[發明專利]一種煤巖集中應力下微電流測試系統及方法

有效

• 申請號: 202111436767.5
• 申請日: 2021-11-30
• 公開（公告）號: CN114113224B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 李德行;王恩元;李忠輝;劉曉斐;馮小軍;鞠云強;王冬明;張昕
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 鄧道花

本發明公開了一種煤巖集中應力下微電流測試系統及方法，煤巖集中應力下微電流測試系統包括電磁屏蔽系統、加載系統和微電流采集系統，主要由電磁屏蔽室、信號轉接板、濾波管、微控伺服壓機、壓機控制臺、絕緣墊片、不銹鋼墊塊、靜電計、射頻連接線、電信號數據傳輸線、計算機組成。利用煤巖集中應力下微電流測試方法可對受集中載荷煤巖試樣變形破壞過程的電流信號進行采集，能夠避免由于電極的摩擦、錯位及脫落而引起的異常信號，且能夠大幅減少環境中的干擾信號，進一步實現模擬回采工作面前方煤體集中應力變化過程的電流響應規律，為研究煤巖受載損傷過程的力學特征及電流變化規律提供技術支持。

技術領域

本發明涉及煤巖變形破壞過程中微電流監測系統和方法，具體涉及一種煤巖集中應力下微電流測試系統及方法。

背景技術

煤礦開采過程伴隨有沖擊地壓和煤與瓦斯突出等煤巖動力災害，往往會造成人員傷亡和財產損失，嚴重威脅煤礦安全和高效生產，對沖擊地壓的監測預警是預防此類災害的有效手段。地球物理方法具有無損探測、高效便捷、成本低等優點，近年來在煤巖動力災害監測中發揮著越來越重要的作用。試驗研究表明，煤和巖石在受載過程中能夠激發出微電流，激發電流的強度與煤巖所受的應力、變形以及破裂等密切相關，激發電流的變化能夠反映煤巖所受應力及內部損傷情況。在煤層開采過程中，工作面前方煤體依次存在應力松弛區、應力集中區和原始應力區，應力集中區更容易發生動力災害，是動力災害監測的重點區域。

目前實驗室中測試煤巖受載過程的微電流所采用的方法往往是在標準樣表面貼電極，對試樣進行整體加載，并用屏蔽網對試樣進行屏蔽。該方法存在以下不足：（1）加載過程中煤巖試樣的壓縮、擴容及破裂等會使試樣表面和電極片之間發生摩擦、錯位甚至導致電極脫落等現象，產生諸多異常電流；（2）無法確定電流流向與應力梯度之間的關系；（3）無法模擬回采工作面前方煤體集中應力變化過程的電流響應規律；（4）信號傳輸線穿過屏蔽網影響屏蔽效果，導致較多干擾信號進入。

發明內容

發明目的：針對以上技術不足之處，提出一種結構簡單、操作方便的煤巖加載過程微電流測試系統及方法，能夠模擬監測煤巖集中應力下的激發電流變化規律，且能夠有效抑制干擾信號的產生。

技術方案：一種煤巖集中應力下微電流測試系統，包括電磁屏蔽系統、加載系統和微電流采集系統，主要由電磁屏蔽室、信號轉接板、濾波管、微控伺服壓機、壓機控制臺、絕緣墊片、不銹鋼墊塊、靜電計、射頻連接線、電信號數據傳輸線、計算機組成；所述微控伺服壓機置于電磁屏蔽室內，并由穿過濾波管的線纜和油管與電磁屏蔽室外的壓機控制臺連接；所述靜電計置于電磁屏蔽室外，通過射頻連接線與電磁屏蔽室上的信號轉接板相連；所述電信號數據傳輸線一端與信號轉接板連接，另一端與銅電極片連接。

進一步的，所述信號轉接板包括帶鉆孔木板、300目銅網和三同軸BNC轉接頭，所述銅網覆蓋木板兩側，三同軸BNC轉接頭經小孔與木板固定，并與銅網緊密接觸；所述射頻連接線為屏蔽線纜，且兩端接有三同軸BNC接口。

進一步的，微電流利用銅電極片采集，所述銅電極片粘貼在試樣非受載部分一端表面，銅電極片粘貼在不銹鋼墊塊表面，銅電極片與試樣、不銹鋼墊塊之間利用導電膠耦合，并用絕緣膠帶對銅電極片進行固定。

進一步的，所述電流數據傳輸線一端接有BNC接口，與信號轉接板上的三同軸BNC轉接頭相連，末端正極與銅電極片相連、負極與銅電極片相連、屏蔽極空接。

進一步的，所述銅電極片通過導線與屏蔽室上的接地端口連接，所述接地端口接地。

進一步的，所述壓機工作臺上面鋪有絕緣墊片，所述不銹鋼墊塊與壓頭之間放置有絕緣墊片。

進一步的，所述計算機與靜電計連接，用于對電流數據的顯示、儲存和處理。

一種煤巖集中應力下微電流測試系統的測試方法，包括以下步驟：

第一步：組裝煤巖集中應力下微電流測試系統；