[發明專利]一種含瓦斯煤破壞過程中輻射溫度場觀測系統及方法

有效

• 申請號: 201711430911.8
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108169004B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 張慶賀;楊科;馬芹永;薛俊華;段昌瑞;楊曉峰;竇禮同
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/06
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 董雪

本發明公開了一種含瓦斯煤破壞過程中輻射溫度場觀測系統及方法，包括萬能試驗機、含瓦斯煤體加載罐、煤體試件、紅外熱像儀和信息采集裝置，所述含瓦斯煤體加載罐和紅外攝像儀均設置在萬能試驗機上，將煤體試件放置在含瓦斯煤體加載罐內進行吸附和加載，所述紅外攝像儀用于采集媒體試件在加載條件下的溫度場信息，并將采集的溫度場信息傳輸到信息采集裝置，所述信息采集裝置用于記錄和存儲媒體試件在加載條件下的溫度場信息。本發明通過紅外熱像儀實現含瓦斯煤體在加載條件下的溫度場觀測，觀測區域覆蓋煤體試件某一面，測溫裝置位置可調，實現含瓦斯煤體加載過程中溫度場的準確、全面觀測。

技術領域

本發明屬于礦業工程、巖土工程科研技術領域，特別涉及一種可進行含瓦斯煤加載破壞過程中輻射溫度場觀測的試驗系統及方法。

背景技術

煤與瓦斯突出是比較普遍而又嚴重的一種礦井災害，它不僅影響煤礦正常生產，而且威脅礦工的生命安全,對煤與瓦斯突出做出正確的預測，才能減少防突工作量，做到重點防治，保證煤礦的安全。探索便利和高效的煤與瓦斯突出預測方法，對于改善礦井的安全、提高礦井的經濟效益和社會效益具有重要的意義。

煤與瓦斯突出過程是一個熱力耦合過程，其發生自始至終無不表現出熱量的變化。含瓦斯煤體變形破裂過程含瓦斯煤體溫度場的變化可以作為預測煤與瓦斯突出的一個指標。利用含瓦斯煤體溫度場變化梯度進行煤與瓦斯突出的預測預報，是探索煤與瓦斯突出規律的一種新的途徑。

盡管國內外都進行了利用含瓦斯煤體溫度場變化預測突出的工作，但是根據預測的方法與手段來看，其預測方法和手段尚未完全成熟和統一，沒有利用含瓦斯煤體溫度場變化進行突出預測的理論研究和實驗基礎。所以，我們有必要從理論分析和實驗研究上進行進一步的研究與分析。

目前，針對煤體溫度場的觀測，已開展了大量的研究工作，研制了一系列煤體溫度場觀測系統，研究現狀如下：

(1)申請號為201410220058.7的中國專利公開了一種采用紅外輻射觀測煤巖裂隙發育過程的裝置及方法，包括紅外熱像儀、計算機和套合在一起的三節可伸縮箱體，可完成煤巖裂隙發育紅外輻射監測試驗，減小了試驗人員、太陽輻射、溫度變化、空氣流動和熱源等對煤巖裂隙發育過程中紅外輻射信息的影響，但該裝置只能觀測不含瓦斯煤體的溫度場，無法實現含瓦斯煤體的溫度場觀測。

(2)2012年4月份由劉紀坤發表的博士學位論文“溫度法研究現狀煤體瓦斯吸附解吸過程熱效應實驗研究”一文中第三章第2小節中公開了一種煤體瓦斯吸附解吸過程溫度變化測量實驗系統，該系統主要包括煤體瓦斯吸附解吸實驗系統、溫度測量系統、數據采集系統、稱量系統以及供干脫氣系統等，可實現實驗中含瓦斯煤體瓦斯吸附解吸過程的溫度場變化測量，但該裝置僅能觀測含瓦斯煤體試件頂面局部區域溫度場，且無法實現含瓦斯煤體加載條件下的溫度場觀測。

(3)申請號為201310141301.1的中國專利公開了一種煤體溫度測量裝置及測量方法，由吸附罐體、鍺單晶、緊固環及進、出氣嘴組成，適用于實驗室進行含瓦斯煤吸附解吸及模擬突出過程煤體表面溫度場的非接觸式測量，但該裝置僅能對自然狀態下的煤體進行溫度場觀測，無法實現含瓦斯煤在加載過程中的溫度場觀測，且無法準確控制測溫儀器位置，即無法實現多次試驗時的準確對比分析。

(4)2014年2月份由呂玉凱發表的“不同沖擊傾向煤樣表面溫度場與變形場演化特征”一文中第1小節中公開了一種實驗平臺，該系統主要包括加載系統、熱紅外溫度場監測系統及變形場監測系統，可進行試驗樣品溫度場和變形場的觀測，但該系統僅能進行不含瓦斯煤體在加載過程中的溫度場觀測，無法實現含瓦斯煤在加載過程中的溫度場觀測，且無法準確控制測溫儀器位置。

綜合分析上述單位的煤體溫度場觀測系統，還存在以下不足之處：

(1)只能實現對含瓦斯煤體自然狀態下的溫度觀測或不含瓦斯煤在在加載過程中的溫度場觀測，無法實現含瓦斯煤體在加載條件下的溫度場觀測；