本发明涉及一种冲煤体氧化特性实验装置及其方法，特别是一种复杂环境耦合条件下煤体氧化特性试验系统及其方法。
背景技术：
1、煤氧化特性的测定是当前确保煤矿生产安全和制约煤矿产能及工作面顺利开展的重要制约因素，针对这一问题，当前开发了多种结构类型的煤样自燃特性检测装置及相应的检测方法，如专利申请号为“2004100414272”的“一种模拟煤炭自燃过程的绝热测试方法及其装置”、专利申请号为“201610268808.7”的“空间及多组分气体对煤自燃倾向性影响的试验方法”及专利申请号为“201520044815.x”的“一种模拟煤场煤自燃倾向性的测定装置”等专利技术，虽然均不能程度满足了对煤样特性检测作业的需要，但在使用中，一方面均不同程度存在设备系统结构复杂，操作繁琐且难度大，运行自动化程度低等缺陷，同时设备结构调整灵活性差，试验范围较小，无法灵活满足多种不同地质结构环境、煤样特性检测作业的需要，从而严重影响了设备使用的灵活性和通用性；另一方面在实际检测作业中，对煤样氧化过程的模拟仿真能力相对较差，且数据检测流程繁琐，从而导致检测数据与实际煤体自然氧化存在较大的差异，并易因检测系统运行时的气体泄露、检测能力不足等原因而进一步造成检测精度差。
2、因此针对这一问题，迫切需要开发一种复杂环境耦合条件下煤体氧化特性试验系统及其方法，以满足实际使用的需要。
技术实现思路
1、为了解决现有技术上的不足，本发明提供一种复杂环境耦合条件下煤体氧化特性试验系统及其方法。
2、一种复杂环境耦合条件下煤体氧化特性试验系统，包括试验台、驱动气源、数据分析仪，试验台下端面通过导流管与驱动气源连通，上端面通过导流管与数据分析仪连通，且试验台、驱动气源均与数据分析仪电气连接，试验台包括底座、调节台、承载架、冲击驱动机构、冲击锤、冲击腔、水平驱动导轨，其中底座横断面呈矩形，且其上端面与水平面平行分布，底座左侧面和右侧面对称设置有一条与其上端面平行分布的水平驱动导轨，同时底座上端面设一个与其同轴分布的调节台，承载架为“冂”框架结构，承载架包覆在底座上端面外，且承载架下端面通过水平驱动导轨与底座间滑动连接，承载架顶部的下端面设一条与底座上端面平行分布的水平驱动导轨，并通过水平驱动导轨与冲击驱动机构间滑动连接，冲击驱动机构轴线与承载架上端面垂直分布，冲击腔为圆柱状腔体结构，其下端面通过调节台与底座上端面连接并同轴分布，冲击腔底部设进气孔，并通过进气孔与驱动气源连通，冲击锤嵌于冲击腔上端面，与冲击腔同轴分布并与冲击腔内侧面间滑动连接，冲击锤内设与其同轴分布的导气孔，且导气孔一端与冲击腔连通，另一端面通过导流管与数据分析仪连通，导气孔与导流管间通过控制阀连通，且控制阀与数据分析仪电气连接。
3、进一步的，所述的驱动气源包括空气压缩机、调温机构、流量传感器、压力表、进气流量阀、稳压阀，其中所述空气压缩机通过导流管与稳压阀连通，稳压阀通过导流管与进气流量阀连通，所述进气流量阀通过导流管与调温机构连通，所述调温机构另通过导流管与试验台的进气孔连通，所述进气流量阀与调温机构间连通的导流管上设流量传感器、压力表，此外所述括空气压缩机、调温机构、流量传感器、压力表、进气流量阀、稳压阀另均与数据分析仪电气连接。
4、进一步的，所述的调温机构为水浴加热装置、油预加热装置、远红外辐照加热装置中的任意一种，且调温机构与进气孔连通的导流管上设温度传感器，且温度传感器与数据分析仪电气连接。
5、进一步的，所述的数据分析仪包括出气流量阀、烟气分析仪、数据处理计算机及驱动电路，所述出气流量阀、烟气分析仪、数据处理计算机均与驱动电路电气连接，所述数据处理计算机另与烟气分析仪间通过通讯线路建立数据连接，所述烟气分析仪通过导流管与出气流量阀电气连接，出气流量阀另通过导流管与试验台的导气孔电气连通，且所述驱动电路另分别与试验台、驱动气源电气连接。
6、进一步的，所述的冲击腔包括作业柱、承载垫片、电加热丝、隔热防护层、温度应变片、压力传感器，所述作业柱为轴向截面呈“凵”字形的圆柱体结构，其内设与其同轴分布的检测腔，且所述检测腔深度为作业柱高度的至少80％，所述检测腔对应的作业柱底部设进气孔，所述承载垫片为与作业柱同轴分布的圆盘结构，承载垫片通过至少两个环绕进气孔均布的压力传感器与检测腔底部连接，所述承载垫片为网板结构，承载垫片与检测腔底部间间距为2—10毫米，所述检测腔对应的作业柱内侧面设至少一条电加热丝，所述电加热丝环绕作业柱轴线呈螺旋状结构分布，所述隔热防护层包覆在作业柱外，所述温度应变片位于检测腔内并与冲击锤下端面连接，所述电加热丝、温度应变片、压力传感器均与数据分析仪电气连接。
7、进一步的，所述的检测腔内设与其同轴分布的夹持套，所述夹持套包括硬质承载壁、复位弹簧、弹性承载板、压力传感器、拉力传感器，其中所述硬质承载臂为3—4个，均为与检测腔同轴分布的圆弧板状结构，且各硬质承载壁环绕检测腔轴线均布，并构成与检测腔同轴分布的圆柱腔体结构，同时相邻两硬质承载壁通过至少两条复位弹簧连接，所述复位弹簧沿硬质承载壁轴线从上向下均布，相邻两硬质承载壁之间间距为0—50毫米，且所述复位弹簧与硬质承载壁侧壁间通过拉力传感器连接，同时相邻两硬质承载壁之间另通过弹性承载板连接，所述硬质承载壁外侧面设至少两个环绕其中点分布的压力传感器，并通过压力传感器与检测腔相抵，所述压力传感器、拉力传感器均与数据分析仪间电气连接。
8、进一步的，所述的冲击驱动机构包括承载台、电磁铁、导向柱、收卷机构、牵引绳、冲击重锤、配重块、压板及驱动弹簧，所述导向柱为圆柱体空心管状结构，其上端面通过承载台与水平驱动导轨间滑动连接，且其轴线与承载架轴线平行分布，同时所述导向柱下端面位于冲击锤上方至少5厘米处，并与冲击锤同轴分布，所述冲击重锤嵌于导向柱内，与导向柱同轴分布并与导向柱间滑动连接，所述冲击重锤上端面通过驱动弹簧与承载台下端面连接，同时通过牵引绳与收卷机构连接，所述收卷机构与承载台上端面连接，且牵引绳对应的承载台上设导向孔，所述电磁铁嵌于承载台下端面内，并与导向柱间同轴分布，所述冲击重锤下端面面积为冲击锤上端面面积的30％—80％，同时冲击重锤上端面设至少一个与其同轴分布的配重块，所述电磁铁、收卷机构均与数据分析仪电气连接。
9、进一步的，所述的冲击锤包括压板、导向柱、密封环、连接管头、弹性防护垫，压板、导向柱为与冲击腔同轴分布的圆柱体结构，其中压板嵌于冲击腔上端面内并通过至少一条密封环与冲击腔侧壁内表面滑动连接，所述压板上端面与导向柱连接并同轴分布，同时所述导向柱上端面设与其同轴分布的弹性防护垫，并通过弹性防护垫与冲击驱动机构连接，同时所述压板上设一个导气孔，且导气孔下端面与冲击腔连通，上端面与连接管头连通，同时连接管头与导流管连通。
10、进一步的，所述承载架包括立柱、承载横担、摆动机构、滑块、升降驱动机构及标尺，所述立柱共两个，对称分布在底座两侧，且两立柱下端面均通过摆动机构与滑块铰接，其轴线与底座上端面呈0°—90°夹角，同时滑块另通过水平驱动导轨与底座间滑动连接，所述承载横担为轴向截面呈矩形的柱状框架结构，嵌于两立柱之间，承载横担轴线与立柱轴线垂直分布并相交，同时承载横担两端分别通过升降驱动机构与立柱侧表面间滑动连接，且立柱外侧面另设一个与其轴线平行分布的标尺，所述摆动机构、升降驱动机构均与数据分析仪电气连接。
11、一种复杂环境耦合条件下煤体氧化特性试验系统的使用方法，包括如下步骤：
12、s1，设备装配，首先对试验台、驱动气源、数据分析仪进行装配，然后根据试验台的冲击腔结构制备相应的标准尺寸试验煤体，然后关闭导气孔处的控制阀，同时由驱动气源向冲击腔内注入高压空气并保压至少5小时，并在气压物泄压时即可进行后续试验操作；
13、s2，煤样预制，首先将制备好的标准尺寸试验煤体放置到冲击腔内，同时使标准尺寸试验煤体下端面通过承载垫片与冲击腔底部连接，然后由冲击锤对冲击腔进行密封，并使冲击锤下端面与标准尺寸试验煤体上端面相抵，同时通过承载架调整冲击驱动机构的位置，从而实现调整冲击驱动机构与冲击锤之间的落差，同时对冲击驱动机构进行储能备用；
14、s3，试验作业，完成s2步骤后，由冲击驱动机构的冲击重锤在驱动弹簧的弹性驱动力和自身重力作用下，沿导向柱直接撞击在冲击锤上，由冲击锤将冲击作用力传递至标准尺寸试验煤体上，即可完成一次冲击作业，并在完成冲击作业后，冲击重锤在收卷机构驱动下重新复位储能，并由电磁铁进行定位备用；在进行冲击同时，驱动冲击腔的电加热丝和温度应变片运行及驱动气源同步运行，由电加热丝直接对标准尺寸试验煤体进行加热，另一方面由驱动气源通过冲击腔底部的进气孔向准尺寸试验煤体通入高温高压气体，实现对准尺寸试验煤体进行增温增压，并使准尺寸试验煤体以0.1—10℃/min速度，匀速升温至380℃—450℃，同时驱动气源的气流流量不大于200ml/min，最后冲击腔内产生的高温烟气通过冲击锤的导气孔输送至数据分析仪的烟气分析仪进行数据分析，并将分析结果通过数据处理计算机进行处理并输出即可。
15、本发明本系统通用性好，系统调整、拓展能力强，可有效满足各类地质结构、环境及煤炭特性条件下煤体氧化特性检测分析作业的需要，同时较传统的煤氧化特性试验设备，具有设备操作简单、数据检测、分析效率及精度高的优势，从而可极大的提高煤体氧化特性分析、研究工作的效率和质量，并另可有效的降低工作强度和试验成本。
1.一种复杂环境耦合条件下煤体氧化特性试验系统，其特征在于：所述的复杂环境耦合条件下煤体氧化特性试验系统包括试验台、驱动气源、数据分析仪，所述试验台下端面通过导流管与驱动气源连通，上端面通过导流管与数据分析仪连通，且试验台、驱动气源均与数据分析仪电气连接，所述试验台包括底座、调节台、承载架、冲击驱动机构、冲击锤、冲击腔、水平驱动导轨，其中所述底座横断面呈矩形，且其上端面与水平面平行分布，所述底座左侧面和右侧面对称设置有一条与其上端面平行分布的水平驱动导轨，同时底座上端面设一个与其同轴分布的调节台，所述承载架为“冂”框架结构，承载架包覆在底座上端面外，且承载架下端面通过水平驱动导轨与底座间滑动连接，所述承载架顶部的下端面设一条与底座上端面平行分布的水平驱动导轨，并通过水平驱动导轨与冲击驱动机构间滑动连接，所述冲击驱动机构轴线与承载架上端面垂直分布，所述冲击腔为圆柱状腔体结构，其下端面通过调节台与底座上端面连接并同轴分布，所述冲击腔底部设进气孔，并通过进气孔与驱动气源连通，所述冲击锤嵌于冲击腔上端面，与冲击腔同轴分布并与冲击腔内侧面间滑动连接，所述冲击锤内设与其同轴分布的导气孔，且所述导气孔一端与冲击腔连通，另一端面通过导流管与数据分析仪连通，所述导气孔与导流管间通过控制阀连通，且控制阀与数据分析仪电气连接。
2.根据权利要求1所述的一种复杂环境耦合条件下煤体氧化特性试验系统，其特征在于：所述的驱动气源包括空气压缩机、调温机构、流量传感器、压力表、进气流量阀、稳压阀，其中所述空气压缩机通过导流管与稳压阀连通，稳压阀通过导流管与进气流量阀连通，所述进气流量阀通过导流管与调温机构连通，所述调温机构另通过导流管与试验台的进气孔连通，所述进气流量阀与调温机构间连通的导流管上设流量传感器、压力表，此外所述括空气压缩机、调温机构、流量传感器、压力表、进气流量阀、稳压阀另均与数据分析仪电气连接。
3.根据权利要求2所述的一种复杂环境耦合条件下煤体氧化特性试验系统，其特征在于：所述的调温机构为水浴加热装置、油预加热装置、远红外辐照加热装置中的任意一种，且调温机构与进气孔连通的导流管上设温度传感器，且温度传感器与数据分析仪电气连接。
4.根据权利要求1所述的一种复杂环境耦合条件下煤体氧化特性试验系统，其特征在于：所述的数据分析仪包括出气流量阀、烟气分析仪、数据处理计算机及驱动电路，所述出气流量阀、烟气分析仪、数据处理计算机均与驱动电路电气连接，所述数据处理计算机另与烟气分析仪间通过通讯线路建立数据连接，所述烟气分析仪通过导流管与出气流量阀电气连接，出气流量阀另通过导流管与试验台的导气孔电气连通，且所述驱动电路另分别与试验台、驱动气源电气连接。
5.根据权利要求1所述的一种复杂环境耦合条件下煤体氧化特性试验系统，其特征在于：所述的冲击腔包括作业柱、承载垫片、电加热丝、隔热防护层、温度应变片、压力传感器，所述作业柱为轴向截面呈“凵”字形的圆柱体结构，其内设与其同轴分布的检测腔，且所述检测腔深度为作业柱高度的至少80%，所述检测腔对应的作业柱底部设进气孔，所述承载垫片为与作业柱同轴分布的圆盘结构，承载垫片通过至少两个环绕进气孔均布的压力传感器与检测腔底部连接，所述承载垫片为网板结构，承载垫片与检测腔底部间间距为2—10毫米，所述检测腔对应的作业柱内侧面设至少一条电加热丝，所述电加热丝环绕作业柱轴线呈螺旋状结构分布，所述隔热防护层包覆在作业柱外，所述温度应变片位于检测腔内并与冲击锤下端面连接，所述电加热丝、温度应变片、压力传感器均与数据分析仪电气连接。
6.根据权利要求5所述的一种复杂环境耦合条件下煤体氧化特性试验系统，其特征在于：所述的检测腔内设与其同轴分布的夹持套，所述夹持套包括硬质承载壁、复位弹簧、弹性承载板、压力传感器、拉力传感器，其中所述硬质承载臂为3—4个，均为与检测腔同轴分布的圆弧板状结构，且各硬质承载壁环绕检测腔轴线均布，并构成与检测腔同轴分布的圆柱腔体结构，同时相邻两硬质承载壁通过至少两条复位弹簧连接，所述复位弹簧沿硬质承载壁轴线从上向下均布，相邻两硬质承载壁之间间距为0—50毫米，且所述复位弹簧与硬质承载壁侧壁间通过拉力传感器连接，同时相邻两硬质承载壁之间另通过弹性承载板连接，所述硬质承载壁外侧面设至少两个环绕其中点分布的压力传感器，并通过压力传感器与检测腔相抵，所述压力传感器、拉力传感器均与数据分析仪间电气连接。
7.根据权利要求1所述的一种复杂环境耦合条件下煤体氧化特性试验系统，其特征在于：所述的冲击驱动机构包括承载台、电磁铁、导向柱、收卷机构、牵引绳、冲击重锤、配重块、压板及驱动弹簧，所述导向柱为圆柱体空心管状结构，其上端面通过承载台与水平驱动导轨间滑动连接，且其轴线与承载架轴线平行分布，同时所述导向柱下端面位于冲击锤上方至少5厘米处，并与冲击锤同轴分布，所述冲击重锤嵌于导向柱内，与导向柱同轴分布并与导向柱间滑动连接，所述冲击重锤上端面通过驱动弹簧与承载台下端面连接，同时通过牵引绳与收卷机构连接，所述收卷机构与承载台上端面连接，且牵引绳对应的承载台上设导向孔，所述电磁铁嵌于承载台下端面内，并与导向柱间同轴分布，所述冲击重锤下端面面积为冲击锤上端面面积的30%—80%，同时冲击重锤上端面设至少一个与其同轴分布的配重块，所述电磁铁、收卷机构均与数据分析仪电气连接。
8.根据权利要求1所述的一种复杂环境耦合条件下煤体氧化特性试验系统，其特征在于：所述的冲击锤包括压板、导向柱、密封环、连接管头、弹性防护垫，压板、导向柱为与冲击腔同轴分布的圆柱体结构，其中压板嵌于冲击腔上端面内并通过至少一条密封环与冲击腔侧壁内表面滑动连接，所述压板上端面与导向柱连接并同轴分布，同时所述导向柱上端面设与其同轴分布的弹性防护垫，并通过弹性防护垫与冲击驱动机构连接，同时所述压板上设一个导气孔，且导气孔下端面与冲击腔连通，上端面与连接管头连通，同时连接管头与导流管连通。
9.根据权利要求1所述的一种复杂环境耦合条件下煤体氧化特性试验系统，其特征在于：所述承载架包括立柱、承载横担、摆动机构、滑块、升降驱动机构及标尺，所述立柱共两个，对称分布在底座两侧，且两立柱下端面均通过摆动机构与滑块铰接，其轴线与底座上端面呈0°—90°夹角，同时滑块另通过水平驱动导轨与底座间滑动连接，所述承载横担为轴向截面呈矩形的柱状框架结构，嵌于两立柱之间，承载横担轴线与立柱轴线垂直分布并相交，同时承载横担两端分别通过升降驱动机构与立柱侧表面间滑动连接，且立柱外侧面另设一个与其轴线平行分布的标尺，所述摆动机构、升降驱动机构均与数据分析仪电气连接。
10.基于权利要求1所述的一种复杂环境耦合条件下煤体氧化特性试验系统的使用方法，其特征在于：所述的冲击载荷作用煤体氧化特性实验装置的使用方法包括如下步骤：
