CN109708975B - 防噪声干扰型单轴加载样品缸及其使用方法 - Google Patents

Abstract

防噪声干扰型单轴加载样品缸，包括上加载头、下加载头、上支撑体、下支撑体、橡胶密封体和真空泵，下支撑体上部伸入到上支撑体内且与上支撑体滑动连接，上支撑体的上端固定连接在上加载头的下部，下支撑体的下部套装在下加载头的上部，下加载头的外圆周上部设有水平承载板，下支撑体的下端边沿紧压在水平承载板的上表面，橡胶密封体包裹在上支撑体和下支撑体的外部，橡胶密封体的上端内圈和下端内圈分别固定且密封连接在上加载头的下部外圆和下加载头的上部外圆，橡胶密封体上开设有抽气接口，抽气接口与真空泵连接。本发明具有设计科学、可对煤岩样品外围真空密封、有效减小环境噪声对煤岩受载声波测试结果产生影响的优点。

Description

防噪声干扰型单轴加载样品缸及其使用方法

技术领域

本发明涉及煤岩样品单轴受载过程声波测试实验技术领域，具体的说，涉及一种防噪声干扰型单轴加载样品缸及其使用方法。

背景技术

我国煤矿地质条件复杂，尤其是随着煤矿开采深度的增加，煤矿灾害事故的强度、频度增大，加强煤矿灾害事故的预测与防治变得更加迫切。声波作为煤岩破坏过程中一种伴生现象，在一定程度上表征了煤岩破坏的强度及时间特征。为此，加强煤岩破坏前兆、破坏过程声波特征的研究对提高煤矿灾害事故预测的准确性具有重要意义。

为了开展煤岩破坏过程、破坏前兆声波特征的研究，诸多学者分别采用理论分析、数值模拟、实验室测试、现场测试等方法开展相关研究。经过长期的研究证实：实验室测试和现场测试结果更接近于生产实际。但是，由于煤矿灾害发生时间的不确定性、突发性以及发生条件的不可控性等特点，在现场很难对一次完整的破坏过程进行测试，并进行针对性分析。为此，对于煤岩破坏过程声波特征的研究，主要是以实验室研究为主。

在实验室进行煤岩样品破坏过程声波测试时，由于环境噪音的干扰，导致测试声波中夹杂了大量的环境噪声。目前的一些滤波、去噪方法虽然能进行一定程度的去噪处理。但是，对于一些频率相似的、突发性的、强度相似的噪声很难去除，严重干扰了测试的准确性。因此，迫切需要一种装置或方法可以对测试过程中环境噪声进行屏蔽，减少环境噪声对测试结果的干扰，提高测试的准确性。这对研究煤岩破坏过程、破坏前兆声波特征，进而提高煤矿灾害预测准确性具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种设计科学、可对煤岩样品外围真空密封、有效减小环境噪声对煤岩受载声波测试结果产生影响的防噪声干扰型单轴加载样品缸及其使用方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

防噪声干扰型单轴加载样品缸，包括上加载头、下加载头、伸缩支撑体、橡胶密封体和真空泵，上加载头和下加载头均为圆柱形结构，伸缩支撑体包括上支撑体和下支撑体，上加载头、下加载头、上支撑体、下支撑体和橡胶密封体均垂直设置，上支撑体、下支撑体和橡胶密封体均为上下通透的圆筒形结构，下支撑体上部伸入到上支撑体内且与上支撑体滑动连接，上支撑体的上端固定连接在上加载头的下部，下支撑体的下部套装在下加载头的上部，下加载头的外圆周上部沿周向设有水平承载板，下支撑体的下端边沿紧压在水平承载板的上表面，橡胶密封体的内径大于上支撑体和下支撑体的外径，橡胶密封体包裹在上支撑体和下支撑体的外部，橡胶密封体的上端内圈固定且密封连接在上加载头的下部外圆，橡胶密封体的下端内圈固定且密封连接在下加载头的上部外圆，橡胶密封体上开设有抽气接口，抽气接口与真空泵连接。

上支撑体的下端边沿朝内沿周向设有圆环形挡板，下支撑体的上端边朝外沿周向均匀设有若干个挡块，圆环形挡板与各个挡块均水平设置，圆环形挡板的内圈直径小于挡块外侧边到下支撑体中心线的距离。

上支撑体、下支撑体、圆环形挡板和挡块均为钢板，圆环形挡板焊接在上支撑体的下端边沿内部，各块挡块分别均匀焊接在下支撑体的上端边沿外部；水平承载板沿下加载头圆周方向均匀设有若干块，各块水平承载板均焊接在下加载头的外圆周上部，下支撑体的下端边沿与各块水平承载板的上表面紧压接触。

橡胶密封体的上部外圆周通过上固定圈紧箍在上加载头的下部外圆周，橡胶密封体的下部外圆周通过下固定圈紧箍在下加载头的上部外圆周。

上固定圈和下固定圈均为抱箍。

抽气接口与真空泵之间设有气路开关。

上支撑体通过沿圆周方向均匀设置的若干条固定螺丝与上加载头固定连接，每条固定螺丝均沿上支撑体的径向方向设置。

防噪声干扰型单轴加载样品缸的使用方法，包括以下步骤：

（1）控制压力机的动力机构带动上加载头上升，将制作好的煤岩样品放置在下加载头的上表面，并在煤岩样品侧面上固定信号采集探头；

（2）把组合好的上支撑体和下支撑体垂直套在煤岩样品的外部，上支撑体的上端通过沿圆周方向均匀设置的若干条固定螺丝固定连接在上加载头的下部，下支撑体的下端边沿与各块水平承载板的上表面紧压接触；

（3）橡胶密封体的上部外圆周通过上固定圈紧箍在上加载头的下部外圆周，橡胶密封体的下部外圆周通过下固定圈紧箍在下加载头的上部外圆周，从而使橡胶密封体的上端内圈固定且密封连接在上加载头的下部外圆，橡胶密封体的下端内圈固定且密封连接在下加载头的上部外圆，橡胶密封体包裹在上支撑体和下支撑体的外部；

（4）打开气路开关，启动真空泵，真空泵对橡胶密封体内部抽真空，达到一定真空度后，关闭气路开关，停止真空泵，橡胶密封体由于内部为真空状态，在外界大气压的作用下，橡胶密封体的内壁紧贴上支撑体和下支撑体的外侧表面，上支撑体和下支撑体支撑橡胶密封体，防止橡胶密封体因内部真空而挤压煤岩样品；

（5）通过压力机的试验主机设置加载参数，然后启动加载步骤，压力机的动力机构带动上加载头向下挤压煤岩样品，开始煤岩受载声波测试，信号采集探头采集声波信号，信号采集探头通过信号电缆把声波信号传至试验主机，试验主机处理、分析声波信号，由于橡胶密封体具有高弹性，压缩煤岩样品时，橡胶密封体在上加载头的作用下发生弹性变形，由于橡胶密封体内部为真空，从而有效减小环境噪声对声波测试结果产生影响；

（6）测试完成后，将橡胶密封体、上支撑体和下支撑体依次拆下放好，并把已测试的煤岩样品取下。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体地说，本发明的上支撑体和下支撑体垂直套在煤岩样品的外部，下支撑体上部伸入到上支撑体内且与上支撑体滑动连接，上支撑体的上端通过沿圆周方向均匀设置的若干条固定螺丝固定连接在上加载头的下部，下支撑体的下端边沿与各块水平承载板的上表面紧压接触，橡胶密封体包裹在上支撑体和下支撑体的外部，橡胶密封体的上部外圆周通过上固定圈紧箍在上加载头的下部外圆周，橡胶密封体的下部外圆周通过下固定圈紧箍在下加载头的上部外圆周，从而使橡胶密封体的上端内圈固定且密封连接在上加载头的下部外圆，橡胶密封体的下端内圈固定且密封连接在下加载头的上部外圆，真空泵启动将橡胶密封体内部抽真空，使煤岩样品外围处于真空密封状态，有效减小环境噪声对煤岩受载声波测试结果产生影响，上支撑体和下支撑体既能够支撑橡胶密封体，防止橡胶密封体因内部真空而挤压煤岩样品，又能相对伸缩滑动使上加载头能够随上加载头向下或向上移动。

由于橡胶密封体具有高弹性，压缩煤岩样品时，橡胶密封体在上加载头的作用下发生弹性变形，橡胶密封体结构不会受到破坏。

本发明的防噪声干扰型单轴加载样品缸及其使用方法具有设计科学、可对煤岩样品外围真空密封、有效减小环境噪声对煤岩受载声波测试结果产生影响的优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中A-A处剖视图。

图3是图1中B-B处剖视图。

图中：1.上加载头；2.下加载头；3.橡胶密封体；4.上支撑体；5.下支撑体；6.抽气接口；7.圆环形挡板；8.挡块；9.水平承载板；10.上固定圈；11.下固定圈；12.气路开关；13.煤岩样品；14.信号采集探头；15.信号电缆；16.固定螺丝。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的实施例。

如图1-图3所示，防噪声干扰型单轴加载样品缸，包括上加载头1、下加载头2、伸缩支撑体、橡胶密封体3和真空泵，上加载头1和下加载头2均为圆柱形结构，伸缩支撑体包括上支撑体4和下支撑体5，上加载头1、下加载头2、上支撑体4、下支撑体5和橡胶密封体3均垂直设置，上支撑体4、下支撑体5和橡胶密封体3均为上下通透的圆筒形结构，下支撑体5上部伸入到上支撑体4内且与上支撑体4滑动连接，上支撑体4的上端固定连接在上加载头1的下部，下支撑体5的下部套装在下加载头2的上部，下加载头2的外圆周上部沿周向设有水平承载板9，下支撑体5的下端边沿紧压在水平承载板的上表面，橡胶密封体3的内径大于上支撑体4和下支撑体5的外径，橡胶密封体3包裹在上支撑体4和下支撑体5的外部，橡胶密封体3的上端内圈固定且密封连接在上加载头1的下部外圆，橡胶密封体3的下端内圈固定且密封连接在下加载头2的上部外圆，橡胶密封体3上开设有抽气接口6，抽气接口6与真空泵连接。

上支撑体4的下端边沿朝内沿周向设有圆环形挡板7，下支撑体5的上端边沿朝外沿周向均匀设有若干个挡块8，圆环形挡板7与各个挡块8均水平设置，圆环形挡板7的内圈直径小于挡块8外侧边到下支撑体5中心线的距离。

上支撑体4、下支撑体5、圆环形挡板7和挡块8均为钢板，圆环形挡板7焊接在上支撑体4的下端边沿内部，各个挡块8分别均匀焊接在下支撑体5的上端边沿外部；水平承载板9沿下加载头2圆周方向均匀设有若干块，各块水平承载板9均焊接在下加载头2的外圆周上部，下支撑体5的下端边沿与各块水平承载板9的上表面紧压接触。

橡胶密封体3的上部外圆周通过上固定圈10紧箍在上加载头1的下部外圆周，橡胶密封体3的下部外圆周通过下固定圈11紧箍在下加载头2的上部外圆周。

上固定圈10和下固定圈11均为抱箍。

抽气接口6与真空泵之间设有气路开关12。

上支撑体4通过沿圆周方向均匀设置的若干条固定螺丝16与上加载头1固定连接，每条固定螺丝16均沿上支撑体4的径向方向设置。

真空泵为常规部件，在现有技术中是成熟技术，其结构和工作原理在本发明中不再赘述，图中未示。

防噪声干扰型单轴加载样品缸的使用方法，包括以下步骤：

（1）控制压力机的动力机构带动上加载头1上升，将制作好的煤岩样品13放置在下加载头2的上表面，并在煤岩样品13侧面上固定信号采集探头14；

（2）把组合好的上支撑体4和下支撑体5垂直套在煤岩样品13的外部，上支撑体4的上端通过沿圆周方向均匀设置的若干条固定螺丝16固定连接在上加载头1的下部，下支撑体5的下端边沿与各块水平承载板9的上表面紧压接触；

（3）橡胶密封体3的上部外圆周通过上固定圈10紧箍在上加载头1的下部外圆周，橡胶密封体3的下部外圆周通过下固定圈11紧箍在下加载头2的上部外圆周，从而使橡胶密封体3的上端内圈固定且密封连接在上加载头1的下部外圆，橡胶密封体3的下端内圈固定且密封连接在下加载头1的上部外圆，橡胶密封体3包裹在上支撑体4和下支撑体5的外部；

（4）打开气路开关12，启动真空泵，真空泵对橡胶密封体3内部抽真空，达到一定真空度后，关闭气路开关12，停止真空泵，橡胶密封体3由于内部为真空状态，在外界大气压的作用下，橡胶密封体3的内壁紧贴上支撑体4和下支撑体5的外侧表面，上支撑体4和下支撑体5支撑橡胶密封体3，防止橡胶密封体3因内部真空而挤压煤岩样品；

（5）通过压力机的试验主机设置加载参数，然后启动加载步骤，压力机的动力机构带动上加载头1向下挤压煤岩样品13，开始煤岩受载声波测试，信号采集探头14采集声波信号，信号采集探头14通过信号电缆15把声波信号传至试验主机，试验主机处理、分析声波信号，由于橡胶密封体3具有高弹性，压缩煤岩样品13时，橡胶密封体3在上加载头1的作用下发生弹性变形，由于橡胶密封体3内部为真空，从而有效减小环境噪声对声波测试结果产生影响；

（6）测试完成后，将橡胶密封体3、上支撑体4和下支撑体5依次拆下放好，并把已测试的煤岩样品13取下。

本发明的上支撑体4和下支撑体5垂直套在煤岩样品13的外部，下支撑体5上部伸入到上支撑体4内且与上支撑体4滑动连接，上支撑体4的上端通过沿圆周方向均匀设置的若干条固定螺丝16固定连接在上加载头1的下部，下支撑体5的下端边沿与各块水平承载板9的上表面紧压接触，橡胶密封体3包裹在上支撑体4和下支撑体5的外部，橡胶密封体3的上部外圆周通过上固定圈10紧箍在上加载头1的下部外圆周，橡胶密封体3的下部外圆周通过下固定圈11紧箍在下加载头2的上部外圆周，从而使橡胶密封体3的上端内圈固定且密封连接在上加载头1的下部外圆，橡胶密封体3的下端内圈固定且密封连接在下加载头1的上部外圆，真空泵启动将橡胶密封体3内部抽真空，使煤岩样品13外围处于真空密封状态，有效减小环境噪声对煤岩受载声波测试结果产生影响，上支撑体4和下支撑体5既能够支撑橡胶密封体3，防止橡胶密封体3因内部真空而挤压煤岩样品，又能相对伸缩滑动使上加载头1能够随上加载头1向下或向上移动。

由于橡胶密封体3具有高弹性，压缩煤岩样品13时，橡胶密封体3在上加载头1的作用下发生弹性变形，橡胶密封体3结构不会受到破坏。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.防噪声干扰型单轴加载样品缸，其特征在于：包括上加载头、下加载头、伸缩支撑体、橡胶密封体和真空泵，上加载头和下加载头均为圆柱形结构，伸缩支撑体包括上支撑体和下支撑体，上加载头、下加载头、上支撑体、下支撑体和橡胶密封体均垂直设置，上支撑体、下支撑体和橡胶密封体均为上下通透的圆筒形结构，下支撑体上部伸入到上支撑体内且与上支撑体滑动连接，上支撑体的上端固定连接在上加载头的下部，下支撑体的下部套装在下加载头的上部，下加载头的外圆周上部沿周向设有水平承载板，下支撑体的下端边沿紧压在水平承载板的上表面，橡胶密封体的内径大于上支撑体和下支撑体的外径，橡胶密封体包裹在上支撑体和下支撑体的外部，橡胶密封体的上端内圈固定且密封连接在上加载头的下部外圆，橡胶密封体的下端内圈固定且密封连接在下加载头的上部外圆，橡胶密封体上开设有抽气接口，抽气接口与真空泵连接；

上支撑体的下端边沿朝内沿周向设有圆环形挡板，下支撑体的上端边朝外沿周向均匀设有若干个挡块，圆环形挡板与各个挡块均水平设置，圆环形挡板的内圈直径小于挡块外侧边到下支撑体中心线的距离。

2.根据权利要求1所述的防噪声干扰型单轴加载样品缸，其特征在于：上支撑体、下支撑体、圆环形挡板和挡块均为钢板，圆环形挡板焊接在上支撑体的下端边沿内部，各块挡块分别均匀焊接在下支撑体的上端边沿外部；水平承载板沿下加载头圆周方向均匀设有若干块，各块水平承载板均焊接在下加载头的外圆周上部，下支撑体的下端边沿与各块水平承载板的上表面紧压接触。

3.根据权利要求2所述的防噪声干扰型单轴加载样品缸，其特征在于：橡胶密封体的上部外圆周通过上固定圈紧箍在上加载头的下部外圆周，橡胶密封体的下部外圆周通过下固定圈紧箍在下加载头的上部外圆周。

4.根据权利要求3所述的防噪声干扰型单轴加载样品缸，其特征在于：上固定圈和下固定圈均为抱箍。

5.根据权利要求4所述的防噪声干扰型单轴加载样品缸，其特征在于：抽气接口与真空泵之间设有气路开关。

6.根据权利要求5所述的防噪声干扰型单轴加载样品缸，其特征在于：上支撑体通过沿圆周方向均匀设置的若干条固定螺丝与上加载头固定连接，每条固定螺丝均沿上支撑体的径向方向设置。

7.如权利要求6中所述的防噪声干扰型单轴加载样品缸的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）控制压力机的动力机构带动上加载头上升，将制作好的煤岩样品放置在下加载头的上表面，并在煤岩样品侧面上固定信号采集探头；

（2）把组合好的上支撑体和下支撑体垂直套在煤岩样品的外部，上支撑体的上端通过沿圆周方向均匀设置的若干条固定螺丝固定连接在上加载头的下部，下支撑体的下端边沿与各块水平承载板的上表面紧压接触；

（3）橡胶密封体的上部外圆周通过上固定圈紧箍在上加载头的下部外圆周，橡胶密封体的下部外圆周通过下固定圈紧箍在下加载头的上部外圆周，从而使橡胶密封体的上端内圈固定且密封连接在上加载头的下部外圆，橡胶密封体的下端内圈固定且密封连接在下加载头的上部外圆，橡胶密封体包裹在上支撑体和下支撑体的外部；

（4）打开气路开关，启动真空泵，真空泵对橡胶密封体内部抽真空，达到一定真空度后，关闭气路开关，停止真空泵，橡胶密封体由于内部为真空状态，在外界大气压的作用下，橡胶密封体的内壁紧贴上支撑体和下支撑体的外侧表面，上支撑体和下支撑体支撑橡胶密封体，防止橡胶密封体因内部真空而挤压煤岩样品；

（5）通过压力机的试验主机设置加载参数，然后启动加载步骤，压力机的动力机构带动上加载头向下挤压煤岩样品，开始煤岩受载声波测试，信号采集探头采集声波信号，信号采集探头通过信号电缆把声波信号传至试验主机，试验主机处理、分析声波信号，由于橡胶密封体具有高弹性，压缩煤岩样品时，橡胶密封体在上加载头的作用下发生弹性变形，由于橡胶密封体内部为真空，从而有效减小环境噪声对声波测试结果产生影响；

（6）测试完成后，将橡胶密封体、上支撑体和下支撑体依次拆下放好，并把已测试的煤岩样品取下。

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