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CN103983513A - 一种采用红外辐射观测煤岩裂隙发育过程的装置及方法 - Google Patents

一种采用红外辐射观测煤岩裂隙发育过程的装置及方法 Download PDF

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CN103983513A CN201410220058.7A CN201410220058A CN103983513A CN 103983513 A CN103983513 A CN 103983513A CN 201410220058 A CN201410220058 A CN 201410220058A CN 103983513 A CN103983513 A CN 103983513A
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Abstract

一种采用红外辐射观测煤岩裂隙发育过程的装置及方法，适用于煤岩裂隙发育红外辐射监测试验。装置包括套合在一起的三节可伸缩箱体，可伸缩箱体的前端上设有与计算机相连的红外热像仪，后端上安装有挡光板，通过三节可伸缩箱体，能够自由调整煤岩试块和红外热像仪镜头的距离。将可伸缩箱体安装在岩石压力机上，对煤岩试块进行加载试验，减小了试验人员、太阳辐射、温度变化、空气流动和热源等对煤岩裂隙发育过程中红外辐射信息的影响，大幅提高了试验效率和试验数据的准确性，对煤岩体受载红外辐射监测实验具有重要意义。其结构和方法简单，测试效果好。

Description

一种采用红外辐射观测煤岩裂隙发育过程的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种采用红外辐射观测煤岩裂隙发育过程的装置及方法，属于遥感-岩石力学领域。
背景技术
近年来很多学者通过利用红外遥感技术对岩石受力破坏过程进行监测，对岩石受力破坏过程中的红外辐射温度特征进行了大量的研究，研究结果表明岩石在受力变形直至破坏过程中存在规律性的红外辐射效应，岩石在灾变破坏时存在红外异常前兆。
从20世纪90年代初开始，为研究岩石变形与温度变化的关系许多专家学者陆续建立了室内热红外观测试验系统，开展了对多种岩石以及煤等材料的变形热红外试验，引起了广泛的注意。但是，他们的观测结果有较大的离散性，有一些与传统理论相背离。例如，关于应力状态与温度变化的关系，被认为与具体岩石种类有关，有些是压缩升温，有些温度没有变化，有些甚至是压缩降温，关于临近失稳破坏前的温度变化幅度也不相同。造成这种离散现象的主要原因试验者没有采取恰当的措施尽可能减小环境因素和背景因素的影响。
红外热像仪接收到的辐射有一部分来自于大气路径上所处环境和背景反射的辐射。被测目标表面温度随时都会发生变化，它与所处的地理位置、季节、太阳辐射、天空辐射、气候变化、空气流动和有无热源等因素有关。同时目标表面不断的以辐射、对流和传导等形式和外界介质进行热交换。对目标温度的外界影响基本上可以归于环境因素和背景因素两方面来考虑。环境因素主要是自然环境对目标的影响，包括太阳直接辐射、天空辐射、地面背景辐射及其它辐射的反射、气温变化、风速、地理纬度和附近的地形地貌等。在地理纬度、目标的朝向及地形条件确定的条件下，主要影响因素是太阳辐射强度、气温变化和风速等。
发明内容
技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种简单合理、结构科学、安装方便、能有效地降低环境与背景因素影响、减小实验误差、大幅提高试验效率和数据准确性的减小煤岩裂隙发育红外辐射监测试验中误差的装置及方法。
技术方案：本发明的一种采用红外辐射观测煤岩裂隙发育过程的装置，包括红外热像仪、计算机，还包括套合在一起的三节可伸缩箱体。该箱体相邻的两节箱体相互滑动的极限位置处设有防滑落堵头；第一节箱体、第二节箱体均由四块相同的长方形隔热板组成；第三节箱体由四块相同的长方形隔热板及一块封住端口的方形隔热板组成；所述的方形隔热板上开一个监测口，监测口内设有红外热像仪，红外热像仪的红外热像仪镜头面向煤岩试块，通过三节可伸缩箱体的相互滑动改变红外热像仪与煤岩试块的距离；红外热像仪经导线与计算机相连；第一节箱体的后端面安装有挡光板，挡光板由隔热板做成并且通过合页与第一节箱体侧板连接在一起；所述第一节箱体的上部隔热板上开有一个可使岩石压力机顶杆穿过的圆孔，第一节箱体的下部隔热板上有一个可使岩石压力机工作台穿过的U形槽，U形槽的圆弧与圆孔同心。
所述的圆孔周围设有一个橡胶套，橡胶套的一端通过胶水粘在第一节箱体上，另一端套在岩石压力机顶杆上。
所述的隔热板为厚度为5mm的木板和附着在木板上的铝箔层构成。
使用上述装置的采用红外辐射观测煤岩裂隙发育过程的方法，包括以下步骤：
a.取下岩石压力机顶杆上的销子，把岩石压力机压板卸掉并升高岩石压力机顶杆，高度以能放下可伸缩箱体为宜，将可伸缩箱体设有挡光板的一端放在岩石压力机的立柱之间，打开挡光板，使U形槽卡紧岩石压力机的工作台支撑柱；
b.放平可伸缩箱体，降低岩石压力机顶杆，使顶杆穿过第一节箱体上部隔热板上的圆孔，将橡胶套的一端套在顶杆上，以阻挡环境光线的射入；
c.戴上隔热手套，打开第一节箱体的挡光板，将岩石压力机压板通过销子固定在岩石压力机顶杆上，上下移动岩石压力机顶杆，查看岩石压力机顶杆与第一节箱体上部隔热板上的圆孔的结合情况，以能阻挡环境光线并能上下自由移动为宜；
d.打开第一节箱体的挡光板，将煤岩试块从第一节箱体后方置于岩石压力机工作台上；
e.将可伸缩箱体调平，打开伸入第三节箱体监测口的红外热像仪，并开启录像功能；
f.启动岩石压力机，按设定压力对煤岩试块进行加载，直至煤岩试块破碎，完成对该煤岩试块的加载试验；
g.停止加载，关闭红外热像仪的录像功能，将红外热像仪对煤岩试块受压全过程的录像转为数字信号传给计算机进行分析处理；
h.打开挡光板，戴上隔热手套，清理岩石压力机工作台上破碎的煤岩试块；
i.重复上述步骤，继续下一煤岩试块的加载试验。
有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明利用附着铝箔层的薄木板做成的可自由伸缩箱体，将可伸缩箱体安装在岩石压力机上，对煤岩试块进行加载试验，减小试验人员、太阳辐射、温度变化、空气流动和热源等对煤岩裂隙发育过程中红外辐射信息影响。同时通过三节可伸缩箱体，能够自由调整煤岩试块和红外热像仪镜头的距离。此方法简单合理、方便科学、能大幅提高试验效率和试验数据的准确性，对煤岩体受载红外辐射监测实验具有指导意义，能够在煤岩裂隙发育红外辐射监测试验中有效地减小环境和背景因素对试验数据真实性的影响，尤其适用于煤岩裂隙发育红外辐射监测试验。其装置及方法简单，使用方便，测试效果好，在本技术领域内具有广泛的实用性。
附图说明
图1是本发明的装置主视结构示意图。
图2是本发明的装置侧视剖面结构示意图。
图3是本发明的装置俯视结构示意图。
图中：1-岩石压力机的工作台支撑柱，2-U形槽，3-岩石压力机工作台，4-挡光板，5-岩石压力机压板，6-销子，7-岩石压力机顶杆，8-圆孔，9-橡胶套，10-第一节箱体，11-第二节箱体，12-第三节箱体，13-监测口，14-红外热像仪，15-红外热像仪镜头，16-防滑落堵头，17-煤岩试块，18-岩石压力机的立柱，19-合页。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施作进一步的描述：
如图1所示，本发明的采用红外辐射观测煤岩裂隙发育过程的装置，主要由套合在一起的三节可伸缩箱体、红外热像仪14、计算机构成，在相邻的两节箱体相互滑动的极限位置处设有防滑落堵头16；第一节箱体10、第二节箱体11均由四块相同的长方形隔热板组成，并通过钉子连接在一起；第三节箱体12由四块相同的长方形隔热板及一块封住端口的方形隔热板组成，并通过钉子连接在一起；所述的隔热板为厚度均为5mm的木板和附着在木板上的铝箔层构成。所述的方形隔热板上开一个监测口13，监测口13内设有红外热像仪14，红外热像仪14的红外热像仪镜头15面向煤岩试块17，监测口13尺寸由红外热像仪14的红外热像仪镜头15的尺寸确定；通过三节可伸缩箱体的相互滑动改变红外热像仪14与煤岩试块17的距离；红外热像仪14经导线与计算机相连；第一节箱体10的后端面安装有挡光板4，挡光板4由上述隔热板做成并通过合页19与第一节箱体10侧板连接在一起，挡光板4的大小由箱体的尺寸决定，以能遮住环境光线为宜；所述第一节箱体10的上部隔热板上开有一个可使岩石压力机顶杆7穿过的圆孔8，圆孔8大小由岩石压力机顶杆7直径确定，沿圆孔8周边固定有一个橡胶套9，橡胶套9的一端通过胶水粘在第一节箱体10上部上部隔热板隔热板上的圆孔8的周围，另一端可套在岩石压力机顶杆7上，保证在遮光的同时使压力机的顶杆7能够自由上下移动，适应不同尺寸的煤岩试块17。岩石压力机顶杆7上设有经销子6固连的岩石压力机压板5；第一节箱体10的下部隔热板上有一个可使岩石压力机工作台3穿过的U形槽2，如图3所示，该U形槽2的尺寸由岩石压力机的工作台支撑柱1的尺寸确定，并且U形槽2的圆弧与第一节箱体10上部隔热板上的圆孔8同心。
本发明的采用红外辐射观测煤岩裂隙发育过程的方法，具体步骤如下：
a.取下岩石压力机顶杆7上的销子6，把岩石压力机压板5卸掉并升高岩石压力机顶杆7，高度以能放下可伸缩箱体为宜，将可伸缩箱体设有挡光板4的一端放在岩石压力机的立柱18之间，打开挡光板4，使U形槽2卡紧岩石压力机的工作台支撑柱1；
b.放平可伸缩箱体，降低岩石压力机顶杆7，使岩石压力机顶杆7穿过第一节箱体10上部隔热板上的圆孔8，将橡胶套9的一端套在顶杆7上，以阻挡环境光线的射入；
c.戴上隔热手套，打开第一节箱体10的挡光板4，将岩石压力机压板5通过销子6固定在岩石压力机顶杆7上，上下移动岩石压力机顶杆7，查看岩石压力机顶杆7与第一节箱体10上部圆孔8的结合情况，以能阻挡环境光线并能上下自由移动为宜；
d.打开第一节箱体10的挡光板4，将煤岩试块17从第一节箱体10后方置于岩石压力机工作台3上；
e.将可伸缩箱体调平，把红外热像仪镜头15伸入第三节箱体12的监测口13内，打开伸入第三节箱体12监测口13的红外热像仪14，并开启录像功能；
f.启动岩石压力机，按设定压力对煤岩试块17进行加载，直至煤岩试块17破碎，完成对该煤岩试块17的加载试验；
g.停止加载，关闭红外热像仪14的录像功能，将红外热像仪14对煤岩试块17受压全过程的录像转为数字信号传给计算机进行分析处理；
h.打开挡光板4，戴上隔热手套，清理岩石压力机工作台3上破碎的煤岩试块17；
i.重复上述步骤，继续下一煤岩试块17的加载试验，直至完成所有煤岩试块17的加载试验。

Claims (4)

1.一种采用红外辐射观测煤岩裂隙发育过程的装置，包括红外热像仪(14)、计算机，其特征是：还包括套合在一起的三节可伸缩箱体，在相邻的两节箱体相互滑动的极限位置处设有防滑落堵头(16)；第一节箱体(10)、第二节箱体(11)均由四块相同的长方形隔热板组成，第三节箱体(12)由四块相同的长方形隔热板及一块封住端口的方形隔热板组成；所述的方形隔热板上开一个监测口(13)，监测口(13)内设有红外热像仪(14)，红外热像仪(14)的红外热像仪镜头(15)面向煤岩试块(17)，通过三节可伸缩箱体的相互滑动改变红外热像仪(14)与煤岩试块(17)的距离；红外热像仪(14)经导线与计算机相连；第一节箱体(10)的后端面安装有挡光板(4)，挡光板(4)由隔热板做成，并通过合页(19)与第一节箱体(10)侧板连接在一起；所述第一节箱体(10)的上部隔热板上开有一个可使岩石压力机顶杆(7)穿过的圆孔(8)，第一节箱体(10)的下部隔热板上有一个可使岩石压力机工作台支撑柱(1)穿过的U形槽(2)，U形槽(2)的圆弧与圆孔(8)同心。
2.根据权利要求1所述的采用红外辐射观测煤岩裂隙发育过程的装置及方法，其特征是：所述的圆孔(8)周围设有一个橡胶套(9)，橡胶套(9)的一端通过胶水粘在第一节箱体(10)上，另一端套在岩石压力机顶杆(7)上。
3.根据权利要求1所述的采用红外辐射观测煤岩裂隙发育过程的装置及方法，其特征在于：所述的隔热板为厚度为5mm的木板和附着在木板上的铝箔层构成。
4.一种使用权利要求1所述装置的采用红外辐射观测煤岩裂隙发育过程的方法，其特征是包括以下步骤：
a.取下岩石压力机顶杆(7)上的销子(6)，把岩石压力机压板(5)卸掉并升高岩石压力机顶杆(7)，高度以能放下可伸缩箱体为宜，将可伸缩箱体设有挡光板(4)的一端放在岩石压力机的立柱(18)之间，打开挡光板(4)，使U形槽(2)卡紧岩石压力机的工作台支撑柱(1)；
b.放平可伸缩箱体，降低岩石压力机顶杆(7)，使岩石压力机顶杆(7)穿过第一节箱体(10)上部隔热板上的圆孔(8)，将橡胶套(9)的一端套在岩石压力机顶杆(7)上，以阻挡环境光线的射入；
c.戴上隔热手套，打开第一节箱体(10)的挡光板(4)，将岩石压力机压板(5)通过销子(6)固定在岩石压力机顶杆(7)上，上下移动岩石压力机顶杆(7)，查看岩石压力机顶杆(7)与第一节箱体(10)上部圆孔(8)的结合情况，以能阻挡环境光线并能上下自由移动为宜；
d.打开第一节箱体(10)的挡光板(4)，将煤岩试块(17)从第一节箱体(10)后方置于岩石压力机工作台(3)上；
e.将可伸缩箱体调平，打开伸入第三节箱体(12)监测口(13)的红外热像仪(14)，并开启录像功能；
f.启动岩石压力机，按设定压力对煤岩试块(17)进行加载，直至煤岩试块(17)破碎，完成对该煤岩试块(17)的加载试验；
g.停止加载，关闭红外热像仪(14)的录像功能，将红外热像仪(14)对煤岩试块(17)受压全过程的录像转为数字信号传给计算机进行分析处理；
h.打开挡光板(4)，戴上隔热手套，清理岩石压力机工作台(3)上破碎的煤岩试块(17)；
i.重复上述步骤，继续下一煤岩试块(17)的加载试验。
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