煤巖體破壞速度模擬測定裝置及方法與流程
2023-05-16 12:26:31
本發明涉及煤礦領域，尤其涉及一種煤巖體破壞速度模擬測定裝置及方法。
背景技術：
地下煤礦井巷開挖過程中，煤巖體原始應力場平衡狀態受到擾動後不斷地重新分布，相應煤巖體中的裂隙在應力場不斷調整下產生擴展、匯合、貫通，直至破壞失穩。
煤巖體破壞速度是研究煤巖失穩破壞機理和失穩破壞發展過程的關鍵參數；現有技術中，對於煤巖體的破壞速度均通過模擬實驗完成，但是，現有技術中存在如下缺陷：現有的測試手段對於煤巖體的破壞速度的測定準確性低，而且容易受到環境、幹擾信號等影響，從而不能夠準確指導煤礦生產。
因此，需要提出一種新的煤巖體破壞速度模擬測定裝置，能夠對煤巖體的破壞速度進行準確測量，而且不會受到環境因素的影響，保證測量精度，從而準確指導煤礦生產。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明的目的是提供一種煤巖體破壞速度模擬測定裝置，能夠對煤巖體的破壞速度進行準確測量，而且不會受到環境因素的影響，保證測量精度，從而準確指導煤礦生產。
本發明提供的一種煤巖體破壞速度模擬測定裝置，包括箱體，所述箱體的底部設置有煤巖體材料並壓製成煤巖體；
還包括多個檢測單元，所述檢測單元包括感應顆粒、測量導線、傳輸導線、電源、數據採集模塊以及上位機，所述感應顆粒固定設置於測量導線上，所述測量導線與傳輸導線電連接並通過傳輸導線與電源連接形成閉合迴路，所述數據採集模塊採集傳輸導線上的電流信號並輸入到上位主機，所述感應顆粒貼合於煤巖體的表面設置，感應顆粒與測量導線一一對應。
進一步，所述測量導線平行於煤巖體的表面設置，且每個檢測單元的測量導線之間平行設置，且測量導線以平直的方式設置。
進一步，所述傳輸導線通過固定件固定於箱體的內側壁。
進一步，所述感應顆粒採用與煤巖體材料製成。
進一步，所述箱體的一側側壁的底部設置有加載孔，所述箱體與設置有加載孔的側壁相對的側壁設置有衝破孔。
相應地，本發明還提供了一種煤巖體破壞速度模擬測定方法，包括：
S1.將煤巖體材料放置於箱體中，並對煤巖體材料進行壓制平整形成煤巖體，根據壓制後的煤巖體材料確定感應顆粒的安裝高度；
S2.安裝測量導線,並將測量導線通過傳輸導線與電源連接形成閉合迴路，將感應顆粒固定設置於測量導線上且感應顆粒與煤巖體的上表面貼合。
S3.測量相鄰兩個感應顆粒之間的距離Li-1，並且測量煤巖體材料的破壞口與最近的感應顆粒之間的距離L0；
S4.啟動電源，使測量導線具有電流流過，並通過數據採集模塊採集電流信號並輸出；
S5.向箱體內施加應力，當應力條件達到設定條件，則打開箱體的破壞口，記錄煤巖體開始破壞的時刻t0以及各測量導線的電流信號中斷的時刻ti-1；
S6.根據公式計算第i-1個感應顆粒到第i個感應顆粒的煤巖體破壞平均速度Vi，其中，i＝1,2，…，n，n為感應顆粒的個數。
進一步，所述感應顆粒為煤巖體材料製成。
進一步，測量導線布置時測量導線的長度延伸方向垂直於箱體側壁，且測量導線保持平直。
進一步，所述箱體的一側側壁的底部設置有加載孔，所述箱體與設置有加載孔的側壁相對的側壁設置有衝破孔。
本發明的有益效果：本發明的煤巖體破壞速度模擬測定裝置及方法，能夠對煤巖體的破壞速度進行準確測量，而且不會受到環境因素的影響，保證測量精度，從而準確指導煤礦生產，而且結構簡單，操作方便，成本低廉。
附圖說明
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述：
圖1為本發明的結構示意圖。
圖2為本發明電氣原理圖。
具體實施方式
圖1為本發明的結構示意圖，如圖所示，本發明提供的一種煤巖體破壞速度模擬測定裝置，包括箱體1，所述箱體1的底部設置有煤巖體材料並壓製成煤巖體6；
還包括多個檢測單元，所述檢測單元包括感應顆粒5、測量導線7、傳輸導線3、電源8、數據採集模塊9以及上位機10，所述感應顆粒5固定設置於測量導線7上，所述測量導線7與傳輸導線3電連接並通過傳輸導線3與電源8連接形成閉合迴路，所述數據採集模塊9採集傳輸導線上的電流信號並輸入到上位主機10，其中，數據採集模塊採用現有的電流採集電路或者電流傳感器，所述感應顆粒5貼合於煤巖體6的表面設置，感應顆粒5與測量導線7一一對應，也就是說，一個測量導線上設置一個感應顆粒，以保證測量結果的準確性，其中測量導線選用直徑小、易斷裂的絕緣漆線，而傳輸導線則可以選用直徑較大且較為結實的導線，方便固定以及電流傳輸的穩定性；當煤巖體破壞過程中，煤巖體破壞面傳播至到線上的感應顆粒時，感應顆粒將在氣流的推動下向煤巖體的破壞口運動，並帶動測量兩線一起運動，在感應顆粒的拉伸應力下使測量導線斷裂，從而中斷電流傳輸，通過上述結構，能夠對煤巖體的破壞速度進行準確測量，而且不會受到環境因素的影響，保證測量精度，從而準確指導煤礦生產，而且結構簡單，操作方便，成本低廉。
本實施例中，所述測量導線7平行於煤巖體6的表面設置，且每個檢測單元的測量導線7之間平行設置，且測量導線7以平直的方式設置，並且測量導線7垂直於箱體1的側壁，通過這種結構，能夠保證感應顆粒運動過程中能夠及時拉斷測量導線，從而提高響應速度，保證最終測量結果的準確性。
本實施例中，所述傳輸導線3通過固定件4固定於箱體的內側壁，為了保證對傳輸導線的固定穩定性，確保測量實驗順利進行，在箱體的內側壁設置有線槽，線槽豎直方向設置，固定件4採用橡膠、膠泥等材料製成，從而對傳輸導線進行牢固的固定。
本實施例中，所述感應顆粒5採用與煤巖體材料製成，通過這種方式，能夠有效確保煤巖體與感應顆粒的物理特性的一致性，從而提高測量的準確度，當需要對感應顆粒的拋出距離進行測量時，則感應顆粒可以採用石膏、水泥或者金屬塊製成，從而防止感應顆粒破壞而無法測量拋出距離，拋出距離是指感應顆粒的初始位置到拉斷導線後的停止位置的距離。
本實施例中，所述箱體的一側側壁的底部設置有加載孔12，所述箱體與設置有加載孔的側壁相對的側壁設置有衝破孔11，其中，加載孔和衝破孔在通常下被密封，通過蓋板、密封板等進行密封，通過加載孔，由加載裝置向箱體內施加氣體，使箱體內保持氣體壓力，當壓力條件滿足試驗條件時，則打開衝破孔，此時，衝破孔相當於煤巖體的破壞口，在實際布置中，測量導線與設置有加載孔或者衝破孔的側壁平行；當然，為了保證箱體的密封性，箱體設置有箱蓋(為現有技術，圖中未示出)。
相應地，本發明還提供了一種煤巖體破壞速度模擬測定方法，包括：
S1.將煤巖體材料放置於箱體1中，並對煤巖體材料進行壓制平整形成煤巖體6，根據壓制後的煤巖體材料確定感應顆粒的安裝高度；
S2.安裝測量導線7,並將測量導線7通過傳輸導線3與電源8連接形成閉合迴路，將感應顆粒5固定設置於測量導線7上且感應顆粒與煤巖體6的上表面貼合。
S3.測量相鄰兩個感應顆粒之間的距離Li-1，並且測量煤巖體材料的破壞口與最近的感應顆粒之間的距離L0；
S4.啟動電源，使測量導線具有電流流過，並通過數據採集模塊採集電流信號並輸出；
S5.向箱體內施加應力，當應力條件達到設定條件，則打開箱體的破壞口，記錄煤巖體開始破壞的時刻t0以及各測量導線的電流信號中斷的時刻ti-1；
S6.根據公式計算第i-1個感應顆粒到第i個感應顆粒的煤巖體破壞平均速度Vi，其中，i＝1,2，…，n，n為感應顆粒的個數；通過上述方式，能夠對煤巖體的破壞速度進行準確測量，而且不會受到環境因素的影響，保證測量精度，從而準確指導煤礦生產。
其中，在煤巖體材料研製過程中，分為如下兩種方式：一體式壓制以及分層式壓制：
一體式壓制是指將煤巖體材料放入到箱體後，根據煤巖體材料的形變狀態以及測量要求的煤巖體的厚度確定放入箱體的煤巖體材料的量，然後進行壓制，然後將煤巖體的上表面平整，再進行測量導線以及感應顆粒的布置。
分層式壓制即將煤巖體材料先放入一部分到箱體中，然後對煤巖體材料進行壓製成型，然後再放入煤巖體材料進行壓制，由於先壓制的煤巖體的已經成型，壓制上層煤巖體時不會對下層煤巖體的結構造成影響，從而保證測量結果的準確性。
本實施例中，所述感應顆粒為煤巖體材料製成，通過這種方式，能夠有效確保煤巖體與感應顆粒的物理特性的一致性，從而提高測量的準確度，當需要對感應顆粒的拋出距離進行測量時，則感應顆粒可以採用石膏、水泥或者金屬塊製成，從而防止感應顆粒破壞而無法測量拋出距離，拋出距離是指感應顆粒的初始位置到拉斷導線後的停止位置的距離。
本實施例中，測量導線布置時測量導線的長度延伸方向垂直於箱體側壁，且測量導線保持平直；通過這種方式，能夠保證感應顆粒運動過程中能夠及時拉斷測量導線，從而提高響應速度，保證最終測量結果的準確性。
本實施例中，所述箱體的一側側壁的底部設置有加載孔12，所述箱體與設置有加載孔的側壁相對的側壁設置有衝破孔11，其中，衝破口即煤巖體的破壞口；加載孔和衝破孔在通常下被密封，通過蓋板、密封板等進行密封，通過加載孔，由加載裝置向箱體內施加氣體，使箱體內保持氣體壓力，當壓力條件滿足試驗條件時，則打開衝破孔，此時，衝破孔相當於煤巖體的破壞口，在實際布置中，測量導線與設置有加載孔或者衝破孔的側壁平行；在箱體的側壁上，還設置有接線孔13，用於傳輸導線引出並與電源連接，當然，接線孔還可以設置在箱體的箱蓋上。
最後說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。