[發明專利]應力?瓦斯耦合作用煤體損傷紅外輻射測試裝置及方法

在審

• 申請號: 201711000309.0
• 申請日: 2017-10-24
• 公開（公告）號: CN107782622A
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 李忠輝;殷山;程富起;王恩元;魏洋;孔艷慧
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N25/00;G01N21/84
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種煤體受載破壞過程中紅外輻射測量的裝置及方法。

背景技術

隨著煤炭開采深度的延伸和開采強度的增加，煤與瓦斯突出、沖擊地壓等煤體動力災害日趨嚴重，對煤礦的安全生產產生了極大的威脅。近年來，國內外專家學者對不同受載方式下煤體變形破裂過程進行了大量的測試和研究，發現煤體受載或變形破裂時會出現紅外輻射現象，并在煤體破裂處形成紅外高溫帶。深部開采中煤體處在瓦斯、應力耦合作用下，應力-瓦斯耦合條件下煤體的破壞過程與不含瓦斯條件下具有較大的差異，因此，該過程產生的紅外輻射信息也會有獨特的特征。通過測試研究清楚這些差異性，對利用紅外法探測煤巖動力災害危險具有重要的理論意義。為進一步研究煤體在不同瓦斯壓力下受載破壞的紅外輻射變化規律，迫切需要一種應力-瓦斯耦合作用煤體損傷紅外輻射測試裝置及方法為不同瓦斯壓力條件下煤體受載破壞的紅外輻射測試研究提供技術支持。

發明內容

發明目的：針對上述現有技術，提出一種應力-瓦斯耦合作用煤體損傷紅外輻射測試裝置及方法，用于研究煤體在不同瓦斯壓力下受載破壞的紅外輻射變化規律。

技術方案：一種應力-瓦斯耦合作用煤體損傷紅外輻射測試裝置，包括應力-瓦斯耦合可視缸體、紅外熱像儀、工業相機、高壓瓦斯氣瓶、真空泵、壓力采集儀、微控伺服壓機；所述紅外熱像儀布置在應力-瓦斯耦合可視缸體的紅外可視窗口處；所述工業相機布置在應力-瓦斯耦合可視缸體的自然光可視窗口處；所述高壓瓦斯氣瓶通過減壓閥、耐高壓氣體管路與應力-瓦斯耦合可視缸體的進氣孔氣體控制閥門相連；所述真空泵通過抽氣管路與應力-瓦斯耦合可視缸體的出氣孔氣體控制閥門相連；所述壓力采集儀與布置在應力-瓦斯耦合可視缸體測壓孔處的氣體壓力傳感器相連；所述微控伺服壓機用于對應力-瓦斯耦合可視缸體內的煤體施加載荷。

進一步的，所述應力-瓦斯耦合可視缸體包括缸體蓋和腔體，所述缸體蓋上設有垂直穿過缸體蓋中心并可往復運動的軸；所述腔體的側壁上設有進氣孔、出氣孔、測壓孔，以及所述紅外可視窗口、自然光可視窗口；其中，進氣孔和出氣孔對稱分布在腔體側壁底部，測壓孔分布在腔體側壁中部以上位置；以所述進氣孔和出氣孔連線的中垂面為對稱面，所述紅外可視窗口和自然光可視窗口相鄰對稱設置在腔體側壁中間高度位置；紅外可視窗口和自然光可視窗口的圓心法線與腔體底面圓心的法線相交于一點；所述缸體蓋和腔體通過螺栓連接。

進一步的，所述應力-瓦斯耦合可視缸體的紅外可視窗口處安裝有可透射紅外輻射的紅外玻璃。

進一步的，所述應力-瓦斯耦合可視缸體的自然光可視窗口處安裝有透明鋼化玻璃。

進一步的，所述應力-瓦斯耦合可視缸體的缸體蓋和腔體之間，以及所述軸和缸體蓋之間都設有密封橡膠圈。

進一步的，所述的抽氣管路連接有真空表。

一種裝置的應力-瓦斯耦合作用煤體損傷紅外輻射測試方法，包括以下步驟：

第一步：組裝應力-瓦斯耦合作用煤體損傷紅外輻射測試裝置，并進行調試；

第二步：首先將煤體放入應力-瓦斯耦合可視缸體中，用螺栓連接缸體蓋和腔體；然后運行紅外熱像儀、工業相機和壓力采集儀；再打開出氣孔氣體控制閥門，關閉進氣孔氣體控制閥門，打開真空泵，使真空泵通過抽氣管路對應力-瓦斯耦合可視缸體進行抽真空12h；

第三步：抽真空完成后，首先關閉出氣孔氣體控制閥門，關閉真空泵；然后打開高壓瓦斯氣瓶，調節減壓閥使高壓瓦斯氣瓶輸出恒壓氣體，氣壓在0～3.0MPa之間可調；再打開進氣孔氣體控制閥門，使恒壓氣體通過高壓氣體管路輸入應力-瓦斯耦合可視缸體中，并保持缸體恒壓12h；

第四步：恒壓完成后，首先關閉進氣孔氣體控制閥門，關閉高壓瓦斯氣瓶；然后打開微控伺服壓機對應力-瓦斯耦合可視缸體的軸施加軸向載荷，加載速度控制在50N/s～100N/s，直至煤體卸載破壞；

第五步：煤體卸載破壞后，停止微控伺服壓機，保存載荷數據、紅外熱像數據、煤體破壞圖像、腔體瓦斯壓力數據，關閉紅外熱像儀、工業相機和壓力采集儀，打開出氣孔氣體控制閥門排放應力-瓦斯耦合可視缸體內的殘余瓦斯，清理應力-瓦斯耦合可視缸體內的破碎煤體；

第六步：將軸向載荷、瓦斯壓力數據、紅外溫度做成曲線圖，與煤體應力-瓦斯耦合破壞的紅外熱像、煤體破壞圖像進行對比分析。