[发明专利]一种液氮冻融煤体全过程声发射监测实验系统

说明书

本发明公开一种液氮冻融煤体全过程声发射监测实验系统，包括液氮冻融箱、实验台、数据接收器和智能控制终端，液氮冻融箱放置在实验台上，液氮冻融箱内部设有载物台和液位监测器，煤样放置在铁丝网上；液位监测器通过液位连接线与数据接收器连接，数据接收器连接智能控制终端；液氮冻融箱的前后左右均设置有螺纹波导杆；6个螺纹波导杆的内部端面与煤样粘合，外部端面连接声发射传感器；液氮冻融箱的上方设有进液电磁阀，进液电磁阀下方通过进液软管外连液氮罐；液氮冻融箱的顶部设有冻融箱密封盖。本发明可精确控制加液、利用液位计进行自动控制或可视化控制，通过多通道声发射系统可实现液氮冻融煤样内部裂纹的扩展和演化全过程的实时监测。

技术领域

本发明涉及液氮冻融煤体实验技术领域，特别是涉及一种液氮冻融煤体全过程声发射监测实验系统。

背景技术

我国煤炭资源丰富，煤层中赋存大量煤层气。随着开采深度的增加，煤层渗透率降低，瓦斯抽采效果差，这对我国煤层气的开采提出了巨大的技术挑战。在过去的几十年中工程技术人员进行了多种技术尝试，如水力压裂技术，无水压裂技术。但是，这些技术仍然存在一些局限性。在水力压裂过程中，不仅会消耗大量的水，并且由于水的作用，粘土矿物的膨胀会阻塞渗流通道。在高压气体压裂过程中，压裂形成的裂缝很短(仅几米)，没有使用支撑剂，压裂后裂缝的封闭对渗透率的影响很小，使得瓦斯抽采率低，瓦斯治理效果不理想。液氮具有温度低(-195.8℃)、无污染、制备简单及原料来源广泛等特点，在提高煤层的渗透性过程中可作为一种高效的压裂液，有较好的应用前景。

在液氮冻融煤体过程中，煤体在液氮极低的温度作用下，其内部结构会发生破坏，导致裂隙发育或新生裂隙的产生，煤体内裂隙发育的和新生裂隙产生时能量快速释放产生声发射信号。声发射可以连续、实时监测煤体冻融损伤过程中煤体内部裂隙的产生和发育，并实现对煤体损伤破坏位置的空间定位，是一种较为先进的实验方法。但现有的实验条件下对液氮冻融煤体全过程发射监测及定位方法还存在一定的不足之处，主要体现为：

以往的液氮冻融实验煤样需要全部浸没在液氮里，常规的反应釜敞口与空气直接接触，液氮消耗过快，需要不停的往反应釜里加液氮，只能通过肉眼观察液面情况，由于加液时因液氮气化产生白雾，需等待雾气淡化，再进行加液，造成加液时间变长，不仅费时费力，还会造成液氮浪费。在实验人员添液过程中，需要接触液氮，会存在超低温风险。另外，由于液氮极低的温度常规的声发射传感器在液氮超低温作用下会发生变形，灵密度降低导致其无法直接和煤样接触进行正常测量，目前，对液氮冻融煤体全过程的声发射监测实验研究以及相关设备的研发还未有报道。因此，有必要提出一个智能精准控制液氮加注，液氮冻融全过程声发射监测的实验系统，以满足上述技术要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种液氮冻融煤体全过程声发射监测实验系统，以解决上述现有技术存在的问题，液氮加注智能精准调控，自动化程度高，操作简单，经济高效，安全性能高的液氮冻融煤体裂隙扩展测量的实验系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种液氮冻融煤体全过程声发射监测实验系统，包括液氮冻融箱、实验台、数据接收器和智能控制终端，

所述液氮冻融箱放置在所述实验台上，所述实验台下方设有排液电磁阀，液氮冻融箱与排液电磁阀通过排液孔连接，排液孔贯穿实验台，所述排液电磁阀的正下方设有废液槽；

所述液氮冻融箱内部设有载物台和液位监测器，高度可调的载物台顶部设有铁丝网，煤样放置在所述铁丝网上；所述液位监测器通过液位连接线与所述数据接收器连接，数据接收器连接智能控制终端；

所述液氮冻融箱的前后侧面各水平设置一个螺纹波导杆，螺纹波导杆位于箱体前后侧面中心处，液氮冻融箱左右两侧各对称设置2个螺纹波导杆；6个螺纹波导杆均可相对于液氮冻融箱进行移动；6个螺纹波导杆的内部端面通过超低温密封胶与待测试的煤样粘合，外部端面连接声发射传感器；