一种煤体温度测量装置及测量方法
【专利摘要】本发明一种煤体温度测量装置及测量方法，适用于实验室进行含瓦斯煤吸附解吸及模拟突出过程煤体表面温度场的非接触式测量。由吸附罐体、锗单晶、紧固环及进、出气嘴组成，吸附罐体的材质为导热系数很低的高压非金属材料。该装置的难点在于保证锗单晶承受设计压力的同时保证罐体的气密性。该装置及方法可在不接触煤样的前提下对其内部的煤样表面温度场进行测量，对实验数据总结分析可得出含瓦斯煤吸附解吸及模拟突出过程温度变化规律，为应用红外热像技术进行煤矿井下工作面煤与瓦斯突出的非接触式预测预报提供实验数据参考，减少了对生产的影响，提高了温度测量的科学性与准确性，整套装置重量轻、体积小、加工安装方法简单，具有广泛的实用性。
【专利说明】一种煤体温度测量装置及测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种煤体温度测量装置及测量方法，适用于实验室应用红外热像技术 进行含瓦斯煤吸附解吸及模拟突出过程中的煤体表面温度测量。
【背景技术】
[0002] 煤与瓦斯突出机理的综合假说认为，突出是由地应力、瓦斯含量以及煤体的物理 力学性质这三个因素综合作用的结果。工作面区煤体的温度和以上因素都有关系。国内国 外突出实践表明，突出发生后煤体的温度有着明显的变化，其变化规律是当发生煤体压出 以及倾出现象时会出现其温度上升的现象，而当突出发生的时候，其温度则会出现降低现 象。因此可以利用对工作面煤体温度变化进行煤与瓦斯突出的预测预报。目前所进行的煤 体温度的研究均为如测量炮眼温度、钻孔温度等的接触式测量方式，严重影响着生产的正 常进行。因此，可试图利用实时先进动态的红外热像技术米对工作面煤体温度的变化进行 实时监测与定量描述。应用红外热像仪进行测量一方面可以进行连续实时监测，另一方面 为面测，克服了点测的不足。那么对所测量得到的温度数据进行趋势变化分析，并结合电磁 辐射、声发射等其他技术手段所监测得到的信息，即可判断当前工作面是否具有突出的可 能性。
【发明内容】
[0003] -.发明目的
[0004] 鉴于已有实验室测量手段均为接触式测量，存在明显的不足之处，本发明的目的 是提供一种新型的实验室测量含瓦斯煤吸附解吸及模拟突出过程中煤体表面的温度变化， 它应用红外热像仪对煤体表面进行非接触式、连续动态的测量，不仅与煤体之间互不干扰， 而且其精度也大大提高，为将来应用红外热像技术预测预报煤矿井下工作面煤与瓦斯突出 提供实验数据参考。
[0005] 二.技术方案
[0006] 本中请的测量装置与常用吸附罐的不同之处在于在该罐罐盖中央设计了一块红 外透过率很高的锗单晶，用于红外热像仪对罐内的煤样进行表面辐射温度场的测量。为尽 量减少解吸初期高压瓦斯膨胀吸热对煤体表面温度的影响，将锗单晶与瓦斯吸附罐的出气 嘴分别设置在罐体的两侧。其中吸附罐体的底部开挖一个直径为40_的开孔，将定做的红 外透过率高达97%的锗单晶镶嵌此处，具体固定方式为将锗单晶放入特制的紧固件内，并 将紧固件通过螺纹连接固定在吸附罐上，此处不仅对锗单晶耐压具有要求，对罐体的气密 性具有更高的要求。具体测量的步骤为：按照实验步骤将制备好的煤样装入吸附罐并抽真 空，然后充入设计压力的相关吸附气体（C0 2、CH4以及N2)。为使测量结果准确可靠，在对煤 样充瓦斯气体前先打开红外热像仪，并进行相关参数的设置。其中发射率设置为〇. 95,根 据实验当时的环境状况设置环境温度及湿度，并调整红外热像仪焦距使图像达到清晰最大 化，待其稳定后（红外热像仪预热30min后）同步进行充入吸附气体和红外热像测量，从而 可得到煤体瓦斯吸附过程煤体温度变化的红外录像视频，以便于进行温度变化规律的数据 分析处理。瓦斯吸附平衡后在保证红外热像仪充分预热稳定后进行煤体瓦斯解吸过程温度 变化测量。为降低罐内高压瓦斯气体膨胀对解吸过程温度变化的影响，红外热像仪与温度 测量系统均选择在罐内压力降至大气压时才开始进行煤体表面温度的测量，所测量的煤体 表面温度变化可近似认为是解吸过程中的温度变化。在红外热像仪工作的过程中，为减少 外界的干扰，一方面将实验室窗帘拉上以尽量减少太阳光线的干扰，另一方面也尽量减少 人员的走动。
[0007] 三.技术效果
[0008] 本发明涉及一种煤体温度测量装置及测量方法，适用于实验室应用红外热像技术 进行含瓦斯煤吸附解吸及模拟突出过程中的煤体表面温度测量。该装置在测量过程中无需 传感器与被测物体的直接接触，同时其所测量的为被测目标的温度场，其准确性大大增加， 提高了温度测量的科学性和准确性，该装置体积小、重量轻、安装操作方法简单、适合实验 室实验。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 附图1是本发明示意图。
【具体实施方式】
[0010] 下面将结合附图对本发明作进一步的描述：
[0011] 本中请的测量装置与常用吸附罐的不同之处在于在该罐罐盖中央设计了一块红 外透过率很高的锗单晶，用于红外热像仪对罐内的煤样进行表面辐射温度场的测量。具体 测量的步骤为：按照实验步骤将制备好的煤样装入吸附罐并抽真空，然后充入设计压力的 相关吸附气体（co 2、ch4以及N2)。为使测量结果准确可靠，在对煤样充瓦斯气体前先打开红 外热像仪，并进行相关参数的设置。其中发射率设置为〇. 95,根据实验当时的环境状况设置 环境温度及湿度，并调整红外热像仪焦距使图像达到清晰最大化，待其稳定后（红外热像 仪预热30min后）同步进行充入吸附气体利红外热像测量，从而可得到煤体瓦斯吸附过程 煤体温度变化的红外录像视频，以便于进行温度变化规律的数据分析处理。瓦斯吸附平衡 后在保证红外热像仪充分预热稳定后进行煤体瓦斯解吸过程温度变化测量。为降低罐内高 压瓦斯气体膨胀对解吸过程温度变化的影响，红外热像仪与温度测量系统均选择在罐内压 力降至大气压时才开始进行煤体表面温度的测量，所测量的煤体表面温度变化可近似认为 是解吸过程中的温度变化。在红外热像仪工作的过程中，为减少外界的干扰，一方面将实验 室窗帘拉上以尽量减少太阳光线的干扰，另一方面也尽量减少人员的走动。
【权利要求】
1. 一种煤体温度测量装置及测量方法，其特征在于：包括煤样瓦斯吸附罐体（8)、锗单 晶（6)、固定环（4)、进、出气嘴⑵和（3)，其中吸附罐体⑶底部开挖圆孔，其直径依据设 计压力大小与锗单晶（6)的承压能力确定，锗单晶（6)放置在固定环（4)中，并将同定环 (4)与吸附罐体进行螺纹连接，难点在于保持锗单晶抗设计压力的基础上整个罐体具有良 好的气密性。
2. 根据权利要求1所述的一种煤体温度测量装置及测量方法，其特征在于：煤样瓦斯 吸附罐体（8)为导热系数很低的高压非金属材料制成，其底部中心掏孔应用固定环嵌入红 外透过率高达97%的锗单晶（6)，锗单晶（6)的厚度与直径依据初始设计压力大小确定。
【文档编号】G01J5/00GK104111116SQ201310141301
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年4月22日 优先权日:2013年4月22日
【发明者】刘纪坤, 李成武, 王翠霞 申请人:西安科技大学