一種采用紅外輻射觀測煤巖裂隙發(fā)育過程的裝置及方法
【專利摘要】一種采用紅外輻射觀測煤巖裂隙發(fā)育過程的裝置及方法，適用于煤巖裂隙發(fā)育紅外輻射監(jiān)測試驗。裝置包括套合在一起的三節(jié)可伸縮箱體，可伸縮箱體的前端上設有與計算機相連的紅外熱像儀，后端上安裝有擋光板，通過三節(jié)可伸縮箱體，能夠自由調整煤巖試塊和紅外熱像儀鏡頭的距離。將可伸縮箱體安裝在巖石壓力機上，對煤巖試塊進行加載試驗，減小了試驗人員、太陽輻射、溫度變化、空氣流動和熱源等對煤巖裂隙發(fā)育過程中紅外輻射信息的影響，大幅提高了試驗效率和試驗數(shù)據(jù)的準確性，對煤巖體受載紅外輻射監(jiān)測實驗具有重要意義。其結構和方法簡單，測試效果好。
【專利說明】一種采用紅外輻射觀測煤巖裂隙發(fā)育過程的裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種采用紅外輻射觀測煤巖裂隙發(fā)育過程的裝置及方法，屬于遙感-巖石力學領域。
【背景技術】
[0002]近年來很多學者通過利用紅外遙感技術對巖石受力破壞過程進行監(jiān)測，對巖石受力破壞過程中的紅外輻射溫度特征進行了大量的研究，研究結果表明巖石在受力變形直至破壞過程中存在規(guī)律性的紅外輻射效應，巖石在災變破壞時存在紅外異常前兆。
[0003]從20世紀90年代初開始，為研究巖石變形與溫度變化的關系許多專家學者陸續(xù)建立了室內熱紅外觀測試驗系統(tǒng)，開展了對多種巖石以及煤等材料的變形熱紅外試驗，弓丨起了廣泛的注意。但是，他們的觀測結果有較大的離散性，有一些與傳統(tǒng)理論相背離。例如，關于應力狀態(tài)與溫度變化的關系，被認為與具體巖石種類有關，有些是壓縮升溫，有些溫度沒有變化，有些甚至是壓縮降溫，關于臨近失穩(wěn)破壞前的溫度變化幅度也不相同。造成這種離散現(xiàn)象的主要原因試驗者沒有采取恰當?shù)拇胧┍M可能減小環(huán)境因素和背景因素的影響。
[0004]紅外熱像儀接收到的輻射有一部分來自于大氣路徑上所處環(huán)境和背景反射的輻射。被測目標表面溫度隨時都會發(fā)生變化，它與所處的地理位置、季節(jié)、太陽輻射、天空輻射、氣候變化、空氣流動和有無熱源等因素有關。同時目標表面不斷的以輻射、對流和傳導等形式和外界介質進行熱交換。對目標溫度的外界影響基本上可以歸于環(huán)境因素和背景因素兩方面來考慮。環(huán)境因素主要是自然環(huán)境對目標的影響，包括太陽直接輻射、天空輻射、地面背景輻射及其它輻射的反射、氣溫變化、風速、地理緯度和附近的地形地貌等。在地理緯度、目標的朝向及地形條件確定的條件下，主要影響因素是太陽輻射強度、氣溫變化和風速等。
【發(fā)明內容】
[0005]技術問題:本發(fā)明的目的是克服已有技術中的不足之處，提供一種簡單合理、結構科學、安裝方便、能有效地降低環(huán)境與背景因素影響、減小實驗誤差、大幅提高試驗效率和數(shù)據(jù)準確性的減小煤巖裂隙發(fā)育紅外輻射監(jiān)測試驗中誤差的裝置及方法。
[0006]技術方案:本發(fā)明的一種采用紅外輻射觀測煤巖裂隙發(fā)育過程的裝置，包括紅外熱像儀、計算機，還包括套合在一起的三節(jié)可伸縮箱體。該箱體相鄰的兩節(jié)箱體相互滑動的極限位置處設有防滑落堵頭；第一節(jié)箱體、第二節(jié)箱體均由四塊相同的長方形隔熱板組成；第三節(jié)箱體由四塊相同的長方形隔熱板及一塊封住端口的方形隔熱板組成；所述的方形隔熱板上開一個監(jiān)測口，監(jiān)測口內設有紅外熱像儀，紅外熱像儀的紅外熱像儀鏡頭面向煤巖試塊，通過三節(jié)可伸縮箱體的相互滑動改變紅外熱像儀與煤巖試塊的距離；紅外熱像儀經導線與計算機相連；第一節(jié)箱體的后端面安裝有擋光板，擋光板由隔熱板做成并且通過合頁與第一節(jié)箱體側板連接在一起；所述第一節(jié)箱體的上部隔熱板上開有一個可使巖石壓力機頂桿穿過的圓孔，第一節(jié)箱體的下部隔熱板上有一個可使巖石壓力機工作臺穿過的U形槽，U形槽的圓弧與圓孔同心。
[0007]所述的圓孔周圍設有一個橡膠套，橡膠套的一端通過膠水粘在第一節(jié)箱體上，另一端套在巖石壓力機頂桿上。
[0008]所述的隔熱板為厚度為5mm的木板和附著在木板上的鋁箔層構成。
[0009]使用上述裝置的采用紅外輻射觀測煤巖裂隙發(fā)育過程的方法，包括以下步驟:
[0010]a.取下巖石壓力機頂桿上的銷子，把巖石壓力機壓板卸掉并升高巖石壓力機頂桿，高度以能放下可伸縮箱體為宜，將可伸縮箱體設有擋光板的一端放在巖石壓力機的立柱之間，打開擋光板，使U形槽卡緊巖石壓力機的工作臺支撐柱；
[0011]b.放平可伸縮箱體，降低巖石壓力機頂桿，使頂桿穿過第一節(jié)箱體上部隔熱板上的圓孔，將橡膠套的一端套在頂桿上，以阻擋環(huán)境光線的射入；
[0012]c.戴上隔熱手套，打開第一節(jié)箱體的擋光板，將巖石壓力機壓板通過銷子固定在巖石壓力機頂桿上，上下移動巖石壓力機頂桿，查看巖石壓力機頂桿與第一節(jié)箱體上部隔熱板上的圓孔的結合情況，以能阻擋環(huán)境光線并能上下自由移動為宜；
[0013]d.打開第一節(jié)箱體的擋光板,將煤巖試塊從第一節(jié)箱體后方置于巖石壓力機工作臺上；
[0014]e.將可伸縮箱體調平，打開伸入第三節(jié)箱體監(jiān)測口的紅外熱像儀，并開啟錄像功倉泛;
[0015]f.啟動巖石壓力機,按設定壓力對煤巖試塊進行加載,直至煤巖試塊破碎,完成對該煤巖試塊的加載試驗；
[0016]g.停止加載，關閉紅外熱像儀的錄像功能，將紅外熱像儀對煤巖試塊受壓全過程的錄像轉為數(shù)字信號傳給計算機進行分析處理；
[0017]h.打開擋光板，戴上隔熱手套，清理巖石壓力機工作臺上破碎的煤巖試塊；
[0018]1.重復上述步驟，繼續(xù)下一煤巖試塊的加載試驗。
[0019]有益效果:由于采用了上述技術方案，本發(fā)明利用附著鋁箔層的薄木板做成的可自由伸縮箱體，將可伸縮箱體安裝在巖石壓力機上，對煤巖試塊進行加載試驗，減小試驗人員、太陽輻射、溫度變化、空氣流動和熱源等對煤巖裂隙發(fā)育過程中紅外輻射信息影響。同時通過三節(jié)可伸縮箱體，能夠自由調整煤巖試塊和紅外熱像儀鏡頭的距離。此方法簡單合理、方便科學、能大幅提高試驗效率和試驗數(shù)據(jù)的準確性，對煤巖體受載紅外輻射監(jiān)測實驗具有指導意義，能夠在煤巖裂隙發(fā)育紅外輻射監(jiān)測試驗中有效地減小環(huán)境和背景因素對試驗數(shù)據(jù)真實性的影響，尤其適用于煤巖裂隙發(fā)育紅外輻射監(jiān)測試驗。其裝置及方法簡單，使用方便，測試效果好，在本【技術領域】內具有廣泛的實用性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的裝置主視結構示意圖。
[0021]圖2是本發(fā)明的裝置側視剖面結構示意圖。
[0022]圖3是本發(fā)明的裝置俯視結構示意圖。
[0023]圖中:1-巖石壓力機的工作臺支撐柱，2-U形槽，3-巖石壓力機工作臺，4-擋光板，5-巖石壓力機壓板，6-銷子，7-巖石壓力機頂桿，8-圓孔，9-橡膠套，10-第一節(jié)箱體，11-第二節(jié)箱體，12-第三節(jié)箱體，13-監(jiān)測口，14-紅外熱像儀，15-紅外熱像儀鏡頭，16-防滑落堵頭，17-煤巖試塊,18-巖石壓力機的立柱,19-合頁。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本發(fā)明的實施作進一步的描述:
[0025]如圖1所示，本發(fā)明的采用紅外輻射觀測煤巖裂隙發(fā)育過程的裝置，主要由套合在一起的三節(jié)可伸縮箱體、紅外熱像儀14、計算機構成，在相鄰的兩節(jié)箱體相互滑動的極限位置處設有防滑落堵頭16 ;第一節(jié)箱體10、第二節(jié)箱體11均由四塊相同的長方形隔熱板組成，并通過釘子連接在一起；第三節(jié)箱體12由四塊相同的長方形隔熱板及一塊封住端口的方形隔熱板組成，并通過釘子連接在一起；所述的隔熱板為厚度均為5mm的木板和附著在木板上的鋁箔層構成。所述的方形隔熱板上開一個監(jiān)測口 13，監(jiān)測口 13內設有紅外熱像儀14，紅外熱像儀14的紅外熱像儀鏡頭15面向煤巖試塊17，監(jiān)測口 13尺寸由紅外熱像儀14的紅外熱像儀鏡頭15的尺寸確定；通過三節(jié)可伸縮箱體的相互滑動改變紅外熱像儀14與煤巖試塊17的距離；紅外熱像儀14經導線與計算機相連；第一節(jié)箱體10的后端面安裝有擋光板4，擋光板4由上述隔熱板做成并通過合頁19與第一節(jié)箱體10側板連接在一起，擋光板4的大小由箱體的尺寸決定，以能遮住環(huán)境光線為宜；所述第一節(jié)箱體10的上部隔熱板上開有一個可使巖石壓力機頂桿7穿過的圓孔8，圓孔8大小由巖石壓力機頂桿7直徑確定，沿圓孔8周邊固定有一個橡膠套9，橡膠套9的一端通過膠水粘在第一節(jié)箱體10上部上部隔熱板隔熱板上的圓孔8的周圍，另一端可套在巖石壓力機頂桿7上，保證在遮光的同時使壓力機的頂桿7能夠自由上下移動，適應不同尺寸的煤巖試塊17。巖石壓力機頂桿7上設有經銷子6固連的巖石壓力機壓板5 ;第一節(jié)箱體10的下部隔熱板上有一個可使巖石壓力機工作臺3穿過的U形槽2，如圖3所示，該U形槽2的尺寸由巖石壓力機的工作臺支撐柱I的尺寸確定，并且U形槽2的圓弧與第一節(jié)箱體10上部隔熱板上的圓孔8同心。
[0026]本發(fā)明的采用紅外輻射觀測煤巖裂隙發(fā)育過程的方法，具體步驟如下:
[0027]a.取下巖石壓力機頂桿7上的銷子6，把巖石壓力機壓板5卸掉并升高巖石壓力機頂桿7，高度以能放下可伸縮箱體為宜，將可伸縮箱體設有擋光板4的一端放在巖石壓力機的立柱18之間，打開擋光板4，使U形槽2卡緊巖石壓力機的工作臺支撐柱I ;
[0028]b.放平可伸縮箱體，降低巖石壓力機頂桿7，使巖石壓力機頂桿7穿過第一節(jié)箱體10上部隔熱板上的圓孔8，將橡膠套9的一端套在頂桿7上，以阻擋環(huán)境光線的射入；
[0029]c.戴上隔熱手套，打開第一節(jié)箱體10的擋光板4，將巖石壓力機壓板5通過銷子6固定在巖石壓力機頂桿7上，上下移動巖石壓力機頂桿7，查看巖石壓力機頂桿7與第一節(jié)箱體10上部圓孔8的結合情況，以能阻擋環(huán)境光線并能上下自由移動為宜；
[0030]d.打開第一節(jié)箱體10的擋光板4,將煤巖試塊17從第一節(jié)箱體10后方置于巖石壓力機工作臺3上；
[0031]e.將可伸縮箱體調平，把紅外熱像儀鏡頭15伸入第三節(jié)箱體12的監(jiān)測口 13內，打開伸入第三節(jié)箱體12監(jiān)測口 13的紅外熱像儀14，并開啟錄像功能；
[0032]f.啟動巖石壓力機,按設定壓力對煤巖試塊17進行加載,直至煤巖試塊17破碎，完成對該煤巖試塊17的加載試驗；
[0033]g.停止加載，關閉紅外熱像儀14的錄像功能，將紅外熱像儀14對煤巖試塊17受壓全過程的錄像轉為數(shù)字信號傳給計算機進行分析處理；[0034]h.打開擋光板4，戴上隔熱手套，清理巖石壓力機工作臺3上破碎的煤巖試塊17 ；
[0035]1.重復上述步驟，繼續(xù)下一煤巖試塊17的加載試驗，直至完成所有煤巖試塊17的加載試驗。
【權利要求】
1.一種采用紅外輻射觀測煤巖裂隙發(fā)育過程的裝置，包括紅外熱像儀(14)、計算機，其特征是:還包括套合在一起的三節(jié)可伸縮箱體，在相鄰的兩節(jié)箱體相互滑動的極限位置處設有防滑落堵頭(16);第一節(jié)箱體(10)、第二節(jié)箱體(11)均由四塊相同的長方形隔熱板組成，第三節(jié)箱體(12)由四塊相同的長方形隔熱板及一塊封住端口的方形隔熱板組成；所述的方形隔熱板上開一個監(jiān)測口(13)，監(jiān)測口(13)內設有紅外熱像儀(14)，紅外熱像儀(14)的紅外熱像儀鏡頭(15)面向煤巖試塊(17)，通過三節(jié)可伸縮箱體的相互滑動改變紅外熱像儀(14)與煤巖試塊(17)的距離；紅外熱像儀(14)經導線與計算機相連；第一節(jié)箱體(10)的后端面安裝有擋光板(4)，擋光板(4)由隔熱板做成，并通過合頁(19)與第一節(jié)箱體(10)側板連接在一起；所述第一節(jié)箱體(10)的上部隔熱板上開有一個可使巖石壓力機頂桿(7)穿過的圓孔(8)，第一節(jié)箱體(10)的下部隔熱板上有一個可使巖石壓力機工作臺支撐柱⑴穿過的U形槽(2)，U形槽⑵的圓弧與圓孔⑶同心。
2.根據(jù)權利要求1所述的采用紅外輻射觀測煤巖裂隙發(fā)育過程的裝置及方法，其特征是:所述的圓孔(8)周圍設有一個橡膠套(9)，橡膠套(9)的一端通過膠水粘在第一節(jié)箱體(10)上，另一端套在巖石壓力機頂桿(7)上。
3.根據(jù)權利要求1所述的采用紅外輻射觀測煤巖裂隙發(fā)育過程的裝置及方法，其特征在于:所述的隔熱板為厚度為5mm的木板和附著在木板上的鋁箔層構成。
4.一種使用權利要求1所述裝置的采用紅外輻射觀測煤巖裂隙發(fā)育過程的方法，其特征是包括以下步驟: a.取下巖石壓力機頂桿(7)上的銷子(6)，把巖石壓力機壓板(5)卸掉并升高巖石壓力機頂桿(7)，高度以能放下可伸縮箱體為宜，將可伸縮箱體設有擋光板(4)的一端放在巖石壓力機的立柱(18)之間，打開擋光板(4)，使U形槽(2)卡緊巖石壓力機的工作臺支撐柱(1); b.放平可伸縮箱體，降低巖石壓力機頂桿(7)，使巖石壓力機頂桿(7)穿過第一節(jié)箱體(10)上部隔熱板上的圓孔(8)，將橡膠套(9)的一端套在巖石壓力機頂桿(7)上，以阻擋環(huán)境光線的射入； c.戴上隔熱手套，打開第一節(jié)箱體(10)的擋光板(4)，將巖石壓力機壓板(5)通過銷子(6)固定在巖石壓力機頂桿(7)上，上下移動巖石壓力機頂桿(7)，查看巖石壓力機頂桿(7)與第一節(jié)箱體(10)上部圓孔(8)的結合情況，以能阻擋環(huán)境光線并能上下自由移動為且； d.打開第一節(jié)箱體(10)的擋光板(4),將煤巖試塊(17)從第一節(jié)箱體(10)后方置于巖石壓力機工作臺(3)上； e.將可伸縮箱體調平，打開伸入第三節(jié)箱體(12)監(jiān)測口(13)的紅外熱像儀(14)，并開啟錄像功能； f.啟動巖石壓力機，按設定壓力對煤巖試塊(17)進行加載，直至煤巖試塊(17)破碎，完成對該煤巖試塊(17)的加載試驗； g.停止加載，關閉紅外熱像儀(14)的錄像功能，將紅外熱像儀(14)對煤巖試塊(17)受壓全過程的錄像轉為數(shù)字信號傳給計算機進行分析處理； h.打開擋光板(4)，戴上隔熱手套，清理巖石壓力機工作臺(3)上破碎的煤巖試塊(17)；i.重復上述步驟，繼 續(xù)下一煤巖試塊(17)的加載試驗。
【文檔編號】G01N3/08GK103983513SQ201410220058
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月22日 優(yōu)先權日:2014年5月22日
【發(fā)明者】馬立強, 孫海, 姜亞永, 梁繼猛, 于斌, 匡鐵軍 申請人:中國礦業(yè)大學