一种含气煤岩加载破裂热效应观测装置的制作方法

本实用新型涉及煤岩实验室观测技术领域，具体涉及一种含气煤岩加载破裂热效应观测装置。

背景技术：

煤炭开采过程中，随着开采深度的延伸，一系列的矿井灾害问题进一步显现。井下围岩应力增高，冲击地压灾害逐步暴露，煤与瓦斯突出等动力现象也随深度增加愈加严重，尤其是冲击地压、煤与瓦斯突出共同作用下的复杂矿井动力灾害，严重威胁矿井安全生产。目前，实验室中不能采用热红外效应来测试含气试件加载破裂过程。

技术实现要素：

本实用新型为了解决上述技术问题，提供一种含气煤岩加载破裂热效应观测装置，能够在实验室中采用热红外效应来测试含气试件加载破裂过程。

本实用新型包括以下技术方案：本实用新型提供了一种含气煤岩加载破裂热效应观测装置，包括加载机、观测密封罐、监测系统、气路加热系统和充气系统，所述观测密封罐包括罐体，所述罐体内设有煤岩试件，所述加载机用于对观测密封罐内的煤岩试件加载压力；所述罐体上设有供监测系统观测红外辐射特征和裂隙变换的观测口；所述充气系统用于向所述观测密封罐内充瓦斯或混合气体；所述气路加热系统用于对充气系统所充气体进行加热。

进一步地，所述加载机用于根据实验条件加载压力、速率及加载时间，所述加载机位于所述观测密封罐的上方；所述加载机采用taw-2000岩石三轴剪切复合疲劳试验机。

进一步地，所述观测密封罐的所述罐体内设有用于放置煤岩试件的试件平台，所述罐体顶部穿设有移动活塞，所述加载系统通过所述移动活塞施加压力于试件平台上的煤岩试件。

进一步地，所述罐体一侧设有红外辐射观测口和裂隙观测口，所述红外辐射观测口和裂隙观测口分别面向罐体内部的煤岩试件。

进一步地，所述裂隙观测口内侧设有钢化玻璃；所述罐体上连接有调节管，所述红外辐射观测口设于所述调节管的端部，所述红外辐射观测口内侧设有锗单晶片。

进一步地，所述监测系统包括红外热像仪、高清摄像机和计算机，所述红外热像仪的镜头正对着所述红外辐射观测口，所述高清摄像机正对着所述裂隙观测口，所述红外热像仪、高清摄像机分别与所述计算机连接。

更进一步地，所述充气系统包括多个充气罐、气体混合罐和储气罐，所述气体混合罐包括进气口和出气口，所述多个充气罐分别通过第一管路与所述气体混合罐的进气口连接，所述气体混合罐的出气口通过第二管路与所述储气罐的进气口连接，所述储气罐的出气口通过第三管路与所述观测密封罐的内部连通。

进一步地，所述气路加热系统为恒温水浴槽，所述第三管路穿过所述恒温水浴槽与所述观测密封罐连通。

进一步地，所述第三管路穿过所述恒温水浴槽的一侧设有三通阀，所述三通阀连接有真空气泵，所述三通阀与所述观测密封罐之间的第三管路上设有压力表。

优选地，所述罐体顶部设有开口，所述开口处由盖板密封，所述盖板通过螺栓与所述罐体连接；所述盖板与所述罐体之间设有密封胶圈。

另一方面，本实用新型提供了一种采用上述的含气煤岩加载破裂热效应观测装置的方法，包括如下步骤：

(1)按要求选择待加工的煤岩试件；

(2)将待加工的煤岩试件放入到观测密封罐内后密封罐体；其中，所述观测密封罐包括罐体，所述罐体上设有观测红外辐射特征和裂隙变换的观测口，分别为红外辐射观测口和裂隙观测口，所述红外辐射观测口和裂隙观测口分别面向罐体内部的煤岩试件；

(3)将观测密封罐体抽真空；

(4)向观测密封罐内充瓦斯或混合气体，充气压力选择0.5mpa、0.75mpa、1.0mpa、1.5mpa中的一种，保压吸附48以上，使煤岩试件充分吸附，达到平衡状态；

(5)启动加载机和监测系统，监测煤岩试件加载过程中裂隙变化、破裂红外热辐射等参数；其中，监测系统包括红外热像仪、高清摄像机和计算机，所述红外热像仪的镜头正对着所述红外辐射观测口，所述高清摄像机正对着所述裂隙观测口，所述红外热像仪、高清摄像机分别与所述计算机连接。

进一步地，所述步骤(3)对观测密封罐体抽真空之前还包括如下步骤：检测观测密封罐的气密性，先打开充气阀门，向观测密封罐内充氮气或压缩空气，观察检测观测密封罐内部压力的压力表，压力保持0.5mpa，关闭充气阀门，如果60min内压力表e下降小于0.01mpa，视为密封良好。

采用上述技术方案，包括以下有益效果：本实用新型所提供的含气煤岩加载破裂热效应观测装置，可使煤岩试件在一定气体压力下充分吸附并保持一定气压，利用加载装置，单轴加载，加载压力可根据赋存深度和围岩应力决定，解决了目前实验室中不能测试含气试件加载破裂过程热红外效应问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例所提供含气煤岩加载破裂热效应观测装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所提供观测密封罐的结构示意图；

图3为图2中b-b方向的示意图；

图4为本实用新型实施例所提供观测密封罐的俯视图；

图5为图4中c-c方向的示意图。

图中，

1、加载机；2、观测密封罐；2.1、罐体；2.2、活塞；2.3、调节管；2.4、红外辐射观测口；2.5、裂隙观测口；2.6、盖板；2.7、钢化玻璃；2.8、试件平台；2.9、锗单晶片；3、红外热像仪；4、高清摄像机；5、计算机；6、充气罐；7、第一管路；8、气体混合罐；9、第二管路；10、储气罐；11、第三管路；12、恒温水浴槽；13、三通阀；14、真空气泵；15、压力表；16、煤岩试件。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本实用新型及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本实用新型中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。

下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。

实施例1：

本实用新型提供了一种含气煤岩加载破裂热效应观测装置，参阅图，包括加载机1、观测密封罐2、监测系统、气路加热系统和充气系统，所述观测密封罐包括罐体2.1，所述罐体内设有煤岩试件16，所述观测密封罐2的所述罐体2.1内设有用于放置煤岩试件的试件平台2.8；所述加载机1用于对观测密封罐内的煤岩试件16加载压力，所述加载机用于根据实验条件加载压力、速率及加载时间，所述加载机位于所述观测密封罐的上方，所述罐体顶部穿设有移动活塞，所述加载系统通过所述移动活塞施加压力于试件平台上的煤岩试件。优选地，所述加载机采用taw-2000岩石三轴剪切复合疲劳试验机。

所述罐体上设有供监测系统观测红外辐射特征和裂隙变换的观测口，优选地，所述罐体一侧设有红外辐射观测口2.4和裂隙观测口2.5，所述红外辐射观测口2.4和裂隙观测口2.5分别面向罐体2.1内部的煤岩试件16。

所述充气系统用于向所述观测密封罐内充瓦斯或混合气体；所述气路加热系统用于对充气系统所充气体进行加热。进一步地，所述裂隙观测口2.5内侧设有钢化玻璃2.7；所述罐体上连接有调节管2.3，所述红外辐射观测口2.4设于所述调节管2.3的端部，所述红外辐射观测口2.4内侧设有锗单晶片2.9。

本实施例中，所述监测系统包括红外热像仪3、高清摄像机4和计算机5，所述红外热像仪3的镜头正对着所述红外辐射观测口2.4，所述高清摄像机4正对着所述裂隙观测口2.5，所述红外热像仪3、高清摄像机4分别与所述计算机5连接。通过红外热像仪3和高清摄像机4监测煤岩试件16加载过程中破裂红外热辐射以及裂隙变化，并将所采集到的信息传输至计算机，供计算机处理后获得相关参数和图像。

进一步地，所述充气系统包括多个充气罐6、气体混合罐8和储气罐10，所述气体混合罐8包括进气口和出气口，所述多个充气罐6分别通过第一管路7与所述气体混合罐8的进气口连接，所述气体混合罐8的出气口通过第二管路9与所述储气罐10的进气口连接，所述储气罐10的出气口通过第三管路11与所述观测密封罐2的内部连通。

更进一步地，所述气路加热系统为恒温水浴槽12，所述第三管路11穿过所述恒温水浴槽与所述观测密封罐连通。为了使观测密封罐内温度尽量接近煤岩试件内部温度，采用恒温水浴槽，管路中流通气体经过水浴槽加热，使温度恒定，一般40℃，±2℃。

进一步地，所述第三管路11穿过所述恒温水浴槽13的一侧设有三通阀13，所述三通阀连接有真空气泵14，所述三通阀与所述观测密封罐之间的第三管路上设有压力表15。

优选地，所述罐体顶部设有开口，所述开口处由盖板密封，所述盖板2.6通过螺栓与所述罐体连接；为了避免观测密封罐漏气，所述盖板与所述罐体之间设有密封胶圈。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种采用上述的含气煤岩加载破裂热效应观测装置的方法，包括如下步骤：

(1)按要求选择待加工的煤岩试件；一般采用φ50×100mm原煤或型煤试件，型煤按不同粒径比例进行压制；

(2)将待加工的煤岩试件放入到观测密封罐内后密封罐体；其中，所述观测密封罐包括罐体，所述罐体上设有观测红外辐射特征和裂隙变换的观测口，分别为红外辐射观测口和裂隙观测口，所述红外辐射观测口和裂隙观测口分别面向罐体内部的煤岩试件；

(3)检测观测密封罐的气密性，先打开充气阀门，即三通阀，向观测密封罐内充氮气或压缩空气，观察检测观测密封罐内部压力的压力表，压力保持0.5mpa，关闭充气阀门，如果60min内压力表e下降小于0.01mpa，视为密封良好。本实施例中，压力表设于所述三通阀与所述观测密封罐之间的第三管路上；

(4)将观测密封罐体抽真空：

启动真空气泵，使三通阀处于排气状态，抽真空1～2小时，排放密封罐i内气体。

(5)向观测密封罐内充瓦斯或混合气体，充气压力选择0.5mpa、0.75mpa、1.0mpa、1.5mpa中的一种，保压吸附48以上，使煤岩试件充分吸附，达到平衡状态；混合气体可以为氮气、二氧化碳、甲烷中任意两种或三种气体，根据实验预定条件，配比相应气体，可以单独充相应气体。

(6)启动加载机和监测系统，监测煤岩试件加载过程中裂隙变化、破裂红外热辐射等参数；其中，监测系统包括红外热像仪、高清摄像机和计算机，所述红外热像仪的镜头正对着所述红外辐射观测口，所述高清摄像机正对着所述裂隙观测口，所述红外热像仪、高清摄像机分别与所述计算机连接。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。