矿山支护磁性无损监测及预警的相关基础研究

准确监控支护设备的工作状态并进行及时预警，对于预防和减少威胁煤矿安全生产的顶板事故非常重要。本项目系统研究矿山支护磁性无损监测及预警的相关基础理论与技术。通过理论探索、实验研究、现场测试及软件模拟探讨块体非晶软磁合金形成的动力学，研究各种成分在非晶形成中的作用及动力学特征，寻找元素替代对块体非晶软磁合金动力学的影响规律，厘清合金软磁和力学性能变化的内在机制；研制磁学或力学性能优异的块体非晶软磁合金；探索研制新型传感器磁芯改进矿山支护的应力监测装置；系统研究测试条件对设备输出信号的影响，建立适合不同测试环境的数据库；建立矿山支护的预警系统。通过本项目，系统研究矿山支护磁性无损监测相关的理论，开发矿山支护的磁性无损监测技术和设备，实现及时准确获知矿山支护的信息、提供可靠预警的功能，为减少与预防煤矿安全事故的发生提供有效的防控手段。

煤矿顶板事故时常发生，导致的死亡人数居各类事故之首。研究矿山支护设备的无损监测及预警的相关理论对于预防和减少顶板事故非常重要与紧迫。本项目通过理论探索、实验研究、现场测试系统研究了矿山支护磁性无损监测及预警的相关基础理论与技术。运用磁畴、随机各向异性等理论，探讨了不同元素对铁基软磁非晶合金物理性能及非晶形成能力的影响；系统研究了化学成分、退火工艺等因素对材料微结构、软磁、力学等性能的影响；结合铁基非晶合金组元复杂的特点，通过测量非晶合金的低温比热、分析计算获得了多组元复杂非晶合金的电子态密度等微观结构信息及其与非晶形成能力的关系，克服了目前软件模拟只能研究低组元非晶合金体系电子结构信息的不足，厘清了合金软磁和力学性能变化的内在机制；研究制备了兼具优异软磁性能和非晶形成能力的(Fe1-xNix)72B20Si4Nb4(x = 0.0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4和0.5) 、 Fe72-xCuxB20Si4Nb4 (x=0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8和1.0)、(Fe1-xCox)71.4Cu0.6B20Si4Nb4 (x=0, 0.1, 0.3, 0.5和0.7)铁基非晶合金；一次成型成功形状相对复杂、软磁性能优异(Fe0.72B0.24Nb0.04)95.5Y4.5U形非晶合金磁芯；设计了应力磁性测试方案及其系统，运用磁路及磁化理论研究了铁磁材料中应力对输出信号的影响，发现检测线圈输出电压的有效值与试件中主应力差的关系，研究了试件剩磁、励磁电流等环境因素及表面处理等对测试结果的影响；系统研究了Q195, Q215, Q235, Q255, Q275及Q345六种常见工程铁磁材料在不同励磁信号（波形、频率、电压）在不同温度、不同应力时的输出信号，得到了不同材质应力分布规律；研究了支护设备不同工况下的信息特征、变化规律和演变机理；建立和丰富了适合不同测试条件下的数据库；通过现场测试，证明了应力磁性监测的可行性，为建立矿山支护的预警提供了有价值的参考。