本發(fā)明涉及煤礦領(lǐng)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(shù)：

地下煤礦井巷開挖過程中，煤巖體原始應(yīng)力場平衡狀態(tài)受到擾動后不斷地重新分布，相應(yīng)煤巖體中的裂隙在應(yīng)力場不斷調(diào)整下產(chǎn)生擴(kuò)展、匯合、貫通，直至破壞失穩(wěn)。

煤巖體破壞速度是研究煤巖失穩(wěn)破壞機(jī)理和失穩(wěn)破壞發(fā)展過程的關(guān)鍵參數(shù)；現(xiàn)有技術(shù)中，對于煤巖體的破壞速度均通過模擬實驗完成，但是，現(xiàn)有技術(shù)中存在如下缺陷：現(xiàn)有的測試手段對于煤巖體的破壞速度的測定準(zhǔn)確性低，而且容易受到環(huán)境、干擾信號等影響，從而不能夠準(zhǔn)確指導(dǎo)煤礦生產(chǎn)。

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?qū)γ簬r體的破壞速度進(jìn)行準(zhǔn)確測量，而且不會受到環(huán)境因素的影響，保證測量精度，從而準(zhǔn)確指導(dǎo)煤礦生產(chǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種煤巖體破壞速度模擬測定裝置，能夠?qū)γ簬r體的破壞速度進(jìn)行準(zhǔn)確測量，而且不會受到環(huán)境因素的影響，保證測量精度，從而準(zhǔn)確指導(dǎo)煤礦生產(chǎn)。

本發(fā)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(shè)置有煤巖體材料并壓制成煤巖體；

還包括多個檢測單元，所述檢測單元包括感應(yīng)顆粒、測量導(dǎo)線、傳輸導(dǎo)線、電源、數(shù)據(jù)采集模塊以及上位機(jī)，所述感應(yīng)顆粒固定設(shè)置于測量導(dǎo)線上，所述測量導(dǎo)線與傳輸導(dǎo)線電連接并通過傳輸導(dǎo)線與電源連接形成閉合回路，所述數(shù)據(jù)采集模塊采集傳輸導(dǎo)線上的電流信號并輸入到上位主機(jī)，所述感應(yīng)顆粒貼合于煤巖體的表面設(shè)置，感應(yīng)顆粒與測量導(dǎo)線一一對應(yīng)。

進(jìn)一步，所述測量導(dǎo)線平行于煤巖體的表面設(shè)置，且每個檢測單元的測量導(dǎo)線之間平行設(shè)置，且測量導(dǎo)線以平直的方式設(shè)置。

進(jìn)一步，所述傳輸導(dǎo)線通過固定件固定于箱體的內(nèi)側(cè)壁。

進(jìn)一步，所述感應(yīng)顆粒采用與煤巖體材料制成。

進(jìn)一步，所述箱體的一側(cè)側(cè)壁的底部設(shè)置有加載孔，所述箱體與設(shè)置有加載孔的側(cè)壁相對的側(cè)壁設(shè)置有沖破孔。

相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種煤巖體破壞速度模擬測定方法，包括：

S1.將煤巖體材料放置于箱體中，并對煤巖體材料進(jìn)行壓制平整形成煤巖體，根據(jù)壓制后的煤巖體材料確定感應(yīng)顆粒的安裝高度；

S2.安裝測量導(dǎo)線,并將測量導(dǎo)線通過傳輸導(dǎo)線與電源連接形成閉合回路，將感應(yīng)顆粒固定設(shè)置于測量導(dǎo)線上且感應(yīng)顆粒與煤巖體的上表面貼合。

S3.測量相鄰兩個感應(yīng)顆粒之間的距離L_i-1，并且測量煤巖體材料的破壞口與最近的感應(yīng)顆粒之間的距離L₀；

S4.啟動電源，使測量導(dǎo)線具有電流流過，并通過數(shù)據(jù)采集模塊采集電流信號并輸出；

S5.向箱體內(nèi)施加應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力條件達(dá)到設(shè)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(dǎo)線的電流信號中斷的時刻t_i-1；

S6.根據(jù)公式計算第i-1個感應(yīng)顆粒到第i個感應(yīng)顆粒的煤巖體破壞平均速度V_i，其中，i＝1,2，…，n，n為感應(yīng)顆粒的個數(shù)。

進(jìn)一步，所述感應(yīng)顆粒為煤巖體材料制成。

進(jìn)一步，測量導(dǎo)線布置時測量導(dǎo)線的長度延伸方向垂直于箱體側(cè)壁，且測量導(dǎo)線保持平直。

進(jìn)一步，所述箱體的一側(cè)側(cè)壁的底部設(shè)置有加載孔，所述箱體與設(shè)置有加載孔的側(cè)壁相對的側(cè)壁設(shè)置有沖破孔。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的煤巖體破壞速度模擬測定裝置及方法，能夠?qū)γ簬r體的破壞速度進(jìn)行準(zhǔn)確測量，而且不會受到環(huán)境因素的影響，保證測量精度，從而準(zhǔn)確指導(dǎo)煤礦生產(chǎn)，而且結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本低廉。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明電氣原理圖。

具體實施方式

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，本發(fā)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(shè)置有煤巖體材料并壓制成煤巖體6；

還包括多個檢測單元，所述檢測單元包括感應(yīng)顆粒5、測量導(dǎo)線7、傳輸導(dǎo)線3、電源8、數(shù)據(jù)采集模塊9以及上位機(jī)10，所述感應(yīng)顆粒5固定設(shè)置于測量導(dǎo)線7上，所述測量導(dǎo)線7與傳輸導(dǎo)線3電連接并通過傳輸導(dǎo)線3與電源8連接形成閉合回路，所述數(shù)據(jù)采集模塊9采集傳輸導(dǎo)線上的電流信號并輸入到上位主機(jī)10，其中，數(shù)據(jù)采集模塊采用現(xiàn)有的電流采集電路或者電流傳感器，所述感應(yīng)顆粒5貼合于煤巖體6的表面設(shè)置，感應(yīng)顆粒5與測量導(dǎo)線7一一對應(yīng)，也就是說，一個測量導(dǎo)線上設(shè)置一個感應(yīng)顆粒，以保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，其中測量導(dǎo)線選用直徑小、易斷裂的絕緣漆線，而傳輸導(dǎo)線則可以選用直徑較大且較為結(jié)實的導(dǎo)線，方便固定以及電流傳輸?shù)姆€(wěn)定性；當(dāng)煤巖體破壞過程中，煤巖體破壞面?zhèn)鞑ブ恋骄€上的感應(yīng)顆粒時，感應(yīng)顆粒將在氣流的推動下向煤巖體的破壞口運動，并帶動測量兩線一起運動，在感應(yīng)顆粒的拉伸應(yīng)力下使測量導(dǎo)線斷裂，從而中斷電流傳輸，通過上述結(jié)構(gòu)，能夠?qū)γ簬r體的破壞速度進(jìn)行準(zhǔn)確測量，而且不會受到環(huán)境因素的影響，保證測量精度，從而準(zhǔn)確指導(dǎo)煤礦生產(chǎn)，而且結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本低廉。

本實施例中，所述測量導(dǎo)線7平行于煤巖體6的表面設(shè)置，且每個檢測單元的測量導(dǎo)線7之間平行設(shè)置，且測量導(dǎo)線7以平直的方式設(shè)置，并且測量導(dǎo)線7垂直于箱體1的側(cè)壁，通過這種結(jié)構(gòu)，能夠保證感應(yīng)顆粒運動過程中能夠及時拉斷測量導(dǎo)線，從而提高響應(yīng)速度，保證最終測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

本實施例中，所述傳輸導(dǎo)線3通過固定件4固定于箱體的內(nèi)側(cè)壁，為了保證對傳輸導(dǎo)線的固定穩(wěn)定性，確保測量實驗順利進(jìn)行，在箱體的內(nèi)側(cè)壁設(shè)置有線槽，線槽豎直方向設(shè)置，固定件4采用橡膠、膠泥等材料制成，從而對傳輸導(dǎo)線進(jìn)行牢固的固定。

本實施例中，所述感應(yīng)顆粒5采用與煤巖體材料制成，通過這種方式，能夠有效確保煤巖體與感應(yīng)顆粒的物理特性的一致性，從而提高測量的準(zhǔn)確度，當(dāng)需要對感應(yīng)顆粒的拋出距離進(jìn)行測量時，則感應(yīng)顆?？梢圆捎檬?、水泥或者金屬塊制成，從而防止感應(yīng)顆粒破壞而無法測量拋出距離，拋出距離是指感應(yīng)顆粒的初始位置到拉斷導(dǎo)線后的停止位置的距離。

本實施例中，所述箱體的一側(cè)側(cè)壁的底部設(shè)置有加載孔12，所述箱體與設(shè)置有加載孔的側(cè)壁相對的側(cè)壁設(shè)置有沖破孔11，其中，加載孔和沖破孔在通常下被密封，通過蓋板、密封板等進(jìn)行密封，通過加載孔，由加載裝置向箱體內(nèi)施加氣體，使箱體內(nèi)保持氣體壓力，當(dāng)壓力條件滿足試驗條件時，則打開沖破孔，此時，沖破孔相當(dāng)于煤巖體的破壞口，在實際布置中，測量導(dǎo)線與設(shè)置有加載孔或者沖破孔的側(cè)壁平行；當(dāng)然，為了保證箱體的密封性，箱體設(shè)置有箱蓋(為現(xiàn)有技術(shù)，圖中未示出)。

相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種煤巖體破壞速度模擬測定方法，包括：

S1.將煤巖體材料放置于箱體1中，并對煤巖體材料進(jìn)行壓制平整形成煤巖體6，根據(jù)壓制后的煤巖體材料確定感應(yīng)顆粒的安裝高度；

S2.安裝測量導(dǎo)線7,并將測量導(dǎo)線7通過傳輸導(dǎo)線3與電源8連接形成閉合回路，將感應(yīng)顆粒5固定設(shè)置于測量導(dǎo)線7上且感應(yīng)顆粒與煤巖體6的上表面貼合。

S3.測量相鄰兩個感應(yīng)顆粒之間的距離L_i-1，并且測量煤巖體材料的破壞口與最近的感應(yīng)顆粒之間的距離L₀；

S4.啟動電源，使測量導(dǎo)線具有電流流過，并通過數(shù)據(jù)采集模塊采集電流信號并輸出；

S5.向箱體內(nèi)施加應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力條件達(dá)到設(shè)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(dǎo)線的電流信號中斷的時刻t_i-1；

S6.根據(jù)公式計算第i-1個感應(yīng)顆粒到第i個感應(yīng)顆粒的煤巖體破壞平均速度V_i，其中，i＝1,2，…，n，n為感應(yīng)顆粒的個數(shù)；通過上述方式，能夠?qū)γ簬r體的破壞速度進(jìn)行準(zhǔn)確測量，而且不會受到環(huán)境因素的影響，保證測量精度，從而準(zhǔn)確指導(dǎo)煤礦生產(chǎn)。

其中，在煤巖體材料研制過程中，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后，根據(jù)煤巖體材料的形變狀態(tài)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，然后進(jìn)行壓制，然后將煤巖體的上表面平整，再進(jìn)行測量導(dǎo)線以及感應(yīng)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，然后對煤巖體材料進(jìn)行壓制成型，然后再放入煤巖體材料進(jìn)行壓制，由于先壓制的煤巖體的已經(jīng)成型，壓制上層煤巖體時不會對下層煤巖體的結(jié)構(gòu)造成影響，從而保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

本實施例中，所述感應(yīng)顆粒為煤巖體材料制成，通過這種方式，能夠有效確保煤巖體與感應(yīng)顆粒的物理特性的一致性，從而提高測量的準(zhǔn)確度，當(dāng)需要對感應(yīng)顆粒的拋出距離進(jìn)行測量時，則感應(yīng)顆?？梢圆捎檬?、水泥或者金屬塊制成，從而防止感應(yīng)顆粒破壞而無法測量拋出距離，拋出距離是指感應(yīng)顆粒的初始位置到拉斷導(dǎo)線后的停止位置的距離。

本實施例中，測量導(dǎo)線布置時測量導(dǎo)線的長度延伸方向垂直于箱體側(cè)壁，且測量導(dǎo)線保持平直；通過這種方式，能夠保證感應(yīng)顆粒運動過程中能夠及時拉斷測量導(dǎo)線，從而提高響應(yīng)速度，保證最終測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

本實施例中，所述箱體的一側(cè)側(cè)壁的底部設(shè)置有加載孔12，所述箱體與設(shè)置有加載孔的側(cè)壁相對的側(cè)壁設(shè)置有沖破孔11，其中，沖破口即煤巖體的破壞口；加載孔和沖破孔在通常下被密封，通過蓋板、密封板等進(jìn)行密封，通過加載孔，由加載裝置向箱體內(nèi)施加氣體，使箱體內(nèi)保持氣體壓力，當(dāng)壓力條件滿足試驗條件時，則打開沖破孔，此時，沖破孔相當(dāng)于煤巖體的破壞口，在實際布置中，測量導(dǎo)線與設(shè)置有加載孔或者沖破孔的側(cè)壁平行；在箱體的側(cè)壁上，還設(shè)置有接線孔13，用于傳輸導(dǎo)線引出并與電源連接，當(dāng)然，接線孔還可以設(shè)置在箱體的箱蓋上。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。