[发明专利]一种含气煤岩加载破裂热效应观测装置及方法

说明书

本发明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及方法，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。该装置和方法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。

技术领域

本发明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及方法。

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。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供了一种含气煤岩加载破裂热效应观测装置及方法，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。

本发明包括以下技术方案：第一方面，本发明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。

优选地，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。

优选地，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。

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。

更进一步地，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，本发明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；