[發明專利]用于煤巖氣固耦合動靜加卸載紅外觀測的試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 202011580861.3
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112858015A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 李振;趙嘉鵬;楊鵬;楊曉軍;范偉超;馮國瑞;方智龍;張純旺;申雄;崔家慶;牛小紅;宋誠
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/303;G01N21/84
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 王軍

本發明涉及一種用于煤巖氣固耦合動靜加卸載紅外觀測的試驗裝置及方法，屬于礦山巖體力學研究領域。本發明通過利用紅外可視化監測手段揭示三軸加卸載條件下含瓦斯煤巖損傷破壞、吸附解吸特性及動靜載荷組合條件下破壞機理。本裝置首次將紅外觀測應用于三維真實應力環境中煤巖動靜加卸載組合條件下煤巖非均勻破壞特性、吸附解吸時空演化規律的研究。本裝置使用低熱導材料，隔熱涂料等方法，克服了現有紅外技術易受環境溫度影響的難題。本裝置采用瓦斯等氣體提供圍壓，不僅克服了傳統油壓條件下，高壓油容易侵入煤體而導致實驗失敗的問題，同時真實模擬了氣固耦合動靜加卸載條件下煤巖的變形破壞與吸附解吸特性。

技術領域

本發明屬于礦山巖體力學研究領域，具體涉及一種用于煤巖氣固耦合動靜加卸載紅外觀測的試驗裝置及試驗方法。

背景技術

煤與瓦斯突出是一種在壓力作用下，破碎的煤與瓦斯由煤體內突然向采掘空間大量噴出的現象。煤與瓦斯突出是煤礦井下生產中破壞性極大的一種自然災害，嚴重威脅著煤礦的安全生產。當前關于煤與瓦斯突出機理的研究成果使我們基本認清煤與瓦斯突出的影響因素、發展過程、作用機制和發生條件，但是地應力、瓦斯壓力和煤的物理力學性質在煤與瓦斯突出過程中的作用機制，目前尚未研究清楚。尤其是符合真實采礦環境的動靜態組合加卸載條件下含瓦斯煤體的致突機理和突出激發條件仍需要通過試驗和理論分析等手段深入研究。因此，研制一種用于煤巖氣固耦合動靜加卸載試驗裝置具有重要意義。

目前，前人針對含瓦斯煤體變形破壞及吸附解吸特性的研究，已開展了大量的研究工作并研制了一系列模擬試驗裝置，研究現狀如下：

（1）申請號為201510055670.8的中國專利本發明公開了一種恒容含瓦斯煤氣固耦合物理力學參數試驗裝置及方法。包括可視化加載系統、恒容系統以及常壓可視化氣體體積測量系統。但該裝置不能模擬實現煤巖體三維動靜態組合加卸載條件下變形破壞實驗，且存在裝置體積較大試驗不便，弧形玻璃觀察拍照等圖像容易變形等問題。

（2）申請號為201510055670.8的中國專利公開了一種恒容含瓦斯煤氣固耦合物理力學參數試驗裝置及方法，該發明設置可視化窗口通過高速相機對煤巖體軸向加卸載過程中變形破壞特征進行觀測。該高速相機僅能在可見光范圍內對試樣已經發生的破裂信息進行采集觀測，無法實現變形破壞前兆信息的采集，不能對煤巖破裂災害做出預測預警。

另一方面紅外熱成像技術具有非接觸、無損傷、實時性、費用低、效率高的優點，它可以通過遠距離觀測試件表面溫度信號，實現對煤巖體破壞失穩的預測預報。許多專家學者陸續建立了室內熱紅外輻射觀測試驗系統，開展了大量對多種巖石以及煤等材料的變形紅外輻射的試驗，研究結果表明巖石在受力變形直至破壞過程中存在規律性的紅外輻射效應，巖石在變形破壞時存在紅外異常前兆。申請號為CN201810199495.3的中國專利公開了一種多場紅外輻射觀測裝置及方法，但該裝置僅能實現兩向受力條件下煤巖紅外輻射特性的研究，同時不能提供氣固耦合的實驗條件，進而無法實現煤與瓦斯突出機理的深入探究。

綜上，目前缺乏運用紅外觀測手段對煤巖氣固耦合動靜加卸載條件下煤巖裂紋萌生、發展直至破壞前兆信息進行研究的試驗裝置及實驗方法，無法實現煤與瓦斯突出機理和突出激發條件的深入探究。

發明內容

為克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種用于煤巖氣固耦合動靜加卸載紅外觀測的試驗裝置及方法。

為實現上述目的，提出一種用于煤巖氣固耦合動靜加卸載紅外觀測的試驗裝置，包括：箱體容器、頂板、空心鋼管下落軌道、壓板、多孔板、紅外觀測窗口、底座、氣源鋼瓶、減壓閥、總閥門、三通管、吸附解吸氣體壓力傳感器、吸附解吸氣體流量傳感器、閥門一、圍壓氣體壓力傳感器、圍壓氣體流量傳感器、閥門二、電磁閥、數據采集與控制系統及落錘；