本发明涉及煤炭开采技术领域，具体涉及一种多场红外辐射观测装置及方法。
背景技术：
岩石的损伤破裂与渗透性演化是岩石力学与工程领域的主要学术命题之一，也是矿产资源开采等岩石工程中的共性基础问题。近年来，传统煤炭开采引起的水资源流失弊端已受到愈来愈大的环境保护压力与社会舆论压力，其中备受关注的保水采煤，亟需从过去以岩体变形和裂隙发育控制为主的内容，发展到对采动岩体损伤和渗透性进行控制的高度。若出现损伤和渗透性的量化评价不准确或错误判断等问题，将会导致矿区水资源流失，甚至会引发矿井突水和矿区生态环境劣化等不可估量的恶果。这对采动煤岩体损伤和渗透性演化基础理论与应用研究提出了新挑战。
另一方面煤岩在损伤破裂过程中表面红外辐射信息会发生变化。红外辐射作为一种新的监测技术，已被应用于预报岩石损伤和渗漏水过程，乃至作为地震、滑坡等自然灾害和矿井突水等矿山灾害预测的手段之一，因此，煤岩损伤损伤演化的红外辐射响应机理及渗透性表征方法研究，在保水采煤乃至现代岩石力学与工程领域中将具有很大的发展潜力。
地下煤岩在受到开采扰动之前是处于三向受力的状态，但现有煤岩体红外辐射观测实验装置多是针对单轴加载条件下进行的，且现有的红外观测实验装置无法实现对试样渗透率和红外辐射信息的同步观测。而采动卸荷煤岩损伤演化过程中，煤岩表面红外辐射对其内部渗透性演变有独特的响应模式，因此有必要研发一套实验装置对煤岩体的损伤和渗透性协同演化规律及其红外辐射表征进行研究。
技术实现要素：
解决的技术问题：针对现有的红外辐射观测装置不能模拟煤岩体的三向受力状态，且不能实现渗透率和红外辐射的同步观测等问题，提出了一种多场红外辐射观测装置，可以实现对试样的双向加载和三向约束，而且能够同步对加(卸)载过程中试样的应力应变、渗透率、声发射和红外辐射等多物理量进行实时采集，为研究采动煤岩体损伤与渗透性演化规律以及红外辐射表征提供基础数据。
技术方案：一种多场红外辐射观测装置，包括：
箱体，箱体底部装有集水盘，顶部敞开，左侧面设有预留孔，前面设有红外观测窗，红外观测窗通过密封块封闭；
侧向加载装置，包括侧向油缸、侧向压头、左侧固定块、右侧固定块、压力传感器、位移传感器和位移传感器移动支架，侧向油缸通过预留孔与侧向压头相连，侧向压头与左侧固定块通过螺栓连接，压力传感器安装在箱体右侧钢板上，右侧固定块与压力传感器通过螺栓连接，左侧固定块和右侧固定块形成对试样的侧向约束，左侧固定块和右侧固定块上还装有声发射探头，位移传感器设置在侧向油缸上，位移传感器移动支架安装在左侧固定块上；
轴向加载装置，包括轴向压头和底部垫块，轴向压头和底部垫块对试样形成轴向约束，轴向压头设有流体通道，底部垫块设有漏水孔；
前后约束装置，包括红外观测窗密封块和前、后侧固定块，红外观测窗密封块、前侧固定块和后侧固定块对试样形成前后约束；
侧向加载装置、轴向加载装置和前后约束装置在箱体内形成限定试样的容纳腔；
红外观测窗前设置红外热像仪，红外热像仪面向容纳腔。
进一步的，箱体由高强度钢板通过螺栓连接围成，集水盘与箱体底部通过螺栓固定连接。
进一步的，左侧固定块和右侧固定块设有用于安装声发射探头的孔槽，声发射探头通过声发射探头夹具安装在孔槽内。
进一步的，集水盘设有出水口。
一种多场红外辐射观测方法，包括以下步骤：
步骤一：组装实验装置，选择与试样尺寸相匹配的左侧固定块、右侧固定块、前侧固定块和后侧固定块，将声发射探头安装到左侧固定块和右侧固定块，固定好红外热像仪，将实验装置放到MTS万能试验机上并固定好，调试实验系统；
步骤二：采用聚乙烯薄膜对试样进行密封，在不影响渗透性测试的基础上确保可观测到试样(13)表面红外辐射信息，实现对试样渗透性测试和表面红外辐射信息的同步观测；
步骤三：将所述步骤二中的试样放置到箱体内并固定，移动轴向压头和侧向压头紧贴试样但不施加力，保证试样处于三向约束状态；
步骤四：对试样进行轴向和侧向双向加载，使试样处于原岩应力水平；
步骤五：保持试样处于原岩应力水平，拆除箱体红外观测窗密封块和前侧固定块，模拟煤岩体开挖过程；
步骤六：按照设计好的加(卸)载应力路径，对试样进行轴向和侧向双向加载；
步骤七：通过压力传感器、位移传感器、声发射探头和红外热像仪对试样进行数据采集；
步骤八：将渗流介质通过轴向压头内部的流体通道进入试样，测试并记录加(卸)载过程中试样的渗透率变化；
步骤九：分析实验过程中采集的的数据，研究采动煤岩卸荷损伤演化的红外辐射响应机理及其渗透性的表征。
有益效果：本发明相较于现有的红外辐射观测装置具有以下优点：1、可通过不同的加(卸)载组合方案模拟不同采动应力路径，能够对试样实现双向加载和三向约束并监测试样的应力应变；2、装置的轴向压头内设计有流体通道，能够对加(卸)载过程中试样的渗透性进行测试；3、装置的前侧钢板设计有红外观测窗，可利用密封块对其进行密封，当红外观测窗密封时可以对试样进行约束，密封块和前固定块都拆除后，可以模拟煤岩体的开挖，同时红外热像仪可以通过红外观测窗对试样加(卸)载过程中表面温度变化进行观测；4、在装置的左、右侧固定垫块内均安装有声发射探头，可对试样的破裂信息进行实时采集。本发明实现了对三轴加(卸)载实验中试样的应力应变、渗透性、声发射和红外辐射等多物理量的同步监测。
附图说明
图1为本发明箱体结构示意图；
图2为本发明正视图；
图3为本发明俯视图；
图4为本发明侧视图；
图5为固定块声发射探头结构示意图；
其中：1-箱体、2-侧向油缸、3-位移传感器、4-红外观测窗、5-轴向压头、6-侧向压头、 7-左侧固定块、8-位移传感器移动支架、9-右侧固定块、10-压力传感器、11-底部垫块、12- 集水盘、13-试样、14-声发射探头、15-流体通道、16-出水口、17-漏水孔、18-红外观测窗密封块、19-前侧固定块、20-后侧固定块、21-声发射探头夹具。
具体实施方式
所述多场红外辐射观测装置具体实施方式如下：
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如附图所示，一种多场红外辐射观测装置，其特征在于，包括：
箱体1，箱体1由高强度钢板通过螺栓连接围成，箱体1底部装有集水盘12，集水盘 12与箱体1底部通过螺栓固定连接，集水盘12设有出水口17，箱体顶部敞开，左侧面设有预留孔，前面设有红外观测窗4，红外观测窗4通过密封块18封闭；
侧向加载装置，包括侧向油缸2、侧向压头6、左侧固定块7、右侧固定块9、压力传感器10、位移传感器3和位移传感器移动支架8，侧向油缸2通过预留孔与侧向压头6相连，侧向压头6与左侧固定块7通过螺栓连接，压力传感器10安装在箱体1右侧钢板上，右侧固定块9与压力传感器10通过螺栓连接，左侧固定块7和右侧固定块9形成对试样13 两侧的侧向约束，左侧固定块7和右侧固定块9设有用于安装声发射探头14的孔槽，声发射探头14通过声发射探头夹具21安装在孔槽内，位移传感器3设置在侧向油缸2上，位移传感器移动支架8安装在左侧固定块7上；
轴向加载装置，包括轴向压头5和底部垫块11，轴向压头5设置在试样13上方，底部垫块11设置在试样13下方，共同对试样13形成上下方向的轴向约束，轴向压头5设有流体通道15，底部垫块11设有漏水孔17；
前后约束装置，包括红外观测窗密封块18、前侧固定块19和后侧固定块20，前侧固定块19设置在红外观测窗密封块18和试样13之间，前侧固定块19设置在试样13前方，后侧固定块20设置在试样13后方，共同对试样13形成前后方向约束；
侧向加载装置、轴向加载装置和前后约束装置在箱体1内形成限定试样13的容纳腔；
红外观测窗14前设置红外热像仪，红外热像仪面向容纳腔。
本发明的一种多场红外辐射观测方法，包括以下步骤：
步骤一：组装实验装置，选择与试样13尺寸相匹配的左侧固定块7、右侧固定块9、前侧固定块19和后侧固定块20，将声发射探头14安装到左侧固定块7和右侧固定块9，固定好红外热像仪，将实验装置放到MTS万能试验机上并固定好，调试实验系统；
步骤二：采用聚乙烯薄膜对试样13进行密封；
步骤三：将所述步骤二中的试样13放置到箱体1内并固定，移动轴向压头5和侧向压头6紧贴试样但不施加力，保证试样13处于三向约束状态；
步骤四：对试样13进行轴向和侧向双向加载，使试样13处于原岩应力水平；
步骤五：保持试样13处于原岩应力水平，拆除箱体1密封块18和前侧固定块19，模拟煤岩体开挖过程；
步骤六：按照设计好的加(卸)载应力路径，对试样13进行轴向和侧向双向加载；
步骤七：通过压力传感器、位移传感器、声发射探头和红外热像仪对试样13进行数据采集；
步骤八：将渗流介质通过轴向压头5内部的流体通道15进入试样13，测试并记录加(卸) 载过程中试样的渗透率变化；
步骤九：分析实验过程中采集的的数据，研究采动煤岩卸荷损伤演化的红外辐射响应机理及其渗透性的表征。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求所限定的保护范围为准。