一种标准煤岩样品压裂过程震电磁效应同步监测装置及方法制造方法及图纸

一种标准煤岩样品压裂过程震电磁效应同步监测装置及方法，适用于深部地下动力灾害的超前监测预警研究。包括监测夹具骨架和高频数据采集监控系统，监测夹具骨架(14)内侧上设有多个与标准煤岩样品侧壁面紧贴的震动传感器、电法电极和磁法线圈，固定在监测装置内的标准煤岩样品在压裂过程中，由震动传感器捕捉煤岩变形破坏产生的震动信号，由电法电极捕捉煤岩变形破坏产生的自然电场电位差，由磁法线圈捕捉煤岩变形破坏产生的瞬变磁场强度；通过捕捉被测样品压裂变形破坏或渗流过程的震电磁三场信号特征，建立煤岩破裂面与物理场效应之间的关系谱，为深部地下工程动力灾害的预测、评价和防治提供理论支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种标准煤岩样品压裂过程震电磁效应同步监测装置及方法
本专利技术主要涉及一种标准煤岩样品压裂过程震电磁效应同步监测装置及方法，尤其适用于深部地下动力灾害的超前监测预警研究。
技术介绍
目前，深部地下动力灾害的防治仍然是一项国际性难题，通常采用单一场被动监测，无法较为全面地认识动力灾害。相关学者对岩爆、煤与瓦斯突出等深部动力灾害的机理仍持有不同观点，同步得到煤岩动力灾害从孕育、发展和突变过程中的弹性波场、电磁场及地电场三场能谱与形变特征，是一个亟待解决的关键问题。由于理论研究的蓬勃发展，地球物理监测方法中的微震监测技术和电磁辐射监测技术已广泛应用于冲击地压、煤与瓦斯突出等动力灾害的监测及预测实际工程研究中，从而使得国内外微震监测仪和电磁辐射仪得到迅速发展。微震监测系统开发于上世纪七十年代初期，20世纪80年代微震监测技术应用于我国煤矿，主要的手段就是震源定位，通过实时的分析微震震源位置以及微震震级大小划分易发生塌陷、顶板下沉和瓦斯突出等危险区域。90年代开始，全数字型微震监测技术和设备开始得到广泛的应用，目前国外南非、波兰、加拿大、澳大利亚、美国等分别研制出了ISS、SOS、PaladinSeismicRecorder-V2等有较强影响力和较广应用范围的微震采集与处理系统。国内微震监测系统方面的研究工作起步较晚，2003年李庶林等在凡口铅锌矿建立了一套全数字型64通道微震监测系统；2005年，中国矿业大学和国家地震局共同研制了TDS–6微震信号数据采集试验系统；2007年，姜福兴利用自主研发的本安型微震监测系统进行了煤矿突水的微震监测；中国矿业大学窦林名、大连理工大学唐春安等通过分析研究冲击前兆微震信号的频率特征来有效的诊断冲击地压的危险程度以达到预防冲击地压和岩爆等事故的目的，并研究优化了煤矿监测台网布设，达到了提高微震定位精度的目的。在煤岩动力灾害电磁辐射监测仪器的开发应用方面，80年代未至90年代初前苏联全苏矿山测量与矿山地质力学研究院先后研制了“EГ-9”、“ВOЛHα-1”、“ВOЛHα-1”型测量仪器，用以评价工作面前方的冲击矿压和突出危险状态；俄罗斯科学院西伯利亚分院矿业研究所研制的ИЭМИ-1型电磁脉冲接收仪。20世纪90年代开始，国内外学者V.I.Frid、A.N.shabarov、何学秋、王恩元、窦林名等针对煤岩体破坏过程中电磁辐射产生的机理、特征、规律等进行了大量的科学实验研究，为电磁辐射监测技术应用于煤矿煤岩动力灾害的预测预报奠定了理论基础并得到了广泛应用。重庆分院马超群、陆道儿等研制了MTT-92型煤与瓦斯突出危险探测仪；2003年，中国矿业大学王恩元等研制了KBD5型矿用本安型煤与瓦斯突出电磁辐射监测仪和之后的KBD7型煤岩电磁辐射连续监测系统及数据处理软件(接收频率范围0～500kHz，有效探测距离7～22m。魏建平等研究了矿井煤岩动力灾害的电磁辐射预警机理，开发了煤岩电磁辐射连续监测仪的配套软件，并应用于煤与瓦斯突出和冲击矿压的预警。刘文波通过AnsoftHFSS软件对电磁辐射监测仪接受天线进行了仿真设计与性能参数优化,进一步改善了电磁辐射接收天线的接收效果，增强了接收天线的方向性。传统地电场仪器发展历史悠久，20世纪80年代中期，高密度电法仪器出现并进行应用。1991年长春地质学院研制了GC-1加HD-1型高密度电阻率采集系统；1992年地矿部机电研究所推出了GC-2型多路转换器和MIR-1B型多功能电测仪，以及MIS-2型多路转换器和MIR-1C型多功能电测仪配套成的系统；1995年北京地质仪器厂和中国地质大学合作推出了由DUM-1型电极转换器和DDJ-1型多功能电测仪系统。进入21世纪，重庆地质仪器厂推出了可置120个电极的DUK-2高密度电法测量系统；吉林大学工程技术研究所先后推出了E60系列分布式开关电缆的高密度电法勘探仪；2004年课题组提出了网络并行电法勘探仪器，并于2008年取得国家重点新产品称号。国外在地电勘探仪器方面更具优势，美国AGI公司的SuperStingR8IP8首次推出双模式智能电极的直流电法仪器；德国DMT公司推出的RESECSⅡ三维高密度电法仪；法国的SYSCALPRO电法仪器可以10通道同时采集；美国的ZONGE公司的GDP32II电法工作站集成直流电法到电磁法的多功能于一体，支持16通道同时采集；加拿大凤凰公司的V8系列仪器几乎涵盖所有地电场勘探功能，是一台多功能电磁法工作站。这些地电场勘探仪器总体为资源勘探和工程物探类仪器，仪器系统笨重，基本不具备监测功能。以上介绍的仪器均是单独测量微震信号、电场信号或者电磁信号，属于单场监测仪器。
技术实现思路
针对上述技术问题，提出一种结构简单、操作易行的配备有主动激发装置、可实现同时同步采集震电磁三场信号的一种标准煤岩样品压裂过程震电磁效应同步监测装置及试验方法。为实现上述目的，本专利技术的标准煤岩样品压裂过程震电磁效应同步监测装置，包括设置在压力机底盘上并将标准煤岩样品完全包裹住的监测夹具骨架和高频数据采集监控系统两大部分组成，其特征在于：所述监测装置夹具包括设置在标准煤岩样品上下的标准煤岩样品底座，标准煤岩样品底座通过压力机底盘将标准煤岩样品夹住，标准煤岩样品底座侧面设置有监测夹具底座，监测夹具底座上设置有监测夹具骨架，监测夹具骨架内侧上设有多个与标准煤岩样品侧壁面紧贴的震动传感器、电法电极和磁法线圈，所述震动传感器、电法电极和磁法线圈分别通过通讯线缆与监控系统相连接，标准煤岩样品上还设有多个可控源变频激震器，开启可控源变频激震器后利用震动传感器捕捉煤岩变形破坏产生的震动信号，电法电极捕捉煤岩变形破坏产生的自然电场电位差，磁法线圈捕捉煤岩变形破坏产生的瞬变磁场强度，并向监控系统发送采集到的信息。所述设置在监测夹具骨架上与标准煤岩样品接触的多个震动传感器为12个，按每层4个共3层的正交对称方式布置，相邻两层震动传感器的间距相同，震动传感器采用单分量或三分量，速度型或加速度型，每组震动传感器的间距相等，分别在柱状的标准煤岩样品侧面的四周分组设置，每组震动传感器从标准煤岩样品侧面的顶部开始设置，直至设置到标准煤岩样品的底部。所述监测夹具骨架上的可控源变频激震器有12个，按每层4个共3层的正交对称方式布置，与震动传感器位置紧邻，与标准煤岩样品外壁的弹性预留空间不大于1.5mm。所述监测夹具骨架上的电法电极数量共32个，按每层4个共8层的正交对称方式布置，相邻两层电法电极的间距相同，电法电极采用优质铜棒，端头直径不大于3mm，其中两个最远距离的电法电极作为B/N电极使用。所述监测夹具内的磁法线圈分为轴向线圈和环向线圈两种类型；其中轴向线圈数量为4个，每个轴向线圈以柱面形式绕线，对应圆心角为90°，四个轴向线圈搭接可组成一个内部直径为50mm的正圆柱筒；环向线圈数量为6个，正圆形绕线，以标准煤岩样品的中心点在轴向上对称分布，每侧设置3个，环向磁法线圈直径不小于68mm，两种磁法线圈的有效监测面积均不小于3m2，其中环向磁法线圈完全嵌入监测夹具骨架种，由于轴向磁法线圈需要随煤岩样品环向变形而滑动，每个磁法线圈均依靠两个顶杆支撑在监测夹具骨架内进，从而确保轴向磁法线圈能在装置骨架环内沿径向平稳滑动。所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种标准煤岩样品压裂过程震电磁效应同步监测装置，包括设置在压力机底盘(3)上并将标准煤岩样品(4)完全包裹住的监测夹具骨架(14)和高频数据采集监控系统两大部分组成，其特征在于：所述监测装置夹具(5)包括设置在标准煤岩样品(4)上下的标准煤岩样品底座(2)，标准煤岩样品底座(2)通过压力机底盘(3)将标准煤岩样品(4)夹住，标准煤岩样品底座(2)侧面设置有监测夹具底座(1)，监测夹具底座(1)上设置有监测夹具骨架(14)，监测夹具骨架(14)内侧上设有多个与标准煤岩样品侧壁面紧贴的震动传感器(8)、电法电极(9)和磁法线圈(10)，所述震动传感器(8)、电法电极(9)和磁法线圈(10)分别通过通讯线缆(6)与监控系统相连接，标准煤岩样品(4)上还设有多个可控源变频激震器，开启可控源变频激震器后利用震动传感器(8)捕捉煤岩变形破坏产生的震动信号，电法电极(9)捕捉煤岩变形破坏产生的自然电场电位差，磁法线圈(10)捕捉煤岩变形破坏产生的瞬变磁场强度，并向监控系统发送采集到的信息。

【技术特征摘要】
1.一种标准煤岩样品压裂过程震电磁效应同步监测装置，包括设置在压力机底盘(3)上并将标准煤岩样品(4)完全包裹住的监测夹具骨架(14)和高频数据采集监控系统两大部分组成，其特征在于：所述监测装置夹具(5)包括设置在标准煤岩样品(4)上下的标准煤岩样品底座(2)，标准煤岩样品底座(2)通过压力机底盘(3)将标准煤岩样品(4)夹住，标准煤岩样品底座(2)侧面设置有监测夹具底座(1)，监测夹具底座(1)上设置有监测夹具骨架(14)，监测夹具骨架(14)内侧上设有多个与标准煤岩样品侧壁面紧贴的震动传感器(8)、电法电极(9)和磁法线圈(10)，所述震动传感器(8)、电法电极(9)和磁法线圈(10)分别通过通讯线缆(6)与监控系统相连接，标准煤岩样品(4)上还设有多个可控源变频激震器，开启可控源变频激震器后利用震动传感器(8)捕捉煤岩变形破坏产生的震动信号，电法电极(9)捕捉煤岩变形破坏产生的自然电场电位差，磁法线圈(10)捕捉煤岩变形破坏产生的瞬变磁场强度，并向监控系统发送采集到的信息。2.根据权利要求1所述的标准煤岩样品压裂过程震电磁效应同步监测装置，其特征在于：所述设置在监测夹具骨架(14)上与标准煤岩样品(4)接触的多个震动传感器(8)为12个，按每层4个共3层的正交对称方式布置，相邻两层震动传感器的间距相同，震动传感器采用单分量或三分量，速度型或加速度型，每组震动传感器(8)的间距相等，分别在柱状的标准煤岩样品(4)侧面的四周分组设置，每组震动传感器(8)从标准煤岩样品(4)侧面的顶部开始设置，直至设置到标准煤岩样品(4)的底部。3.根据权利要求1所述的标准煤岩样品压裂过程震电磁效应同步监测装置，其特征在于：所述监测夹具骨架(14)上的可控源变频激震器有12个，按每层4个共3层的正交对称方式布置，与震动传感器位置紧邻，与标准煤岩样品外壁的弹性预留空间不大于1.5mm。4.根据权利要求1所述的标准煤岩样品压裂过程震电磁效应同步监测装置，其特征在于：所述监测夹具骨架(14)上的电法电极(9)数量共32个，按每层4个共8层的正交对称方式布置，相邻两层电法电极(9)的间距相同，电法电极(9)采用优质铜棒，端头直径不大于3mm，其中两个最远距离的电法电极(9)作为B/N电极使用。5.根据权利要求1所述的标准煤岩样品压裂过程震电磁效应同步监测装置，其特征在于：所述监测夹具内的磁法线圈(10)分为轴向线圈(10)和环向线圈(11)两种类型；其中轴向线圈(10)数量为4个，每个轴向线圈(10)以柱面形式绕线，对应圆心角为90°，四个轴向线圈(10)搭接可组成一个内部直径为50mm的正圆柱筒；环向线圈(11)数量为6个，正圆形绕线，以标准煤岩样品(2)的中心点在轴向上对称分布，每侧设置3个，环向磁法线圈(11)直径不小于68mm，两种磁法线圈(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明伟，刘盛东，李世宁，焦国超，李继伟，任云，王奇，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32