煤岩体破坏速度模拟测定装置及方法与流程

本发明涉及煤矿领域，尤其涉及一种煤岩体破坏速度模拟测定装置及方法。

背景技术：

地下煤矿井巷开挖过程中，煤岩体原始应力场平衡状态受到扰动后不断地重新分布，相应煤岩体中的裂隙在应力场不断调整下产生扩展、汇合、贯通，直至破坏失稳。

煤岩体破坏速度是研究煤岩失稳破坏机理和失稳破坏发展过程的关键参数；现有技术中，对于煤岩体的破坏速度均通过模拟实验完成，但是，现有技术中存在如下缺陷：现有的测试手段对于煤岩体的破坏速度的测定准确性低，而且容易受到环境、干扰信号等影响，从而不能够准确指导煤矿生产。

因此，需要提出一种新的煤岩体破坏速度模拟测定装置，能够对煤岩体的破坏速度进行准确测量，而且不会受到环境因素的影响，保证测量精度，从而准确指导煤矿生产。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种煤岩体破坏速度模拟测定装置，能够对煤岩体的破坏速度进行准确测量，而且不会受到环境因素的影响，保证测量精度，从而准确指导煤矿生产。

本发明提供的一种煤岩体破坏速度模拟测定装置，包括箱体，所述箱体的底部设置有煤岩体材料并压制成煤岩体；

还包括多个检测单元，所述检测单元包括感应颗粒、测量导线、传输导线、电源、数据采集模块以及上位机，所述感应颗粒固定设置于测量导线上，所述测量导线与传输导线电连接并通过传输导线与电源连接形成闭合回路，所述数据采集模块采集传输导线上的电流信号并输入到上位主机，所述感应颗粒贴合于煤岩体的表面设置，感应颗粒与测量导线一一对应。

进一步，所述测量导线平行于煤岩体的表面设置，且每个检测单元的测量导线之间平行设置，且测量导线以平直的方式设置。

进一步，所述传输导线通过固定件固定于箱体的内侧壁。

进一步，所述感应颗粒采用与煤岩体材料制成。

进一步，所述箱体的一侧侧壁的底部设置有加载孔，所述箱体与设置有加载孔的侧壁相对的侧壁设置有冲破孔。

相应地，本发明还提供了一种煤岩体破坏速度模拟测定方法，包括：

S1.将煤岩体材料放置于箱体中，并对煤岩体材料进行压制平整形成煤岩体，根据压制后的煤岩体材料确定感应颗粒的安装高度；

S2.安装测量导线,并将测量导线通过传输导线与电源连接形成闭合回路，将感应颗粒固定设置于测量导线上且感应颗粒与煤岩体的上表面贴合。

S3.测量相邻两个感应颗粒之间的距离L_i-1，并且测量煤岩体材料的破坏口与最近的感应颗粒之间的距离L₀；

S4.启动电源，使测量导线具有电流流过，并通过数据采集模块采集电流信号并输出；

S5.向箱体内施加应力，当应力条件达到设定条件，则打开箱体的破坏口，记录煤岩体开始破坏的时刻t₀以及各测量导线的电流信号中断的时刻t_i-1；

S6.根据公式计算第i-1个感应颗粒到第i个感应颗粒的煤岩体破坏平均速度V_i，其中，i＝1,2，…，n，n为感应颗粒的个数。

进一步，所述感应颗粒为煤岩体材料制成。

进一步，测量导线布置时测量导线的长度延伸方向垂直于箱体侧壁，且测量导线保持平直。

进一步，所述箱体的一侧侧壁的底部设置有加载孔，所述箱体与设置有加载孔的侧壁相对的侧壁设置有冲破孔。

本发明的有益效果：本发明的煤岩体破坏速度模拟测定装置及方法，能够对煤岩体的破坏速度进行准确测量，而且不会受到环境因素的影响，保证测量精度，从而准确指导煤矿生产，而且结构简单，操作方便，成本低廉。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明电气原理图。

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图，如图所示，本发明提供的一种煤岩体破坏速度模拟测定装置，包括箱体1，所述箱体1的底部设置有煤岩体材料并压制成煤岩体6；

还包括多个检测单元，所述检测单元包括感应颗粒5、测量导线7、传输导线3、电源8、数据采集模块9以及上位机10，所述感应颗粒5固定设置于测量导线7上，所述测量导线7与传输导线3电连接并通过传输导线3与电源8连接形成闭合回路，所述数据采集模块9采集传输导线上的电流信号并输入到上位主机10，其中，数据采集模块采用现有的电流采集电路或者电流传感器，所述感应颗粒5贴合于煤岩体6的表面设置，感应颗粒5与测量导线7一一对应，也就是说，一个测量导线上设置一个感应颗粒，以保证测量结果的准确性，其中测量导线选用直径小、易断裂的绝缘漆线，而传输导线则可以选用直径较大且较为结实的导线，方便固定以及电流传输的稳定性；当煤岩体破坏过程中，煤岩体破坏面传播至到线上的感应颗粒时，感应颗粒将在气流的推动下向煤岩体的破坏口运动，并带动测量两线一起运动，在感应颗粒的拉伸应力下使测量导线断裂，从而中断电流传输，通过上述结构，能够对煤岩体的破坏速度进行准确测量，而且不会受到环境因素的影响，保证测量精度，从而准确指导煤矿生产，而且结构简单，操作方便，成本低廉。

本实施例中，所述测量导线7平行于煤岩体6的表面设置，且每个检测单元的测量导线7之间平行设置，且测量导线7以平直的方式设置，并且测量导线7垂直于箱体1的侧壁，通过这种结构，能够保证感应颗粒运动过程中能够及时拉断测量导线，从而提高响应速度，保证最终测量结果的准确性。

本实施例中，所述传输导线3通过固定件4固定于箱体的内侧壁，为了保证对传输导线的固定稳定性，确保测量实验顺利进行，在箱体的内侧壁设置有线槽，线槽竖直方向设置，固定件4采用橡胶、胶泥等材料制成，从而对传输导线进行牢固的固定。

本实施例中，所述感应颗粒5采用与煤岩体材料制成，通过这种方式，能够有效确保煤岩体与感应颗粒的物理特性的一致性，从而提高测量的准确度，当需要对感应颗粒的抛出距离进行测量时，则感应颗粒可以采用石膏、水泥或者金属块制成，从而防止感应颗粒破坏而无法测量抛出距离，抛出距离是指感应颗粒的初始位置到拉断导线后的停止位置的距离。

本实施例中，所述箱体的一侧侧壁的底部设置有加载孔12，所述箱体与设置有加载孔的侧壁相对的侧壁设置有冲破孔11，其中，加载孔和冲破孔在通常下被密封，通过盖板、密封板等进行密封，通过加载孔，由加载装置向箱体内施加气体，使箱体内保持气体压力，当压力条件满足试验条件时，则打开冲破孔，此时，冲破孔相当于煤岩体的破坏口，在实际布置中，测量导线与设置有加载孔或者冲破孔的侧壁平行；当然，为了保证箱体的密封性，箱体设置有箱盖(为现有技术，图中未示出)。

相应地，本发明还提供了一种煤岩体破坏速度模拟测定方法，包括：

S1.将煤岩体材料放置于箱体1中，并对煤岩体材料进行压制平整形成煤岩体6，根据压制后的煤岩体材料确定感应颗粒的安装高度；

S2.安装测量导线7,并将测量导线7通过传输导线3与电源8连接形成闭合回路，将感应颗粒5固定设置于测量导线7上且感应颗粒与煤岩体6的上表面贴合。

S3.测量相邻两个感应颗粒之间的距离L_i-1，并且测量煤岩体材料的破坏口与最近的感应颗粒之间的距离L₀；

S4.启动电源，使测量导线具有电流流过，并通过数据采集模块采集电流信号并输出；

S5.向箱体内施加应力，当应力条件达到设定条件，则打开箱体的破坏口，记录煤岩体开始破坏的时刻t₀以及各测量导线的电流信号中断的时刻t_i-1；

S6.根据公式计算第i-1个感应颗粒到第i个感应颗粒的煤岩体破坏平均速度V_i，其中，i＝1,2，…，n，n为感应颗粒的个数；通过上述方式，能够对煤岩体的破坏速度进行准确测量，而且不会受到环境因素的影响，保证测量精度，从而准确指导煤矿生产。

其中，在煤岩体材料研制过程中，分为如下两种方式：一体式压制以及分层式压制：

一体式压制是指将煤岩体材料放入到箱体后，根据煤岩体材料的形变状态以及测量要求的煤岩体的厚度确定放入箱体的煤岩体材料的量，然后进行压制，然后将煤岩体的上表面平整，再进行测量导线以及感应颗粒的布置。

分层式压制即将煤岩体材料先放入一部分到箱体中，然后对煤岩体材料进行压制成型，然后再放入煤岩体材料进行压制，由于先压制的煤岩体的已经成型，压制上层煤岩体时不会对下层煤岩体的结构造成影响，从而保证测量结果的准确性。

本实施例中，所述感应颗粒为煤岩体材料制成，通过这种方式，能够有效确保煤岩体与感应颗粒的物理特性的一致性，从而提高测量的准确度，当需要对感应颗粒的抛出距离进行测量时，则感应颗粒可以采用石膏、水泥或者金属块制成，从而防止感应颗粒破坏而无法测量抛出距离，抛出距离是指感应颗粒的初始位置到拉断导线后的停止位置的距离。

本实施例中，测量导线布置时测量导线的长度延伸方向垂直于箱体侧壁，且测量导线保持平直；通过这种方式，能够保证感应颗粒运动过程中能够及时拉断测量导线，从而提高响应速度，保证最终测量结果的准确性。

本实施例中，所述箱体的一侧侧壁的底部设置有加载孔12，所述箱体与设置有加载孔的侧壁相对的侧壁设置有冲破孔11，其中，冲破口即煤岩体的破坏口；加载孔和冲破孔在通常下被密封，通过盖板、密封板等进行密封，通过加载孔，由加载装置向箱体内施加气体，使箱体内保持气体压力，当压力条件满足试验条件时，则打开冲破孔，此时，冲破孔相当于煤岩体的破坏口，在实际布置中，测量导线与设置有加载孔或者冲破孔的侧壁平行；在箱体的侧壁上，还设置有接线孔13，用于传输导线引出并与电源连接，当然，接线孔还可以设置在箱体的箱盖上。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。