据，实用性强。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：单向冲击下能量传导路径与传导效率测试装置，其特征在于：包括模拟巷道和对所述模拟巷道中能量传导路径与传导效率进行检测的测量机构，所述测量机构包括微处理器以及与微处理器相接的数据存储器和时钟模块，所述微处理器的输入端接有第一应力传感器、第二应力传感器和第三应力传感器，以及按键输入模块、设置模拟巷道的底部的下组声发射传感器和设置在模拟巷道的顶部的上组声发射传感器，所述下组声发射传感器包括第一下声发射传感器和第二下声发射传感器，所述上组声发射传感器包括第一上声发射传感器和第二上声发射传感器，所述第一下声发射传感器、第二下声发射传感器、第一上声发射传感器和第二上声发射传感器的输出端均与微处理器的输入端相接，所述模拟巷道内设置有多个应力测点，所述第一应力传感器、第二应力传感器和第三应力传感器均位于各个所述应力测点处。

上述的单向冲击下能量传导路径与传导效率测试装置，其特征在于：所述第一下声发射传感器、第二下声发射传感器、第一上声发射传感器和第二上声发射传感器均为SAEU3S声发射传感器；所述第一应力传感器、第二应力传感器和第三应力传感器均为ZS1430-WSPX微型土压力盒传感器。

上述的单向冲击下能量传导路径与传导效率测试装置，其特征在于：所述微处理器为单片机、ARM微控制器或者DSP微控制器。

上述的单向冲击下能量传导路径与传导效率测试装置，其特征在于：所述模拟巷道包括煤矿巷道模型箱和设置在煤矿巷道模型箱内且用于模拟实际煤矿巷道围岩的相似模拟材料，所述煤矿巷道模型箱的左侧板和右侧板对称设置两组侧向支撑机构，所述侧向支撑机构包括多个沿煤矿巷道模型箱高度方向布设的千斤顶，上下相邻两个千斤顶的竖直间距为30cm～40cm。

上述的单向冲击下能量传导路径与传导效率测试装置，其特征在于：所述煤矿巷道模型箱设置在底板上，且所述底板的两端设置有竖直支撑杆，且多个所述千斤顶安装在所述竖直支撑杆，两个所述竖直支撑杆的顶部设置有供铁块悬挂的水平杆，所述铁块位于煤矿巷道模型箱的上方。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、所采用的测试装置结构简单、设计合理且投入成本较低。

2、所采用的测试装置仅由应力传感器和声发射传感器就实现传导路径与传导效率测试，结构简单、成本较低。

4、所采用的测试装置通过第一应力传感器对应力测点处的左右侧向应力值进行采集，第二应力传感器对应力测点处的前后方向应力值进行采集，第三应力传感器对应力测点处的上下方向应力值进行采集，得到各个应力测点处的传导效率，从而得到模拟巷道中最大的传导效率所在位置，便于为各种各样巷道的“弱化传导”措施进行判断。

5、所采用的测试装置通过第一下声发射传感器、第二下声发射传感器、第一上声发射传感器和第二上声发射传感器分别对模拟巷道中的冲击能量信号进行采集，并将采集的冲击能量信号发送至微处理器，微处理器根据第一下声发射传感器、第二下声发射传感器、第一上声发射传感器和第二上声发射传感器接收冲击能量信号的时间不同，从而得到时冲击能量信号的位置，进而得到模拟巷道中能量传导路径，为准确实施能量传导路径中能量的弱化提供位置指导。

6、所采用的测试装置设置模拟巷道，通过建立相似物理模型，更真实地模拟实际煤矿巷道，同时便于不同冲击动力载荷下、不同模拟材料下下以及不同弱化手段开展实验为弱化传导提供科学依据。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的电路原理框图。

图3为本实用新型第一下声发射传感器、第二下声发射传感器、第一上声发射传感器和第二上声发射传感器安装的结构示意图。

附图标记说明:

1—千斤顶； 2—煤矿巷道模型箱； 3—模拟巷道；

4-1—第一应力传感器； 4-2—第二应力传感器； 4-3—第三应力传感器；

5—微处理器； 6-1—第一下声发射传感器；

6-2—第二下声发射传感器； 7-1—第一上声发射传感器；

7-2—第二上声发射传感器； 9—按键输入模块；

10—数据存储器； 11—底板； 12—铁块；

13—竖直支撑杆； 15—时钟模块。

具体实施方式

如图1至图3，本实用新型包括模拟巷道3和对所述模拟巷道3中能量传导路径与传导效率进行检测的测量机构，所述测量机构包括微处理器5以及与微处理器5相接的数据存储器10和时钟模块15，所述微处理器5的输入端接有第一应力传感器4-1、第二应力传感器4-2和第三应力传感器4-3，以及按键输入模块9、设置模拟巷道3的底部的下组声发射传感器和设置在模拟巷道3的顶部的上组声发射传感器，所述下组声发射传感器包括第一下声发射传感器6-1和第二下声发射传感器6-2，所述上组声发射传感器包括第一上声发射传感器7-1和第二上声发射传感器7-2，所述第一下声发射传感器6-1、第二下声发射传感器6-2、第一上声发射传感器7-1和第二上声发射传感器7-2的输出端均与微处理器5的输入端相接，所述模拟巷道3内设置有多个应力测点，所述第一应力传感器4-1、第二应力传感器4-2和第三应力传感器4-3均位于各个所述应力测点处。

本实施例中，所述第一下声发射传感器6-1、第二下声发射传感器6-2、第一上声发射传感器7-1和第二上声发射传感器7-2均为SAEU3S声发射传感器；所述第一应力传感器4-1、第二应力传感器4-2和第三应力传感器4-3均为ZS1430-WSPX微型土压力盒传感器。

本实施例中，所述微处理器5为单片机、ARM微控制器或者DSP微控制器。

本实施例中，进一步地，所述微处理器5为MSP430单片机。

本实施例中，所述模拟巷道3包括煤矿巷道模型箱2和设置在煤矿巷道模型箱2内且用于模拟实际煤矿巷道围岩的相似模拟材料，所述煤矿巷道模型箱2的左侧板和右侧板对称设置两组侧向支撑机构，所述侧向支撑机构包括多个沿煤矿巷道模型箱2高度方向布设的千斤顶1，上下相邻两个千斤顶1的竖直间距为30cm～40cm。

本实施例中，所述煤矿巷道模型箱2设置在底板11上，且所述底板11的两端设置有竖直支撑杆，且多个所述千斤顶1安装在所述竖直支撑杆13，两个所述竖直支撑杆13的顶部设置有供铁块12悬挂的水平杆，所述铁块12位于煤矿巷道模型箱2的上方。

本实用新型具体使用时，将用于模拟实际煤矿巷道围岩的相似模拟材料填充在煤矿巷道模型箱2内，形成模拟巷道3，并在模拟巷道3中设置多个应力测点，并在各个应力测点处设置第一应力传感器4-1、第二应力传感器4-2和第三应力传感器4-3；然后，操作千斤顶1伸长，直至千斤顶1的伸长端紧密接触模拟巷道3的左侧板和右侧板，对模拟巷道3的左右两侧进行支撑，并操作铁块12从模拟巷道3上部自由下落，直至铁块12落至模拟巷道3的顶部，第一下声发射传感器6-1、第二下声发射传感器6-2、第一上声发射传感器7-1和第二上声发射传感器7-2分别对模拟巷道3中的冲击能量信号进行采集，并将采集的冲击能量信号发送至微处理器5，同时，微处理器5通过时钟模块15分别得到第一下声发射传感器6-1接收到冲击能量信号的时间、第二下声发射传感器6-2接收到冲击能量信号的时间、第一上声发射传感器7-1接收到冲击能量信号的时间和第二上声发射传感器7-2接收到冲击能量信号的时间，根据第一下声发射传感器6-1接收到冲击能量信号的时间、第二下声发射传感器6-2接收到冲击能量信号的时间、第一上声发射传感器7-1接收到冲击能量信号的时间和第二上声发射传感器7-2接收到冲击能量信号的时间不同，从而确定冲击能量信号的位置，依次将每个冲击能量信号的位置按照采样时间先后顺序进行排列，从而得到获取模拟巷道3中能量传导路径。

第一应力传感器4-1对应力测点处的左右侧向应力值进行采集，并将采集到的左右侧向应力值发送至微处理器5，第二应力传感器4-2对应力测点处的前后方向应力值进行采集，并将采集到的前后方向应力值发送至微处理器5，第三应力传感器4-3对应力测点处的上下方向应力值进行采集，并将采集到的上下方向应力值发送至微处理器5，采用微处理器5对各个应力测点处的左右侧向应力值、前后方向应力值、上下方向应力值和冲击源初始能量(即根据铁块12的质量和下落高度得到)处理，得到模拟巷道3中各个应力测点处的传导效率，并存储至数据存储器10中，为巷道能量“弱化传导”控制措施提供准确依据。

综上所述，本实用新型设计合理且实现方便、使用效果好，能准确地获取能量传导路径与传导效率，根据能量传导路径和传导效率便于对模拟巷道进行注水、钻孔、支护、爆破等弱化传导措施的实施，为巷道能量“弱化传导”控制措施提供准确依据。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。