CN107843639A - 一种含瓦斯煤动力破坏过程电位信号测试系统及方法 - Google Patents

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李忠辉
程富起
王恩元
钮月
殷山
魏洋
刘帅杰
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Abstract

本发明公开了一种含瓦斯煤动力破坏过程电位信号测试系统及方法，含瓦斯煤动力破坏过程电位信号测试系统包括测试缸体、电位采集仪、压力采集仪、高压瓦斯气瓶、真空泵和微控伺服压机。含瓦斯煤动力破坏过程电位信号测试方法通过含瓦斯煤动力破坏过程电位信号测试系统来采集含瓦斯煤在动力破坏过程中电位信号数据，为研究含瓦斯煤动力破坏的力学特征及电位变化规律提供技术支持。

Description

一种含瓦斯煤动力破坏过程电位信号测试系统及方法
技术领域
本发明涉及一种测量煤岩动力破坏过程中电位信号的测试系统及方法，尤其涉及一种测量含瓦斯煤在受载破坏时表面电位信号的测试系统及方法。
背景技术
随着煤炭开采深度的延伸和开采强度的增加，煤与瓦斯突出、冲击地压等煤体动力灾害变得日趋严重，对煤矿的安全生产带来了极大的威胁。近年来，国内外矿山安全学者提出了利用煤岩地球物理信息探测煤岩动力灾害危险的技术方法，前人对不同受载方式下煤体变形破裂过程进行了大量的测试和研究，发现煤体受载破裂时会产生自由电荷，并在煤体表面引起电位，该电位信号与煤岩受到的应力或破坏状态呈现正相关关系，利用电位信号可以反映煤岩的破坏过程。深部开采中瓦斯、应力的耦合作用对煤体的破坏具有非常明显的影响，瓦斯环境下煤体的力学特性和破坏特征发生了一些独特的变化。为了研究煤体在深部赋存状态下所处的高瓦斯、高应力条件对煤体破坏特征的影响及瓦斯条件下煤体破坏的电位信号特征规律，迫切需要一种能够模拟煤体在不同瓦斯压力、应力耦合作用下的测试装置。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种含瓦斯煤动力破坏过程电位信号测试系统及方法，用于研究煤体在不同瓦斯压力、应力下受载破坏电位信号的变化规律。
技术方案：一种含瓦斯煤动力破坏过程电位信号测试系统，包括测试缸体、电位采集仪、高压瓦斯气瓶、真空泵、压力采集仪、微控伺服压机；所述电位采集仪通过电位数据传输线与测试缸体连接；所述高压瓦斯气瓶通过减压阀、耐高压气体管路与测试缸体的进气孔气体控制阀门相连；所述真空泵通过抽气管路与测试缸体的出气孔气体控制阀门相连；所述压力采集仪与布置在测试缸体测压孔内的气体压力传感器相连；所述微控伺服压机用于对测试缸体内的煤体施加载荷。
进一步的，所述测试缸体包括缸体盖和腔体，所述缸体盖上设有垂直穿过缸体盖并可往复运动的轴；所述腔体的侧壁底部位置上设有左右对称的进气孔、出气孔，测压孔、电位数据传输线孔布置在腔体侧壁中部以上位置；所述缸体盖和腔体通过螺栓连接。
进一步的，所述电位数据传输线与测试缸体的电位数据传输线孔密封连接；电位信号利用铜电极片采集，所述铜电极片与煤样之间利用导电胶耦合，所述铜电极片与所述电位数据传输线连接。
进一步的，所述测试缸体的缸体盖和腔体之间，以及轴和缸体盖之间都设有密封橡胶圈。
进一步的，所述抽气管路上连接有真空表。
一种含瓦斯煤动力破坏过程电位信号测试系统的测试方法，包括以下步骤：
第一步：组装含瓦斯煤动力破坏过程电位信号测试系统，并调试完成；
第二步：首先将煤体放入测试缸体中，用螺栓连接缸体盖和腔体；然后运行电位采集仪和压力采集仪；再打开出气孔气体控制阀门，关闭进气孔气体控制阀门，打开真空泵，使真空泵通过抽气管路对测试缸体进行抽真空12h；
第三步：抽真空完成后，首先关闭出气孔气体控制阀门，关闭真空泵；然后打开高压瓦斯气瓶，调节减压阀使高压瓦斯气瓶输出恒压气体，气压在0～3.0MPa之间可调；再打开进气孔气体控制阀门，使恒压气体通过耐高压气体管路输入测试缸体中，并保持缸体恒压12h；
第四步：恒压完成后，首先关闭进气孔气体控制阀门，关闭高压瓦斯气瓶；然后打开微控伺服压机对测试缸体的轴施加轴向载荷，加载速度控制在50N/s～100N/s，直至煤体卸载破坏；
第五步：煤体卸载破坏后，关闭电位采集仪和压力采集仪，打开出气孔气体控制阀门排放测试缸体内的残余瓦斯，清理测试缸体内的破碎煤体。
有益效果：本发明的一种含瓦斯煤动力破坏过程电位信号测试系统及方法，含瓦斯煤动力破坏过程电位信号测试系统包括测试缸体、电位采集仪、压力采集仪、高压瓦斯气瓶、真空泵和微控伺服压机。含瓦斯煤动力破坏过程电位信号测试方法通过含瓦斯煤动力破坏过程电位信号测试系统来采集含瓦斯煤在动力破坏过程中电位信号数据，为研究含瓦斯煤动力破坏的力学特征及电位变化规律提供技术支持。
附图说明
图1为含瓦斯煤动力破坏过程电位信号测试系统示意图；
图2为测试缸体纵向剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示，一种含瓦斯煤动力破坏过程电位信号测试系统，包括测试缸体1、电位采集仪2、高压瓦斯气瓶4、真空泵5、压力采集仪6、微控伺服压机7。电位采集仪2通过电位数据传输线3与测试缸体1连接。高压瓦斯气瓶4通过减压阀9、耐高压气体管路10与测试缸体1的进气孔气体控制阀门11相连。真空泵5通过抽气管路12与测试缸体1的出气孔气体控制阀门13相连，抽气管路12上连接有真空表22。压力采集仪6与布置在测试缸体1测压孔内的气体压力传感器15相连。微控伺服压机7用于对测试缸体1内的煤体施加载荷。
如图2所示，测试缸体1包括缸体盖17和腔体18，缸体盖17上设有垂直穿过缸体盖并可往复运动的轴16。腔体18的侧壁上设有进气孔19、出气孔20、测压孔14、电位数据传输线孔8，其中，气孔19和出气孔20左右对称设置在腔体侧壁底部位置上，测压孔14和电位数据传输线孔8布置在腔体侧壁中部以上位置。缸体盖17和腔体18通过螺栓连接。电位数据传输线3与测试缸体1的电位数据传输线孔8密封连接，具体的，电位信号利用铜电极片采集，所述铜电极片与煤样之间利用导电胶耦合，所述铜电极片与所述电位数据传输线3连接。测试缸体1的缸体盖17和腔体18之间，以及轴16和缸体盖17之间都设有密封橡胶圈21。
含瓦斯煤动力破坏过程电位信号测试方法，包括以下步骤：
第一步：组装含瓦斯煤动力破坏过程电位信号测试系统，并调试完成；
第二步：首先将煤体放入测试缸体1中，用螺栓连接缸体盖17和腔体18；然后运行电位采集仪2和压力采集仪6；再打开出气孔气体控制阀门13，关闭进气孔气体控制阀门11，打开真空泵5，使真空泵5通过抽气管路12对测试缸体1进行抽真空12h。
第三步：抽真空完成后，首先关闭出气孔气体控制阀门13，关闭真空泵5；然后打开高压瓦斯气瓶4，调节减压阀9使高压瓦斯气瓶4输出恒压气体，气压在0～3.0MPa之间可调；再打开进气孔气体控制阀门11，使恒压气体通过耐高压气体管路10输入测试缸体1中，并保持缸体恒压12h。
第四步：恒压完成后，首先关闭进气孔气体控制阀门11，关闭高压瓦斯气瓶4；然后打开微控伺服压机7对测试缸体1的轴16施加轴向载荷，直至煤体卸载破坏。
第五步：煤体卸载破坏后，停止微控伺服压机7，保存载荷数据、电位数据和腔体瓦斯压力数据，关闭电位采集仪2和压力采集仪6，打开出气孔气体控制阀门13排放测试缸体1内的残余瓦斯，清理测试缸体1内的破碎煤体。将轴向载荷、电位、瓦斯压力数据做成曲线图进行对比分析。
第六步：测试完成，拆卸测试装置，整理仪器，以备下次使用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种含瓦斯煤动力破坏过程电位信号测试系统，其特征在于：包括测试缸体(1)、电位采集仪(2)、高压瓦斯气瓶(4)、真空泵(5)、压力采集仪(6)、微控伺服压机(7)；所述电位采集仪(2)通过电位数据传输线(3)与测试缸体(1)连接；所述高压瓦斯气瓶(4)通过减压阀(9)、耐高压气体管路(10)与测试缸体(1)的进气孔气体控制阀门(11)相连；所述真空泵(5)通过抽气管路(12)与测试缸体(1)的出气孔气体控制阀门(13)相连；所述压力采集仪(6)与布置在测试缸体(1)测压孔内的气体压力传感器(15)相连；所述微控伺服压机(7)用于对测试缸体(1)内的煤体施加载荷。
2.根据权利要求1所述的含瓦斯煤动力破坏过程电位信号测试系统，其特征在于，所述测试缸体(1)包括缸体盖(17)和腔体(18)，所述缸体盖(17)上设有垂直穿过缸体盖并可往复运动的轴(16)；所述腔体(18)的侧壁底部位置上设有左右对称的进气孔(19)、出气孔(20)，测压孔(14)、电位数据传输线孔(8)布置在腔体侧壁中部以上位置；所述缸体盖(17)和腔体(18)通过螺栓连接。
3.根据权利要求2所述的含瓦斯煤动力破坏过程电位信号测试系统，其特征在于，所述电位数据传输线(3)与测试缸体(1)的电位数据传输线孔(8)密封连接；电位信号利用铜电极片采集，所述铜电极片与煤样之间利用导电胶耦合，所述铜电极片与所述电位数据传输线(3)连接。
4.根据权利要求2所述的含瓦斯煤动力破坏过程电位信号测试系统，其特征在于，所述测试缸体(1)的缸体盖(17)和腔体(18)之间，以及轴(16)和缸体盖(17)之间都设有密封橡胶圈(21)。
5.根据权利要求1所述的含瓦斯煤动力破坏过程电位信号测试系统，其特征在于，所述抽气管路(12)上连接有真空表(22)。
6.如权利要求1所述含瓦斯煤动力破坏过程电位信号测试系统的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：组装含瓦斯煤动力破坏过程电位信号测试系统，并调试完成；
第二步：首先将煤体放入测试缸体(1)中，用螺栓连接缸体盖(17)和腔体(18)；然后运行电位采集仪(2)和压力采集仪(6)；再打开出气孔气体控制阀门(13)，关闭进气孔气体控制阀门(11)，打开真空泵(5)，使真空泵(5)通过抽气管路(12)对测试缸体(1)进行抽真空12h；
第三步：抽真空完成后，首先关闭出气孔气体控制阀门(13)，关闭真空泵(5)；然后打开高压瓦斯气瓶(4)，调节减压阀(9)使高压瓦斯气瓶(4)输出恒压气体，气压在0～3.0MPa之间可调；再打开进气孔气体控制阀门(11)，使恒压气体通过耐高压气体管路(10)输入测试缸体(1)中，并保持缸体恒压12h；
第四步：恒压完成后，首先关闭进气孔气体控制阀门(11)，关闭高压瓦斯气瓶(4)；然后打开微控伺服压机(7)对测试缸体(1)的轴(16)施加轴向载荷，加载速度控制在50N/s～100N/s，直至煤体卸载破坏；
第五步：煤体卸载破坏后，关闭电位采集仪(2)和压力采集仪(6)，打开出气孔气体控制阀门(13)排放测试缸体(1)内的残余瓦斯，清理测试缸体(1)内的破碎煤体。
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