本实用新型涉及煤岩瓦斯技术领域，尤其涉及一种耐高压煤岩吸附损伤变形-声电复合监测试验装置。
背景技术：
煤岩体是复杂孔、裂隙结构共存的多孔介质。在深部开采条件下，因地应力场-瓦斯运移场-采动应力场的共同作用，其力学行为呈现出更加复杂的离散性特征，导致煤岩体极易失稳，从而诱发动力灾害。现有研究结果表明，瓦斯煤体失稳引发的如冲击地压、煤与瓦斯突出和其它次生灾害的发生与其复杂多变的力学行为密切相关，瓦斯吸附损伤影响的煤岩体力学行为及失稳规律研究已经成为煤矿安全领域的亟待解决的关键科学问题之一。
随着我国煤矿开采深度的增加，瓦斯压力不断增大，瓦斯主导的动力灾害事故频繁发生。为了研究瓦斯煤岩的力学行为，揭示其失稳机制，必须开展煤岩吸附瓦斯的研究工作，得到瓦斯吸附过程煤体的损伤变形规律。声发射，电荷等一些监测装置的产生可以一定程度上预防事故的发生，但受外界因素干扰导致数据准确性不高，监测效果不理想。而煤炭开采转入深部后，受工程扰动煤岩体应力重新分布，在高地应力、高地温和高渗透压共同作用，实验装置还需要满足耐高压的条件，因此，寻找一种更加有效且精准的预警装置是急需解决的问题，探讨考虑高压瓦斯长时吸附影响的煤岩应变特征，深入研究煤岩长时吸附过程声发射-电荷等物理信号的产生特征、变化规律与吸附损伤之间关系，反演受瓦斯压力影响的煤岩力学性质变化规律，对揭示深部矿井瓦斯动力灾害发生机理具有重要的科学意义和实用价值。
技术实现要素：
针对现有技术的缺陷，本实用新型提供一种耐高压煤岩吸附损伤变形-声电复合监测试验装置，监测煤岩吸附过程中声发射-电荷信号的变化特征。
一种耐高压煤岩吸附损伤变形-声电复合监测试验装置，包括充放气系统、吸附缸系统、变形监测系统、声发射监测系统和电荷监测系统；所述吸附缸系统包括吸附缸体和多个耐高压信号传导装置；所述吸附缸体包括气缸筒、上气缸盖和下气缸盖，下气缸盖外设有排气阀；所述气缸筒内设置煤岩试样和电荷信号收集器，煤岩试样上粘贴有应变片和声发射探头；所述充放气系统通过管线连接到吸附缸体的上气缸盖上，应变片、声发射探头和电荷信号收集器分别通过导线和耐高压信号传导装置与变形监测系统、声发射监测系统和电荷监测系统相连。
优选地，所述充放气系统包括高压气瓶、调压阀和压力表；所述高压气瓶通过耐高压不锈钢管线和密闭传输螺丝与吸附缸体的上气缸盖连接；所述调压阀和压力表设置在耐高压不锈钢管线上。
优选地，所述气缸筒外表面中部有突出平面，平面中央切割有圆孔，圆孔周围设置多个固定螺孔，气缸筒顶部和底部均设置有密封凹槽；所述上气缸盖和下气缸盖上分别设有充气贯通孔和放气贯通孔；所述气缸筒外表面突出平面的圆孔上固定有耐高压多通道密封法兰盘。
优选地，所述耐高压多通道密封法兰盘上设置有多个密闭传输孔和多个固定螺孔以及一个密封凹槽。
优选地，所述耐高压信号传导装置包括高导电性铜杆、平垫、O型圈和六角螺母，且固定在耐高压多通道密封法兰盘的密闭传输孔内。
优选地，所述电荷信号收集器为微电敏感镍钴极片。
优选地，所述变形监测系统包括桥盒、应变监测仪和应变存储系统；所述桥盒的输入端通过导线与耐高压信号传导装置中的高导电性铜杆连接，将应变信号传导出吸附缸体外，桥盒的输出端与应变监测仪的输入端相连，桥盒将应变信号转化后传输到应变监测仪，应变监测仪的输出端与应变存储系统的输入端相连，将应变信号传输到应变存储系统进行存储。
优选地，所述声发射监测系统包括声发射信号放大器、声发射监测仪和声发射信号存储系统；所述声发射信号放大器的输入端通过带有BNC插头屏蔽线与高导电性铜杆相连；所述声发射信号放大器的输出端与声发射监测仪的输入端相连，声发射监测仪的输出端再与声发射信号存储系统的输入端相连，将声发射信号传输存储于声发射信号存储系统。
优选地，所述电荷监测系统包括电荷信号放大器、电荷监测仪和电荷信号存储系统；所述电荷信号放大器的输入端利用BNC插头与高导电性铜杆相连；所述电荷信号放大器的输出端与电荷监测仪的输入端相连，电荷监测仪的输出端与电荷信号存储系统的输入端相连，对电荷信号进行存储。
由上述技术方案可知，本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供的一种耐高压煤岩吸附损伤变形-声电复合监测试验装置，可以在试验条件下更加精确探测高压条件下煤岩吸附瓦斯损伤变化特征，监测煤岩在吸附压力作用下的长期演化损伤破坏过程中的变形、声发射、电荷信号时空演化规律，进而可以明确应变场-流体场的内在联系，建立固气耦合作用下变形-声发射-电荷信号演化机制，揭示煤岩体受气压影响变形规律，为煤岩体动力灾害防治提供理论指导和科学依据。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的一种耐高压煤岩吸附损伤变形-声电复合监测试验装置的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的耐高压多通道密封法兰盘的结构示意图，其中，(a)为法相示意图，(b)为切向示意图；
图3为本实用新型实施例提供的耐高压信号传导装置的结构示意图。
其中，1、高压气瓶；2、调压阀；3、压力表；4、吸附缸体；5、煤岩试样；6、应变片；7、声发射探头；8、密闭传输螺丝；9、排气阀；10、上气缸盖；11、下气缸盖；12、电荷信号收集器；13、耐高压多通道密封法兰盘；14、声发射信号放大器；15、声发射监测仪；16、声发射信号存储系统；17、电荷信号放大器；18、电荷监测仪；19、电荷信号存储系统；20、应变监测仪；21、应变存储系统；22、气缸筒；23、桥盒；24、密闭传输孔；25、固定螺孔；26、密封凹槽；27、高导电性铜杆；28、平垫；29、O型圈；30、六角螺母。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
一种耐高压煤岩吸附损伤变形-声电复合监测试验装置，如图1所示，包括充放气系统、吸附缸系统、变形监测系统、声发射监测系统和电荷监测系统；
吸附缸系统包括吸附缸体4、耐高压多通道密封法兰盘13和耐高压信号传导装置。吸附缸体4包括气缸筒22、上气缸盖10和下气缸盖11，气缸筒22内放置有待监测试验的煤岩试样5，气缸筒22外表面中部有突出平面，平面中央切割有圆孔，圆孔周围设置多个固定螺孔，气缸筒22顶部和底部均设置有密封凹槽，通过在密封凹槽内放置橡胶密封圈实现密封。上气缸盖10和下气缸盖11上分别设有充气贯通孔和放气贯通孔；同时，上气缸盖10和下气缸盖11上还均设有外六角螺栓。耐高压多通道密封法兰盘13如图2(a)和(b)所示，其上设置有多个密闭传输孔24和多个固定螺孔25以及一个密封凹槽26，通过固定螺孔25固定在气缸筒22外表面突出平面的圆孔上，并通过在密封凹槽26内放置橡胶密封圈实现密封。多个密闭传输孔24内均固定有耐高压信号传导装置；耐高压信号传导装置如图3所示，包括高导电性铜杆27、平垫28、O型圈29和六角螺母30，平垫28和O型圈29起到封严作用，六角螺母30将耐高压信号传导装置紧固在耐高压多通道密封法兰盘的密闭传输孔中。
充放气系统包括高压气瓶1、调压阀2、压力表3、排气阀门9和密闭传输螺丝8。高压气瓶1通过耐高压不锈钢管线和密闭传输螺丝8与吸附缸的上气缸盖10的外六角螺栓进行连接，耐高压不锈钢管线上同时设有调压阀2和压力表3；排气阀门9通过耐高压不锈钢管线和密闭传输螺丝8连接到吸附缸的下气缸盖11的外六角螺栓上。
变形监测系统包括应变片6、桥盒23、应变监测仪20和应变存储系统21。应变片6粘贴在待监测试验的煤岩试样5上，再通过导线与耐高压多通道密封法兰盘13内的高导电性铜杆27的一端相连，高导电性铜杆27的另一端再通过导线与气缸筒22外部的桥盒23的输入端进行连接，将应变信号传导出吸附缸体外。桥盒23的输出端与应变监测仪20的输入端相连，桥盒23将应变信号转化后传输到应变监测仪20，应变监测仪20的输出端与应变存储系统21的输入端相连，将应变信号传输到应变存储系统21进行存储。
声发射监测系统包括声发射探头7、声发射信号放大器14、声发射监测仪15和声发射信号存储系统16。声发射探头7利用粘结剂与待监测试验的煤岩试样5粘结固定，并通过带有BNC插头的屏蔽线与耐高压多通道密封法兰盘13内的高导电性铜杆27的一端相连，高导电性铜杆27的另一端通过带有BNC插头屏蔽线与气缸筒22外部的声发射信号放大器14的输入端相连。声发射信号放大器14的输出端与声发射监测仪15的输入端相连，声发射监测仪15的输出端再与声发射信号存储系统16的输入端相连，将声发射信号传输存储于声发射信号存储系统16。
电荷监测系统包括电荷信号收集器12、电荷信号放大器17、电荷监测仪18和电荷信号存储系统19。电荷信号收集器12为微电敏感镍钴极片，在气缸筒22内通过带有BNC插头的硬质屏蔽线与耐高压多通道密封法兰盘13内的高导电性铜杆27的一端相连，高导电性铜杆27的另一端利用BNC插头与电荷信号放大器17的输入端相连。电荷信号放大器17的输出端与电荷监测仪18的输入端相连，电荷监测仪18的输出端与电荷信号存储系统19的输入端相连，对电荷信号进行存储。
本实施例所采用的待测试的煤岩试样5由深部矿井取出大块，利用切割机切割成Φ50mm圆柱，然后将圆柱煤岩截成高100mm的煤岩试样5；
本实施例中，使用本实用新型的耐高压煤岩吸附损伤变形-声电复合监测试验装置对煤岩试样进行监测的试验方法为：
试验准备阶段：首先按应变原理将应变片6粘贴在选取准备好的煤岩试样上，待检验应变片固定好后，利用焊机和焊锡将导线与应变片6相连接。然后组装充放气系统和吸附缸系统，将气体充入吸附缸系统，检查装置气密性；24小时后观察吸附缸内的气压变化，如果气密性良好继续准备实验，否则重新组装装置。
最后，打开吸附缸系统的下气缸盖11和耐高压多通道密封法兰盘13，再安装变形监测系统、声发射监测系统和电荷监测系统，将安装好的各仪器进行信号调试，检测信号传输是否灵敏，待各仪器调试好后，打开高压气瓶1的阀门，将气体缓慢充入气缸中并打开排气阀9将吸附缸系统中空气排出，关闭高压气瓶1的阀门和排气阀9，准备实验。
试验阶段：将各应变、声发射、电荷监测设备清零并调整相应参数，打开高压气瓶1的阀门，同时开启应变、声发射、电荷监测设备并采集各参量的变化，待吸附缸系统中气压达到预定值时关闭高压气瓶1的阀门，煤岩试样进行长时吸附，吸附24小时后停止采集、储存试验结果。
试验后处理阶段：各参数储存结束后，先卸去吸附缸系统中气体压力，然后打开吸附缸系统下气缸盖11，拆卸煤岩试样5与耐高压多通道密封法兰盘13的连接，取出测试煤岩试样5，对煤岩试样5密封保存并拍照以备后续试验使用。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型权利要求所限定的范围。