[發明專利]一種液氮冷浸實時測溫和應變測量系統及其使用方法

在審

• 申請號: 202210090751.1
• 申請日: 2022-01-26
• 公開（公告）號: CN114544315A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 李學龍;高鑫;陳紹杰;劉淑敏;李震;鄒全樂;陳德友;方志;神文龍;尹大偉;孔彪;付建華;胡善超;汪鋒
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N1/42
• 分類號: G01N1/42;G01N3/60;G01D21/02
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 王曉鳳

本發明提供了一種液氮冷浸實時測溫和應變測量系統，包括液氮罐、培養箱、控制器、多路數據記錄儀、聲發射檢測儀和紅外掃描熱像儀，適用于研究煤巖體在液氮冷浸下的溫度傳遞演化規律和應變規律。通過對煤樣進行鉆孔、打磨、干燥、粘貼應變片和聲發射傳感器、打開控制器并測試系統、向培養箱中注入液氮并進行數據采集、結束液氮注入后，常溫環境下煤樣溫度與應變量的恢復特征記錄等步驟，可以對不同液氮冷浸次數條件下、不同尺寸的煤樣進行實時溫度監測，以及相同大小煤樣在不同液氮冷浸次數作用下的溫度場響應和裂隙演化特征，研究液氮冷浸對煤的破壞損傷機理。

技術領域

本發明涉及煤炭液氮冷浸領域，具體涉及一種液氮冷浸實時測溫和應變測量系統及其使用方法。

背景技術

在煤炭領域，隨著開采煤炭資源深度和開采強度的增加，瓦斯壓力和瓦斯儲量也隨之增加，而煤的滲透率逐漸降低，因此提高煤的滲透率是煤層氣開發和天然氣高效開采的主要挑戰。隨之而提出的液氮冷浸法利用液氮制冷原理，使煤樣裂隙增加，可以增加煤體滲透率。然而目前的方法并不能反映出在液氮注入，溫度下降時煤樣的應變情況，使得在實際應用研究時不易掌握煤樣應變的情況，從而做出正確的判斷。為了研究了解液氮冷浸次數、變質程度及煤樣尺寸對煤溫度分布和應變的影響，探討液氮冷浸對煤的破壞損傷機理，基于實際需求，本領域的技術人員致力于發明一種液氮冷浸實時測溫和應變測量系統。

中國專利申請CN109307558A公開了一種煤樣液氮溫度傳遞測試裝置以及測試方法。該方法即提供一種煤樣液氮溫度傳遞測試裝置，來研究在液氮不斷注入煤樣后煤樣溫度的變化規律。然而該方法僅提出了在液氮注入煤樣時如何測量煤樣溫度，監測煤樣溫度的變化規律，并沒有提出煤樣在液氮的不斷注入、溫度降低后的應變情況以及煤樣在液氮冷浸下的損傷情況，在實際應用中不能反映出煤樣隨著溫度的降低而發生的應變情況和損壞情況；且該方法提供的熱電偶測溫儀在超低溫環境下并不能精確快速地測量出溫度場的變化情況、反映出溫度場的分布情況；不能在實際應用中達到完美的效果。

因此現有技術需要一種能夠測量液氮注入煤樣時煤樣應變量變化情況的方法，來處理在液氮注入煤樣時無法掌握煤樣應變情況的問題，并且需要一種可以同時精準測量液氮冷浸時煤樣的溫度場分布、應變、裂隙場演化情況的測試系統，來提高實際應用的效率，提高對煤樣在液氮注入時溫度場分布、裂隙場演化和應變量變化的掌握程度。

發明內容

本發明的目的是研究煤巖體在凍融條件下的溫度場分布、應變、裂隙場演化情況，提供一種液氮冷浸實時測溫和應變測量系統及其使用方法。

為實現本發明的目的，采用如下技術方案：

一種液氮冷浸實時測溫和應變測量系統，其特征在于，包括液氮罐、培養箱、控制器、多路數據記錄儀、聲發射檢測儀和紅外掃描熱像儀；

所述控制器為計算機，計算機中安裝溫度實時記錄軟件和聲波分析軟件，計算機分別通過連接線連接多路數據記錄儀和聲發射檢測儀；

所述液氮罐通過液氮注入管連接培養箱，液氮出口處設置自動閥門，培養箱中放置煤樣，煤樣上放置聲發射傳感器，聲發射傳感器通過多路轉換線與前置放大器相連接，通過同軸電纜將前置放大器連接在聲發射檢測儀上，紅外掃描熱像儀通過轉換線連接在多路數據記錄儀上。

優選的，所述培養箱整體為透明體，經處理的正方形的煤樣放入培養箱內部，煤樣上表面的中心有一鉆孔，鉆孔延伸至煤樣的中下部，鉆孔處插入半導體式電阻測溫儀，聲發射傳感器放置于煤樣上表面的鉆孔的右側，煤樣的表面粘貼有應變片，每四個應變片組成一個多軸向45°應變花，也就是四軸向45°應變花。

優選的，煤樣的任意三個表面粘貼應變片，未粘貼應變片的一個表面與培養箱的前表面緊貼。

優選的，所述紅外掃描熱像儀放置于培養箱前表面的外部，其鏡頭對著培養箱緊貼煤樣的一面，鏡頭可以360°旋轉。紅外記錄儀是用來掃描和記錄煤樣表面溫度和應變演化，將數據傳輸給多路數據記錄儀。