CN107782622A - 应力‑瓦斯耦合作用煤体损伤红外辐射测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应力‑瓦斯耦合作用煤体损伤红外辐射测试装置及方法,应力‑瓦斯耦合作用煤体损伤红外辐射测试装置包括应力‑气体耦合可视缸体、红外热像仪、工业相机、高压瓦斯气瓶、真空泵、压力采集仪和微控伺服压机。应力‑瓦斯耦合作用煤体损伤红外辐射测试方法通过利用应力‑瓦斯耦合煤体损伤红外辐射测试装置对煤体进行加载破坏测试,该方法能够准确的测试煤体在应力‑瓦斯耦合作用下破坏的红外辐射数据,为研究含瓦斯煤破坏的力学特征及红外辐射规律提供技术支持。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤体受载破坏过程中红外辐射测量的装置及方法。
背景技术
随着煤炭开采深度的延伸和开采强度的增加,煤与瓦斯突出、冲击地压等煤体动力灾害日趋严重,对煤矿的安全生产产生了极大的威胁。近年来,国内外专家学者对不同受载方式下煤体变形破裂过程进行了大量的测试和研究,发现煤体受载或变形破裂时会出现红外辐射现象,并在煤体破裂处形成红外高温带。深部开采中煤体处在瓦斯、应力耦合作用下,应力-瓦斯耦合条件下煤体的破坏过程与不含瓦斯条件下具有较大的差异,因此,该过程产生的红外辐射信息也会有独特的特征。通过测试研究清楚这些差异性,对利用红外法探测煤岩动力灾害危险具有重要的理论意义。为进一步研究煤体在不同瓦斯压力下受载破坏的红外辐射变化规律,迫切需要一种应力-瓦斯耦合作用煤体损伤红外辐射测试装置及方法为不同瓦斯压力条件下煤体受载破坏的红外辐射测试研究提供技术支持。
发明内容
发明目的:针对上述现有技术,提出一种应力-瓦斯耦合作用煤体损伤红外辐射测试装置及方法,用于研究煤体在不同瓦斯压力下受载破坏的红外辐射变化规律。
技术方案:一种应力-瓦斯耦合作用煤体损伤红外辐射测试装置,包括应力-瓦斯耦合可视缸体、红外热像仪、工业相机、高压瓦斯气瓶、真空泵、压力采集仪、微控伺服压机;所述红外热像仪布置在应力-瓦斯耦合可视缸体的红外可视窗口处;所述工业相机布置在应力-瓦斯耦合可视缸体的自然光可视窗口处;所述高压瓦斯气瓶通过减压阀、耐高压气体管路与应力-瓦斯耦合可视缸体的进气孔气体控制阀门相连;所述真空泵通过抽气管路与应力-瓦斯耦合可视缸体的出气孔气体控制阀门相连;所述压力采集仪与布置在应力-瓦斯耦合可视缸体测压孔处的气体压力传感器相连;所述微控伺服压机用于对应力-瓦斯耦合可视缸体内的煤体施加载荷。
进一步的,所述应力-瓦斯耦合可视缸体包括缸体盖和腔体,所述缸体盖上设有垂直穿过缸体盖中心并可往复运动的轴;所述腔体的侧壁上设有进气孔、出气孔、测压孔,以及所述红外可视窗口、自然光可视窗口;其中,进气孔和出气孔对称分布在腔体侧壁底部,测压孔分布在腔体侧壁中部以上位置;以所述进气孔和出气孔连线的中垂面为对称面,所述红外可视窗口和自然光可视窗口相邻对称设置在腔体侧壁中间高度位置;红外可视窗口和自然光可视窗口的圆心法线与腔体底面圆心的法线相交于一点;所述缸体盖和腔体通过螺栓连接。
进一步的,所述应力-瓦斯耦合可视缸体的红外可视窗口处安装有可透射红外辐射的红外玻璃。
进一步的,所述应力-瓦斯耦合可视缸体的自然光可视窗口处安装有透明钢化玻璃。
进一步的,所述应力-瓦斯耦合可视缸体的缸体盖和腔体之间,以及所述轴和缸体盖之间都设有密封橡胶圈。
进一步的,所述的抽气管路连接有真空表。
一种装置的应力-瓦斯耦合作用煤体损伤红外辐射测试方法,包括以下步骤:
第一步:组装应力-瓦斯耦合作用煤体损伤红外辐射测试装置,并进行调试;
第二步:首先将煤体放入应力-瓦斯耦合可视缸体中,用螺栓连接缸体盖和腔体;然后运行红外热像仪、工业相机和压力采集仪;再打开出气孔气体控制阀门,关闭进气孔气体控制阀门,打开真空泵,使真空泵通过抽气管路对应力-瓦斯耦合可视缸体进行抽真空12h;
第三步:抽真空完成后,首先关闭出气孔气体控制阀门,关闭真空泵;然后打开高压瓦斯气瓶,调节减压阀使高压瓦斯气瓶输出恒压气体,气压在0~3.0MPa之间可调;再打开进气孔气体控制阀门,使恒压气体通过高压气体管路输入应力-瓦斯耦合可视缸体中,并保持缸体恒压12h;
第四步:恒压完成后,首先关闭进气孔气体控制阀门,关闭高压瓦斯气瓶;然后打开微控伺服压机对应力-瓦斯耦合可视缸体的轴施加轴向载荷,加载速度控制在50N/s~100N/s,直至煤体卸载破坏;
第五步:煤体卸载破坏后,停止微控伺服压机,保存载荷数据、红外热像数据、煤体破坏图像、腔体瓦斯压力数据,关闭红外热像仪、工业相机和压力采集仪,打开出气孔气体控制阀门排放应力-瓦斯耦合可视缸体内的残余瓦斯,清理应力-瓦斯耦合可视缸体内的破碎煤体;
第六步:将轴向载荷、瓦斯压力数据、红外温度做成曲线图,与煤体应力-瓦斯耦合破坏的红外热像、煤体破坏图像进行对比分析。
有益效果:本发明的应力-瓦斯耦合作用煤体损伤红外辐射测试装置包括应力-气体耦合可视缸体、红外热像仪、工业相机、高压瓦斯气瓶、真空泵、压力采集仪和微控伺服压机;应力-瓦斯耦合作用煤体损伤红外辐射测试方法通过利用应力-瓦斯耦合煤体损伤红外辐射测试装置对煤体进行加载破坏测试,该方法能够准确的测试煤体在应力-瓦斯耦合作用下破坏的红外辐射数据,为研究含瓦斯煤破坏的力学特征及红外辐射规律提供技术支持。
附图说明
图1为应力-瓦斯耦合作用煤体损伤红外辐射测试装置示意图;
图2为应力-瓦斯耦合可视缸体纵向剖视图;
图3为应力-瓦斯耦合可视缸体横向剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示,一种应力-瓦斯耦合作用煤体损伤红外辐射测试装置,包括应力-瓦斯耦合可视缸体1、红外热像仪2、工业相机3、高压瓦斯气瓶4、真空泵5、压力采集仪6、微控伺服压机7。红外热像仪2布置在应力-瓦斯耦合可视缸体1的红外可视窗口8处;工业相机3布置在应力-瓦斯耦合可视缸体1的自然光可视窗口9处。高压瓦斯气瓶4通过减压阀10、耐高压气体管路11与应力-瓦斯耦合可视缸体1的进气孔气体控制阀门12相连。真空泵5通过抽气管路13与应力-瓦斯耦合可视缸体1的出气孔气体控制阀门14相连,抽气管路13连接有真空表25。压力采集仪6与布置在应力-瓦斯耦合可视缸体1测压孔15处的气体压力传感器16相连。微控伺服压机7用于对应力-瓦斯耦合可视缸体1内的煤体施加载荷。其中,耐高压气体管路11为可承受高压的钢制气管,抽气管路13为塑料材质气管。
如图2所示,应力-瓦斯耦合可视缸体1包括缸体盖18和腔体19,缸体盖18上设有垂直穿过缸体盖中心并可往复运动的轴17。腔体19的侧壁上设有左右对称的进气孔20、出气孔21,进气孔20和出气孔21对称分布在腔体侧壁底部;测压孔15分布在腔体侧壁中部以上位置。以进气孔20和出气孔21连线的中垂面为对称面,红外可视窗口8和自然光可视窗口9相邻对称设置在腔体侧壁中间高度位置。红外可视窗口8和自然光可视窗口9的圆心法线与腔体底面圆心的法线相交于一点,以便二者均能够观测到煤样表面。缸体盖18和腔体19通过螺栓连接。应力-瓦斯耦合可视缸体1的缸体盖18和腔体19之间,以及轴17和缸体盖18之间都设有密封橡胶圈24。
如图3所示,应力-瓦斯耦合可视缸体1的红外可视窗口8处安装有可透射红外辐射的红外玻璃22。应力-瓦斯耦合可视缸体1的自然光可视窗口9处安装有透明钢化玻璃23。
应力-瓦斯耦合作用煤体损伤红外辐射测试方法,包括以下步骤:
第一步:组装应力-瓦斯耦合作用煤体损伤红外辐射测试装置,并进行调试。
第二步:首先将煤体放入应力-瓦斯耦合可视缸体1中,用螺栓连接缸体盖18和腔体19;然后运行红外热像仪2、工业相机3和压力采集仪6;再打开出气孔气体控制阀门14,关闭进气孔气体控制阀门12,打开真空泵5,使真空泵5通过抽气管路13对应力-瓦斯耦合可视缸体1进行抽真空12h。
第三步:抽真空完成后,首先关闭出气孔气体控制阀门14,关闭真空泵5;然后打开高压瓦斯气瓶4,调节减压阀10使高压瓦斯气瓶4输出恒压气体,气压在0~3.0MPa之间可调;再打开进气孔气体控制阀门12,使恒压气体通过高压气体管路11输入应力-瓦斯耦合可视缸体1中,并保持缸体恒压12h。
第四步:恒压完成后,首先关闭进气孔气体控制阀门12,关闭高压瓦斯气瓶4;然后打开微控伺服压机7对应力-瓦斯耦合可视缸体1的轴17施加轴向载荷,加载速度控制在50N/s~100N/s,直至煤体卸载破坏。
第五步:煤体卸载破坏后,停止微控伺服压机7,保存载荷数据、红外热像数据、煤体破坏图像、腔体瓦斯压力数据,关闭红外热像仪2、工业相机3和压力采集仪6,打开出气孔气体控制阀门14排放应力-瓦斯耦合可视缸体1内的残余瓦斯,清理应力-瓦斯耦合可视缸体1内的破碎煤体。
第六步:将轴向载荷、瓦斯压力数据、红外温度做成曲线图,与煤体应力-瓦斯耦合破坏的红外热像、煤体破坏图像进行对比分析。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.应力-瓦斯耦合作用煤体损伤红外辐射测试装置,其特征在于:包括应力-瓦斯耦合可视缸体(1)、红外热像仪(2)、工业相机(3)、高压瓦斯气瓶(4)、真空泵(5)、压力采集仪(6)、微控伺服压机(7);所述红外热像仪(2)布置在应力-瓦斯耦合可视缸体(1)的红外可视窗口(8)处;所述工业相机(3)布置在应力-瓦斯耦合可视缸体(1)的自然光可视窗口(9)处;所述高压瓦斯气瓶(4)通过减压阀(10)、耐高压气体管路(11)与应力-瓦斯耦合可视缸体(1)的进气孔气体控制阀门(12)相连;所述真空泵(5)通过抽气管路(13)与应力-瓦斯耦合可视缸体(1)的出气孔气体控制阀门(14)相连;所述压力采集仪(6)与布置在应力-瓦斯耦合可视缸体(1)测压孔(15)处的气体压力传感器(16)相连;所述微控伺服压机(7)用于对应力-瓦斯耦合可视缸体(1)内的煤体施加载荷。
2.根据权利要求1所述的应力-瓦斯耦合作用煤体损伤红外辐射测试装置,其特征在于,所述应力-瓦斯耦合可视缸体(1)包括缸体盖(18)和腔体(19),所述缸体盖(18)上设有垂直穿过缸体盖中心并可往复运动的轴(17);所述腔体(19)的侧壁上设有进气孔(20)、出气孔(21)、测压孔(15),以及所述红外可视窗口(8)、自然光可视窗口(9);其中,进气孔(20)和出气孔(21)对称分布在腔体侧壁底部,测压孔(15)分布在腔体侧壁中部以上位置;以所述进气孔(20)和出气孔(21)连线的中垂面为对称面,所述红外可视窗口(8)和自然光可视窗口(9)相邻对称设置在腔体侧壁中间高度位置;红外可视窗口(8)和自然光可视窗口(9)的圆心法线与腔体底面圆心的法线相交于一点;所述缸体盖(18)和腔体(19)通过螺栓连接。
3.根据权利要求1所述的应力-瓦斯耦合作用煤体损伤红外辐射测试装置,其特征在于,所述应力-瓦斯耦合可视缸体(1)的红外可视窗口(8)处安装有可透射红外辐射的红外玻璃(22)。
4.根据权利要求1所述的应力-瓦斯耦合作用煤体损伤红外辐射测试装置,其特征在于,所述应力-瓦斯耦合可视缸体(1)的自然光可视窗口(9)处安装有透明钢化玻璃(23)。
5.根据权利要求2所述的应力-瓦斯耦合作用煤体损伤红外辐射测试装置,其特征在于,所述应力-瓦斯耦合可视缸体(1)的缸体盖(18)和腔体(19)之间,以及所述轴(17)和缸体盖(18)之间都设有密封橡胶圈(24)。
6.根据权利要求1所述的应力-瓦斯耦合作用煤体损伤红外辐射测试装置,其特征在于,所述的抽气管路(13)连接有真空表(25)。
7.根据权利要求1所述装置的应力-瓦斯耦合作用煤体损伤红外辐射测试方法,其特征在于,包括以下步骤:
第一步:组装应力-瓦斯耦合作用煤体损伤红外辐射测试装置,并进行调试;
第二步:首先将煤体放入应力-瓦斯耦合可视缸体(1)中,用螺栓连接缸体盖(18)和腔体(19);然后运行红外热像仪(2)、工业相机(3)和压力采集仪(6);再打开出气孔气体控制阀门(14),关闭进气孔气体控制阀门(12),打开真空泵(5),使真空泵(5)通过抽气管路(13)对应力-瓦斯耦合可视缸体(1)进行抽真空12h;
第三步:抽真空完成后,首先关闭出气孔气体控制阀门(14),关闭真空泵(5);然后打开高压瓦斯气瓶(4),调节减压阀(10)使高压瓦斯气瓶(4)输出恒压气体,气压在0~3.0MPa之间可调;再打开进气孔气体控制阀门(12),使恒压气体通过高压气体管路(11)输入应力-瓦斯耦合可视缸体(1)中,并保持缸体恒压12h;
第四步:恒压完成后,首先关闭进气孔气体控制阀门(12),关闭高压瓦斯气瓶(4);然后打开微控伺服压机(7)对应力-瓦斯耦合可视缸体(1)的轴(17)施加轴向载荷,加载速度控制在50N/s~100N/s,直至煤体卸载破坏;
第五步:煤体卸载破坏后,停止微控伺服压机(7),保存载荷数据、红外热像数据、煤体破坏图像、腔体瓦斯压力数据,关闭红外热像仪(2)、工业相机(3)和压力采集仪(6),打开出气孔气体控制阀门(14)排放应力-瓦斯耦合可视缸体(1)内的残余瓦斯,清理应力-瓦斯耦合可视缸体(1)内的破碎煤体;
第六步:将轴向载荷、瓦斯压力数据、红外温度做成曲线图,与煤体应力-瓦斯耦合破坏的红外热像、煤体破坏图像进行对比分析。
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PB01 | Publication | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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