一種煤體溫度測量裝置及測量方法
【專利摘要】本發(fā)明一種煤體溫度測量裝置及測量方法，適用于實驗室進(jìn)行含瓦斯煤吸附解吸及模擬突出過程煤體表面溫度場的非接觸式測量。由吸附罐體、鍺單晶、緊固環(huán)及進(jìn)、出氣嘴組成，吸附罐體的材質(zhì)為導(dǎo)熱系數(shù)很低的高壓非金屬材料。該裝置的難點在于保證鍺單晶承受設(shè)計壓力的同時保證罐體的氣密性。該裝置及方法可在不接觸煤樣的前提下對其內(nèi)部的煤樣表面溫度場進(jìn)行測量，對實驗數(shù)據(jù)總結(jié)分析可得出含瓦斯煤吸附解吸及模擬突出過程溫度變化規(guī)律，為應(yīng)用紅外熱像技術(shù)進(jìn)行煤礦井下工作面煤與瓦斯突出的非接觸式預(yù)測預(yù)報提供實驗數(shù)據(jù)參考，減少了對生產(chǎn)的影響，提高了溫度測量的科學(xué)性與準(zhǔn)確性，整套裝置重量輕、體積小、加工安裝方法簡單，具有廣泛的實用性。
【專利說明】一種煤體溫度測量裝置及測量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種煤體溫度測量裝置及測量方法，適用于實驗室應(yīng)用紅外熱像技術(shù) 進(jìn)行含瓦斯煤吸附解吸及模擬突出過程中的煤體表面溫度測量。

【背景技術(shù)】
[0002] 煤與瓦斯突出機(jī)理的綜合假說認(rèn)為，突出是由地應(yīng)力、瓦斯含量以及煤體的物理 力學(xué)性質(zhì)這三個因素綜合作用的結(jié)果。工作面區(qū)煤體的溫度和以上因素都有關(guān)系。國內(nèi)國 外突出實踐表明，突出發(fā)生后煤體的溫度有著明顯的變化，其變化規(guī)律是當(dāng)發(fā)生煤體壓出 以及傾出現(xiàn)象時會出現(xiàn)其溫度上升的現(xiàn)象，而當(dāng)突出發(fā)生的時候，其溫度則會出現(xiàn)降低現(xiàn) 象。因此可以利用對工作面煤體溫度變化進(jìn)行煤與瓦斯突出的預(yù)測預(yù)報。目前所進(jìn)行的煤 體溫度的研究均為如測量炮眼溫度、鉆孔溫度等的接觸式測量方式，嚴(yán)重影響著生產(chǎn)的正 常進(jìn)行。因此，可試圖利用實時先進(jìn)動態(tài)的紅外熱像技術(shù)米對工作面煤體溫度的變化進(jìn)行 實時監(jiān)測與定量描述。應(yīng)用紅外熱像儀進(jìn)行測量一方面可以進(jìn)行連續(xù)實時監(jiān)測，另一方面 為面測，克服了點測的不足。那么對所測量得到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢變化分析，并結(jié)合電磁 輻射、聲發(fā)射等其他技術(shù)手段所監(jiān)測得到的信息，即可判斷當(dāng)前工作面是否具有突出的可 能性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] -.發(fā)明目的
[0004] 鑒于已有實驗室測量手段均為接觸式測量，存在明顯的不足之處，本發(fā)明的目的 是提供一種新型的實驗室測量含瓦斯煤吸附解吸及模擬突出過程中煤體表面的溫度變化， 它應(yīng)用紅外熱像儀對煤體表面進(jìn)行非接觸式、連續(xù)動態(tài)的測量，不僅與煤體之間互不干擾， 而且其精度也大大提高，為將來應(yīng)用紅外熱像技術(shù)預(yù)測預(yù)報煤礦井下工作面煤與瓦斯突出 提供實驗數(shù)據(jù)參考。
[0005] 二.技術(shù)方案
[0006] 本中請的測量裝置與常用吸附罐的不同之處在于在該罐罐蓋中央設(shè)計了一塊紅 外透過率很高的鍺單晶，用于紅外熱像儀對罐內(nèi)的煤樣進(jìn)行表面輻射溫度場的測量。為盡 量減少解吸初期高壓瓦斯膨脹吸熱對煤體表面溫度的影響，將鍺單晶與瓦斯吸附罐的出氣 嘴分別設(shè)置在罐體的兩側(cè)。其中吸附罐體的底部開挖一個直徑為40_的開孔，將定做的紅 外透過率高達(dá)97%的鍺單晶鑲嵌此處，具體固定方式為將鍺單晶放入特制的緊固件內(nèi)，并 將緊固件通過螺紋連接固定在吸附罐上，此處不僅對鍺單晶耐壓具有要求，對罐體的氣密 性具有更高的要求。具體測量的步驟為：按照實驗步驟將制備好的煤樣裝入吸附罐并抽真 空，然后充入設(shè)計壓力的相關(guān)吸附氣體（C0 2、CH4以及N2)。為使測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠，在對煤 樣充瓦斯氣體前先打開紅外熱像儀，并進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置。其中發(fā)射率設(shè)置為〇. 95,根 據(jù)實驗當(dāng)時的環(huán)境狀況設(shè)置環(huán)境溫度及濕度，并調(diào)整紅外熱像儀焦距使圖像達(dá)到清晰最大 化，待其穩(wěn)定后（紅外熱像儀預(yù)熱30min后）同步進(jìn)行充入吸附氣體和紅外熱像測量，從而 可得到煤體瓦斯吸附過程煤體溫度變化的紅外錄像視頻，以便于進(jìn)行溫度變化規(guī)律的數(shù)據(jù) 分析處理。瓦斯吸附平衡后在保證紅外熱像儀充分預(yù)熱穩(wěn)定后進(jìn)行煤體瓦斯解吸過程溫度 變化測量。為降低罐內(nèi)高壓瓦斯氣體膨脹對解吸過程溫度變化的影響，紅外熱像儀與溫度 測量系統(tǒng)均選擇在罐內(nèi)壓力降至大氣壓時才開始進(jìn)行煤體表面溫度的測量，所測量的煤體 表面溫度變化可近似認(rèn)為是解吸過程中的溫度變化。在紅外熱像儀工作的過程中，為減少 外界的干擾，一方面將實驗室窗簾拉上以盡量減少太陽光線的干擾，另一方面也盡量減少 人員的走動。
[0007] 三.技術(shù)效果
[0008] 本發(fā)明涉及一種煤體溫度測量裝置及測量方法，適用于實驗室應(yīng)用紅外熱像技術(shù) 進(jìn)行含瓦斯煤吸附解吸及模擬突出過程中的煤體表面溫度測量。該裝置在測量過程中無需 傳感器與被測物體的直接接觸，同時其所測量的為被測目標(biāo)的溫度場，其準(zhǔn)確性大大增加， 提高了溫度測量的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，該裝置體積小、重量輕、安裝操作方法簡單、適合實驗 室實驗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 附圖1是本發(fā)明示意圖。

【具體實施方式】
[0010] 下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述：
[0011] 本中請的測量裝置與常用吸附罐的不同之處在于在該罐罐蓋中央設(shè)計了一塊紅 外透過率很高的鍺單晶，用于紅外熱像儀對罐內(nèi)的煤樣進(jìn)行表面輻射溫度場的測量。具體 測量的步驟為：按照實驗步驟將制備好的煤樣裝入吸附罐并抽真空，然后充入設(shè)計壓力的 相關(guān)吸附氣體（co 2、ch4以及N2)。為使測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠，在對煤樣充瓦斯氣體前先打開紅 外熱像儀，并進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置。其中發(fā)射率設(shè)置為〇. 95,根據(jù)實驗當(dāng)時的環(huán)境狀況設(shè)置 環(huán)境溫度及濕度，并調(diào)整紅外熱像儀焦距使圖像達(dá)到清晰最大化，待其穩(wěn)定后（紅外熱像 儀預(yù)熱30min后）同步進(jìn)行充入吸附氣體利紅外熱像測量，從而可得到煤體瓦斯吸附過程 煤體溫度變化的紅外錄像視頻，以便于進(jìn)行溫度變化規(guī)律的數(shù)據(jù)分析處理。瓦斯吸附平衡 后在保證紅外熱像儀充分預(yù)熱穩(wěn)定后進(jìn)行煤體瓦斯解吸過程溫度變化測量。為降低罐內(nèi)高 壓瓦斯氣體膨脹對解吸過程溫度變化的影響，紅外熱像儀與溫度測量系統(tǒng)均選擇在罐內(nèi)壓 力降至大氣壓時才開始進(jìn)行煤體表面溫度的測量，所測量的煤體表面溫度變化可近似認(rèn)為 是解吸過程中的溫度變化。在紅外熱像儀工作的過程中，為減少外界的干擾，一方面將實驗 室窗簾拉上以盡量減少太陽光線的干擾，另一方面也盡量減少人員的走動。
【權(quán)利要求】
1. 一種煤體溫度測量裝置及測量方法，其特征在于：包括煤樣瓦斯吸附罐體（8)、鍺單 晶（6)、固定環(huán)（4)、進(jìn)、出氣嘴⑵和（3)，其中吸附罐體⑶底部開挖圓孔，其直徑依據(jù)設(shè) 計壓力大小與鍺單晶（6)的承壓能力確定，鍺單晶（6)放置在固定環(huán)（4)中，并將同定環(huán) (4)與吸附罐體進(jìn)行螺紋連接，難點在于保持鍺單晶抗設(shè)計壓力的基礎(chǔ)上整個罐體具有良 好的氣密性。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤體溫度測量裝置及測量方法，其特征在于：煤樣瓦斯 吸附罐體（8)為導(dǎo)熱系數(shù)很低的高壓非金屬材料制成，其底部中心掏孔應(yīng)用固定環(huán)嵌入紅 外透過率高達(dá)97%的鍺單晶（6)，鍺單晶（6)的厚度與直徑依據(jù)初始設(shè)計壓力大小確定。
【文檔編號】G01J5/00GK104111116SQ201310141301
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月22日
【發(fā)明者】劉紀(jì)坤, 李成武, 王翠霞 申請人:西安科技大學(xué)