[发明专利]一种液氮冷浸实时测温和应变测量系统及其使用方法

说明书

本发明提供了一种液氮冷浸实时测温和应变测量系统，包括液氮罐、培养箱、控制器、多路数据记录仪、声发射检测仪和红外扫描热像仪，适用于研究煤岩体在液氮冷浸下的温度传递演化规律和应变规律。通过对煤样进行钻孔、打磨、干燥、粘贴应变片和声发射传感器、打开控制器并测试系统、向培养箱中注入液氮并进行数据采集、结束液氮注入后，常温环境下煤样温度与应变量的恢复特征记录等步骤，可以对不同液氮冷浸次数条件下、不同尺寸的煤样进行实时温度监测，以及相同大小煤样在不同液氮冷浸次数作用下的温度场响应和裂隙演化特征，研究液氮冷浸对煤的破坏损伤机理。

技术领域

本发明涉及煤炭液氮冷浸领域，具体涉及一种液氮冷浸实时测温和应变测量系统及其使用方法。

背景技术

在煤炭领域，随着开采煤炭资源深度和开采强度的增加，瓦斯压力和瓦斯储量也随之增加，而煤的渗透率逐渐降低，因此提高煤的渗透率是煤层气开发和天然气高效开采的主要挑战。随之而提出的液氮冷浸法利用液氮制冷原理，使煤样裂隙增加，可以增加煤体渗透率。然而目前的方法并不能反映出在液氮注入，温度下降时煤样的应变情况，使得在实际应用研究时不易掌握煤样应变的情况，从而做出正确的判断。为了研究了解液氮冷浸次数、变质程度及煤样尺寸对煤温度分布和应变的影响，探讨液氮冷浸对煤的破坏损伤机理，基于实际需求，本领域的技术人员致力于发明一种液氮冷浸实时测温和应变测量系统。

中国专利申请CN109307558A公开了一种煤样液氮温度传递测试装置以及测试方法。该方法即提供一种煤样液氮温度传递测试装置，来研究在液氮不断注入煤样后煤样温度的变化规律。然而该方法仅提出了在液氮注入煤样时如何测量煤样温度，监测煤样温度的变化规律，并没有提出煤样在液氮的不断注入、温度降低后的应变情况以及煤样在液氮冷浸下的损伤情况，在实际应用中不能反映出煤样随着温度的降低而发生的应变情况和损坏情况；且该方法提供的热电偶测温仪在超低温环境下并不能精确快速地测量出温度场的变化情况、反映出温度场的分布情况；不能在实际应用中达到完美的效果。

因此现有技术需要一种能够测量液氮注入煤样时煤样应变量变化情况的方法，来处理在液氮注入煤样时无法掌握煤样应变情况的问题，并且需要一种可以同时精准测量液氮冷浸时煤样的温度场分布、应变、裂隙场演化情况的测试系统，来提高实际应用的效率，提高对煤样在液氮注入时温度场分布、裂隙场演化和应变量变化的掌握程度。

发明内容

本发明的目的是研究煤岩体在冻融条件下的温度场分布、应变、裂隙场演化情况，提供一种液氮冷浸实时测温和应变测量系统及其使用方法。

为实现本发明的目的，采用如下技术方案：

一种液氮冷浸实时测温和应变测量系统，其特征在于，包括液氮罐、培养箱、控制器、多路数据记录仪、声发射检测仪和红外扫描热像仪；

所述控制器为计算机，计算机中安装温度实时记录软件和声波分析软件，计算机分别通过连接线连接多路数据记录仪和声发射检测仪；

所述液氮罐通过液氮注入管连接培养箱，液氮出口处设置自动阀门，培养箱中放置煤样，煤样上放置声发射传感器，声发射传感器通过多路转换线与前置放大器相连接，通过同轴电缆将前置放大器连接在声发射检测仪上，红外扫描热像仪通过转换线连接在多路数据记录仪上。

优选的，所述培养箱整体为透明体，经处理的正方形的煤样放入培养箱内部，煤样上表面的中心有一钻孔，钻孔延伸至煤样的中下部，钻孔处插入半导体式电阻测温仪，声发射传感器放置于煤样上表面的钻孔的右侧，煤样的表面粘贴有应变片，每四个应变片组成一个多轴向45°应变花，也就是四轴向45°应变花。

优选的，煤样的任意三个表面粘贴应变片，未粘贴应变片的一个表面与培养箱的前表面紧贴。

优选的，所述红外扫描热像仪放置于培养箱前表面的外部，其镜头对着培养箱紧贴煤样的一面，镜头可以360°旋转。红外记录仪是用来扫描和记录煤样表面温度和应变演化，将数据传输给多路数据记录仪。