[实用新型]一种含瓦斯煤岩冲击破坏及电磁辐射效应测试实验装置

说明书

本实用新型为一种含瓦斯煤岩冲击破坏及电磁辐射效应测试实验装置，包括电磁铁、重锤、锤筒、玻璃纤维加热带、冲击发生密封舱、尼龙棒PA‑66、有机玻璃、煤岩样品、冲击力传感器、金属屏蔽网、真空泵、计算机、数据采集系统、温度探头、温度传感器、应变片、电磁辐射接收天线、瓦斯气罐、固定螺栓、通丝螺栓、进气阀门，出气阀门、进气孔、出气孔、导线穿出孔、法兰、法兰盲板。适用于测量富含瓦斯环境煤岩冲击破坏电磁辐射信号，有助于较真实地研究在含瓦斯环境下煤岩冲击破坏过程中冲击载荷及煤体结构特性与电磁辐射信号幅值、能量以及频率等特征之间的影响规律，为含瓦斯煤矿煤岩动力灾害的预防、预警提供理论依据，具有较强的实用性。

技术领域

本实用新型涉及一种含瓦斯煤岩冲击破坏及电磁辐射效应测试实验装置，适用于测试富含瓦斯环境下煤岩受冲击荷载作用的动力学响应特征及煤岩破坏时产生瞬变电磁辐射信号的变化规律，以便研究含瓦斯煤岩的动态破坏特性和瓦斯气体对煤岩破坏电磁辐射信号幅值、能量以及频率等时频特征的影响规律。

背景技术

在深部煤炭资源开采过程中，煤层大多处于富含瓦斯的状态，煤层瓦斯不仅是各类瓦斯灾害事故的根源，还是井下煤岩系统的重要组成属性。瓦斯和煤层及其围岩共同组成的含瓦斯煤岩系统，是一种有别于固体(煤岩)和流体(瓦斯)的特殊介质，其性态变化和运动过程极其复杂，极易引发大型的灾害事故。煤岩体的宏观破坏是其内部裂隙、裂纹产生、扩展和聚集的结果。在矿井生产过程中，巷道爆破开挖、爆破采煤、巷道顶板垮落、断层滑动、冲击地压等均具有典型的冲击性破坏特征，这些现象或者灾害往往是局部工程结构煤岩体在冲击载荷的扰动下短时间内发生变形、失稳等集中破坏的体现。特别地，当含瓦斯煤岩动力灾害发生时，煤岩的这种瞬态破坏过程常常会在极短时间内损坏井巷空间的支架及重要生产设备、引起通风系统故障，造成严重的财产损失甚至人员伤亡等后果。然而，当前由于相关装置和设备的缺失，对于含瓦斯煤岩冲击破坏的研究少之又少。因此，为减少含瓦斯煤岩灾害带来的损失，最大程度地保障人民生命财产安全，亟需对其破坏的动力学特性进行研究并藉此对这类事故开展常态的监测和预警工作。

电磁辐射技术是一种非接触式的地球物理方法，也是我国煤矿现行的常规动力灾害监测预警重要技术手段之一。与传统静态钻孔测试方法相比，电磁辐射技术具有非接触、连续、不影响生产等优点。国内外诸多从事矿井安全开采和地球物理探测等相关领域的学者们对煤岩破坏的电磁辐射效应特征规律开展了大量的现场观测、实验研究和理论分析工作，并取得了丰富的成果。但目前对于煤岩变形破坏电磁辐射信号的研究多是在准静载或缓慢加载条件下取得的结果，而对局部煤体在冲击或瞬态破坏时产生瞬变电磁信号规律的研究较少，尤其是针对含瓦斯煤岩，其动态破坏过程的电磁辐射效应研究尚未见诸相关文献，究其原因主要是相关实验装置的缺失。然而，开展含瓦斯煤岩的冲击破坏和电磁信号分析能更好地逼近和模拟井下煤岩体的实际力学性质和所处的应力状态，进一步丰富和完善煤岩动态破坏电磁辐射理论，对电磁辐射技术在煤岩动力灾害监测和防治方面的推广应用具有重要的理论意义和工程意义。因此，设计和搭建一组配套的含瓦斯煤岩冲击破坏及瞬变电磁分析实验系统显得尤为重要。

当前，通用的瞬态冲击动载实验方法主要包括落锤法、泰勒杆测试法及分离式霍普金森压杆测试(SHPB)方法；在以往的实验研究中，这三种方法及其配套实验装置均被用于普通煤岩的冲击测试，不适用于含瓦斯煤岩。另外，专利号为CN201310287479.7的中国发明专利公开了一种煤矿冲击实验中的瓦斯密封装置，该种装置在SHPB的基础上确保了煤样不离开瓦斯气体的密封环境，但是该装置无法针对煤体冲击载荷下电磁辐射信号的测试开展实验。

综上所述，研制一套含瓦斯煤岩冲击破坏及其电磁辐射效应的测试实验装置有助于探究煤岩体在瞬态冲击作用下的破坏特征和电磁辐射信号规律，对进一步探究煤岩动力灾害的发生过程、实现煤岩动力灾害的预测预警、改善矿山安全生产条件具有重要的理论和现实意义。

实用新型内容