CN103196742A

CN103196742A - 一种工作面支护模拟过程声发射测试装置

Info

Publication number: CN103196742A
Application number: CN2013101035713A
Authority: CN
Inventors: 彭瑞; 孟祥瑞; 赵光明; 贾瀚文; 高盼军; 纵帅; 黄四光
Original assignee: Anhui University of Science and Technology
Current assignee: Anhui University of Science and Technology
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2033-03-27
Also published as: CN103196742B

Abstract

本发明公开了一种工作面支护模拟过程声发射测试装置。为了解决国内现有的液压支架模拟试验台的结构简单、加载装置人工化、检测仪器落后、无法动态的模拟现场的顶底板和自动调节工作面倾角等弊端。由液压加载装置，外接在岩石上的传感器，以及铰接板、楔形体组成。液压加载依据相似比例，模拟现场顶板压力，选取合适的材料模拟工作面的顶底板，通过铰接板的角度模拟不同倾角的工作面,并由声发射传感器接受信号，实时监测顶底板岩石的内部损伤程度，在原有的液压支架的基础上，实现了一种试验台模拟可以在不同岩性工作面顶底板和不同工作面倾角条件下完成不同的液压支架进行工作面的支护设计。

Description

一种工作面支护模拟过程声发射测试装置

技术领域：

本发明涉及一种工作面支护模拟过程声发射测试装置，其适用于模拟矿山、地下工程中工作面的顶底板破裂动态监测和液压支架的选型。

背景技术：

矿山井下冒顶、顶底板突水、冲击地压等灾害事故时有发生，给国家和矿工的生命财产造成极大危害，这些灾害事故的发生均与岩体破裂失稳密切相关。岩石材料在承受荷载时，其内部将产生局部弹塑性能集中现象，当能量积聚到某一临界值之后，引起微裂隙的产生与扩展，必然伴随弹性波或应力波在周围岩体中的快速释放和传播，产生声发射现象。通过对声发射信号的采集、处理、分析研究，可以推断其内部的形态变化，反演其破坏机理，预测其破裂失稳。弹性波或应力波的释放过程，相对于较大尺度的岩体，由于高频衰减得快，检测到信号的频率较低但是能量大，通常在20～200Hz，称为微地震；对于小尺度的岩样，检测到的波的频率通常大于200Hz并且能量很小，称为声发射。虽然岩样和岩体的尺度及微震信号能量差别很大，但其原理是相似的。声发射现象是岩石剪切破裂失稳的前兆信息，研究科学合理的岩石剪切破裂声发射实验方法，在实验基础上探讨声发射信号与岩石破裂演化过程的关系，得出符合实际的岩石剪切破裂声发射预测方法，对于采用声发射（微地震）监测技术预防灾害事故的发生具有重要理论意义。

工作面支护模拟试验台与声发射测试装置相结合，能够监测模拟工作面顶底板的岩石破裂过程中产生的声发射信息，进而利用声发射信息预测岩石损伤破裂的演化过程。

本发明在原有的液压支架模拟试验台基础上进行改进，提供一种使用方便，便于携带、易拆卸与安装、使用的工作面支护模拟过程中的声发射测试装置。

原有的液压支架模拟试验台存在以下的不足：

①试验台的结构简单，只能对固定的液压支架进行模拟加载；

②使用人工加载，加载力小，无法模拟现场环境；

③检测设备落后，只是在液压支架支护外接一个测力装置；

④无法动态的模拟和检测现场的顶底板破裂演化规律；

⑤无法模拟在不同倾角煤层作业下的液压支架的性能。

因此，需要对上述液压支架模拟试验台进行改进。

发明内容：

本发明为了解决国内现有的液压支架模拟试验台的结构简单、加载装置人工化、检测仪器落后、无法动态的模拟和检测现场的顶底板岩石破裂演化规律和自动调节工作面倾角等弊端。

解决以上技术问题所采用的技术方案是：该装置在进行工作面支护模拟过程中，经液压加载装置（7），依据相似比例模拟现场顶板压力，并选取合适的材料作为模拟的工作面的顶底板（8），通过调节铰接板（10）的角度模拟不同倾角的工作面,最后由声发射传感器（9）接受信号，对顶底板岩石的内部损伤程度进行实时监测，同时对液压支架的性能进行分析。

本发明具有的优点和积极效果是：该发明的采用液压加载方式，能够模拟较大的顶板压力，利用楔形体和铰接板的不同组合方式模拟不同角度的工作面，通过声发射测试装置连接放置于液压支架顶底梁的岩石，并利用原有的液压支架的结构特点，实现了一种试验台模拟可以在不同岩性工作面顶底板和不同工作面倾角条件下完成不同的液压支架进行工作面的支护设计。

附图说明：

图1是现有试验台装置图；

图2是本发明装置图；

图3是试验台受载及测试装置图；

图4是试验台和侧挡板装置图；

图5是铰接板装置图；

图6是楔形体装置图；

图7是液压加载装置图。

图中：1-实验台；2-底座；3-掩护梁；4-顶梁；5-支柱；6-前后连杆；7-液压加载装置；8-岩石材料；9-声发射传感器；10-铰接板；11-楔形体；12-侧挡板。

具体实施方式：

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：采用一种工作面支护模拟过程声发射测试装置对某一个煤矿井下工作面进行模拟，一种工作面支护模拟过程声发射测试装置，它包括由液压加载装置（7），依据相似比例模拟现场顶板压力，并选取合适材料的岩石（8）模拟的工作面的顶底板，通过调节铰接板（10）的角度模拟现场工作面的实际倾角,最后由声发射传感器（9）接收信号,传输给声发射分析仪，得出的数据经声发射测试装置分析，建立关于撞击数与剪切力随时间变化的相关图，撞击数与时间相关图，剪切力与时间的相关图，同时变化掩护梁（3）、顶梁（4）、底座（2）的不同铰接方式，测试不同类型液压支架的性能。试验中，设定声发射测试装置的主放为40dB，门槛值为40dB，探头谐振频率为20～400KHz，采样频率为10⁶次/s，这样得出的波形图更加完整。

Claims

1.一种工作面支护模拟过程声发射测试装置，它包括：液压加载装置（7）岩石（8）声发射传感器（9）铰接板（10）以及楔形体（11），其特征在于：该装置在进行工作面支护模拟过程中，经液压加载装置（7），依据相似比例模拟现场顶板压力，并选取合适的材料作为模拟的工作面的顶底板（8），通过调节铰接板（10）的角度模拟不同倾角的工作面,最后由声发射传感器（9）接受信号，对顶底板岩石的内部损伤程度进行实时监测，同时使用原有的液压支架的结构特点，实现了一种试验台模拟可以在不同岩性工作面顶底板和不同工作面倾角条件下完成不同的液压支架进行工作面的支护设计。

2.如权利要求1所述一种工作面支护模拟过程声发射测试装置，其特征在于：铰接板（10）和楔形体（11）的底部都是打孔的钢板焊接在一起，通过不同的铰接方式楔形体（11）位置是可以变动的，能够调节铰接板（10）的角度，实现了模拟不同倾角的工作面。

3.根据权利要求1所述一种工作面支护模拟过程声发射测试装置，其特征在于：用声发射传感器（9）与岩石（8）相连，从而对岩石内部破裂的结构进行动态的检测。

4.根据权利要求1所述一种工作面支护模拟过程声发射测试装置，其特征在于：模拟工作面顶底板工作面的岩石材料（8），根据所需测试的煤矿井下工作面的煤层顶底板选取的。