煤岩三轴加载慢热释电检测实验装置及其实验方法制造方法及图纸

一种煤岩三轴加载慢热释电检测实验装置及其实验方法，属于煤岩加载电荷信号检测技术领域,特别是涉及煤岩三轴加载慢热释电检测实验装置及其实验方法。本发明专利技术能够定量的分析煤岩热-力耦合作用下电荷信号变化规律，对研究煤岩慢热释电效应及温度对煤岩电荷信号的影响具有重要意义。本发明专利技术包括煤岩实验机构、加载系统、加热系统和左、右电荷监测系统；加载系统包括围压系统和轴压系统，所述的煤岩三轴加载慢热释电检测实验装置的实验方法，包括以下步骤：步骤一、测试背景信号；步骤二、开始实验；选择恒定温度条件下煤岩压缩破裂电荷检测实验、恒定载荷下煤岩慢热释电检测实验中的其中一个进行实验；步骤三、观察并记录煤岩破坏形式。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于煤岩加载电荷信号检测
，特别是涉及一种。
技术介绍
我国煤炭开采已经进入深部开采阶段，随着开采深度的增加，地质环境愈加复杂，地应力、温度大幅度增加。矿井埋深每增加约30m时，井下温度即上升1°C，据不完全统计现阶段我国已有超过50处超千米深矿井，有些矿井井下温度甚至超过50°C，在引发矿井动力灾害的诸多因素中，井下温度的影响已经越来越受到重视，随着矿井向深部开采趋势的发展，高温作用下煤岩破裂物理信息检测研究意义重大。热释电效应广泛地应用于热辐射成像、红外接收、卫星探测等尖端技术。常用的热释电材料有TGS、LiTa03、LiNb03等单晶或者PbTi03、PZT等陶瓷材料，对于煤岩介质热释电效应研究尚未开展。煤岩介质属于一种各向异性(热膨胀各向异性)材料，煤岩温度升高后，由于煤岩内部各种矿物热膨胀性质不同，其内部颗粒之间相互约束,产生热应力，当煤岩温度超过一定限度时，其内部形成热电子发射。井下煤岩在热应力、地应力、开采扰动三者综合作用下，内部裂纹易于发展、贯通形成孔隙、裂隙，对煤岩的物理力学性质造成影响，易于导致煤岩突然破坏。然而，以往对煤岩的热破裂分析中大都考虑应力因素，缺乏物理信息监测，尚未研究过温度升高煤岩破裂过程电荷信号的变化规律。此外，温度作用下煤岩电学性质发生变化，煤岩内部自由电荷积聚、运移、释放规律变得复杂。目前尚没有一种实验装置能够检测煤岩慢热释电过程电荷信号变化规律，煤岩慢热释电产生的电荷为弱电荷，根据弱电特征，只有采用精密的检测装置和检测方法才能有望发现和提取有用信息。因此，急需一种装置，能够检测煤岩三轴加载慢热释电过程，进而研究煤岩内部裂纹扩展自由电荷释放规律及温度对电荷信号的影响。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种，该实验装置及其实验方法能够定量的分析煤岩热-力耦合作用下电荷信号变化规律，对研究煤岩慢热释电效应及温度对煤岩电荷信号的影响具有重要意义，为煤岩在热应力作用下裂纹扩展提供一种新的监测手段，且装置结构简单、性能稳定、实验方法操作方便易行。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案:一种煤岩三轴加载慢热释电检测实验装置，包括煤岩实验机构、加载系统、加热系统和左、右电荷监测系统；煤岩实验机构由煤岩、三轴压力室、活塞、具有通孔的压板及左、右压头组成，压板竖向设置在三轴压力室内，将三轴压力室分为第一腔体和第二腔体；左、右压头分别设置在第一腔体的两端，活塞设置在第二腔体内，在活塞的内端设置有第一凸起，第一凸起的端面通过压板的通孔设置在第一腔体内，在活塞的第一凸起的端面上和与其相对的三轴压力室的端面上均设置有凹槽，所述左压头的左端、右压头的右端分别设置在凹槽内；所述煤岩设置在左、右压头之间，且煤岩的两端分别与左、右压头之间绝缘设置；在所述煤岩和左、右压头的外侧壁上设置有耐高温绝缘热缩管；所述加载系统包括围压系统和轴压系统，围压系统由围压液压泵、围压阀门及围压压力表组成，围压液压泵与第一腔体通过第一管路相连通，在第一管路上设置有围压阀门和围压压力表；轴压系统由轴压液压泵、轴压阀门及轴压压力表组成，轴压液压泵与活塞外端面和三轴压力室之间的第二腔体通过第二管路相连通，在第二管路上设置有轴压阀门和轴压压力表；左、右电荷监测系统均由电荷敏感元件、电荷放大器及数据采集仪组成，左、右电荷敏感元件分别设置在煤岩的左、右两端，且两侧电荷敏感元件与煤岩、左、右压头之间绝缘设置；两侧电荷敏感元件均与该侧电荷放大器的输入端相连接，电荷放大器的输出端均与数据采集仪的输入端相连接；加热系统由加热带温度采集仪及温度传感器组成，温度采集仪的输入端与温度传感器相连接，输出端与加热带相连接，加热带设置在三轴压力室的外侧壁上，温度传感器设置在第一腔体内。所述三轴压力室由筒体、底座及左、右压帽组成，底座设置在筒体的左端，并通过左压帽与筒体固定连接，在底座上设置有温度传感器接口，所述温度传感器与温度传感器接口相连接，温度传感器接口与温度采集仪的输入端相连接；所述压板设置在筒体的右端，并通过右压帽与筒体固定连接，底座、筒体及压板形成第一腔体，压板及右压帽形成第二腔体，在所述底座上设置有围压通孔，第一管路通过围压通孔与第一腔体相连通；在所述右压帽上设置有轴压通孔，第二管路通过轴压通孔与第二腔体相连通；在底座和右压帽上分别设置有排气孔、右压帽通孔。在所述活塞的外端设置有第二凸起，第二凸起的外端通过右压帽上的右压帽通孔设置在右压帽的外部，在活塞上设置有活塞通孔，活塞通孔的外端与右压帽的外部相连通。在所述左、右压头与煤岩相邻的端面上设置有左、右凹槽，两侧电荷敏感元件分别设置在左、右凹槽内，且与左、右凹槽内壁之间绝缘设置，在所述左、右压头上分别设置有左、右通孔，左通孔与左凹槽、排气孔相连通，右通孔与右凹槽、活塞通孔相连通。所述围压液压泵和轴压液压泵中的液体为油体。所述煤岩的两端与左、右压头之间分别设置有绝缘圈，且绝缘圈的中部通孔与电荷敏感元件相对应。所述耐高温绝缘热缩管的两端通过压垫与左、右压头固定连接，在所述左、右压头上、压垫的外侧设置有密封垫。所述第一管路为左钢管线，左钢管线的内端通过围压接口固定在围压通孔中，所述第二管路为右钢管线，右钢管线的内端通过轴压接口固定在轴压通孔中。所述的煤岩三轴加载慢热释电检测实验装置的实验方法，包括以下步骤:步骤一、测试背景信号；在左、右电荷监测系统的数据采集仪上设定采样频率，对数据采集仪进行清零操作，并通过电荷监测系统测得电荷信号的波动情况，直至电荷信号稳定；步骤二、开始实验；选择恒定温度条件下煤岩压缩破裂电荷检测实验、恒定载荷下煤岩慢热释电检测实验中的其中一个进行实验；所述恒定温度条件下煤岩压缩破裂电荷检测实验的过程如下:首先通过加热系统使煤岩温度升高至预定温度，保持煤岩温度不变，通过围压系统对煤岩施加预定围压载荷，待温度采集仪的温度示数稳定后，在轴压液压泵上设置预定轴压载荷，开启电荷监测系统，同时通过轴压系统对煤岩施加轴压载荷，直至达到预定轴压载荷，绘制此时的煤岩电荷信号-时间-轴向应力曲线，得出恒定温度条件下煤岩电荷信号与煤岩应力之间的关系；所述恒定载荷下煤岩慢热释电检测实验的过程如下:首先对煤岩施加预定轴压载荷，通过围压系统对煤岩施加预定围压载荷，待围压压力表的示数稳定后，开启电荷监测系统和加热系统，在温度采集仪上设置预定温度值，同时对煤岩进行升温处理，直至煤岩温度达到预定温度值，绘制此时的煤岩电荷信号-时间-温度曲线，得到恒定载荷下煤岩电荷信号与煤岩温度之间的关系；步骤三、观察并记录煤岩破坏形式；关闭电荷监测系统和加热系统，观察并记录煤岩破坏形式。本专利技术的有益效果:本专利技术采用加热带使煤岩升温，利用温度传感器采集煤岩温度数据，配合加热带控制煤岩温度，采用加热带外部加热同时利用液压泵的油体作为加热媒介保证了热环境稳定，此外对煤岩实施三轴加载，较好的模拟了深部煤岩所处的应力和热环境。本专利技术的三轴压力室由不锈钢金属材料制成，满足试验所需强度，同时使三轴压力室内部处于屏蔽状态，减少外界电磁信号干扰，提高了电荷监测精确度。本专利技术采用三轴加载方式，煤岩所受围压、轴压均处于可控状态，可定量的分析煤岩在热-力耦合作用下电荷信号变化规律，且结构简单本文档来自技高网...

【技术保护点】
种煤岩三轴加载慢热释电检测实验装置，其特征在于包括煤岩实验机构、加载系统、加热系统和左、右电荷监测系统；煤岩实验机构由煤岩、三轴压力室、活塞、具有通孔的压板及左、右压头组成，压板竖向设置在三轴压力室内，将三轴压力室分为第一腔体和第二腔体；左、右压头分别设置在第一腔体的两端，活塞设置在第二腔体内，在活塞的内端设置有第一凸起，第一凸起的端面通过压板的通孔设置在第一腔体内，在活塞的第一凸起的端面上和与其相对的三轴压力室的端面上均设置有凹槽，所述左压头的左端、右压头的右端分别设置在凹槽内；所述煤岩设置在左、右压头之间，且煤岩的两端分别与左、右压头之间绝缘设置；在所述煤岩和左、右压头的外侧壁上设置有耐高温绝缘热缩管；所述加载系统包括围压系统和轴压系统，围压系统由围压液压泵、围压阀门及围压压力表组成，围压液压泵与第一腔体通过第一管路相连通，在第一管路上设置有围压阀门和围压压力表；轴压系统由轴压液压泵、轴压阀门及轴压压力表组成，轴压液压泵与活塞外端面和三轴压力室之间的第二腔体通过第二管路相连通，在第二管路上设置有轴压阀门和轴压压力表；左、右电荷监测系统均由电荷敏感元件、电荷放大器及数据采集仪组成，左、右电荷敏感元件分别设置在煤岩的左、右两端，且两侧电荷敏感元件与煤岩、左、右压头之间绝缘设置；两侧电荷敏感元件均与该侧电荷放大器的输入端相连接，电荷放大器的输出端均与数据采集仪的输入端相连接；加热系统由加热带温度采集仪及温度传感器组成，温度采集仪的输入端与温度传感器相连接，输出端与加热带相连接，加热带设置在三轴压力室的外侧壁上，温度传感器设置在第一腔体内。...

【技术特征摘要】
1.一种煤岩三轴加载慢热释电检测实验装置，其特征在于包括煤岩实验机构、加载系统、加热系统和左、右电荷监测系统；煤岩实验机构由煤岩、三轴压力室、活塞、具有通孔的压板及左、右压头组成，压板竖向设置在三轴压力室内，将三轴压力室分为第一腔体和第二腔体；左、右压头分别设置在第一腔体的两端，活塞设置在第二腔体内，在活塞的内端设置有第一凸起，第一凸起的端面通过压板的通孔设置在第一腔体内，在活塞的第一凸起的端面上和与其相对的三轴压力室的端面上均设置有凹槽，所述左压头的左端、右压头的右端分别设置在凹槽内；所述煤岩设置在左、右压头之间，且煤岩的两端分别与左、右压头之间绝缘设置；在所述煤岩和左、右压头的外侧壁上设置有耐高温绝缘热缩管；所述加载系统包括围压系统和轴压系统，围压系统由围压液压泵、围压阀门及围压压力表组成，围压液压泵与第一腔体通过第一管路相连通，在第一管路上设置有围压阀门和围压压力表；轴压系统由轴压液压泵、轴压阀门及轴压压力表组成，轴压液压泵与活塞外端面和三轴压力室之间的第二腔体通过第二管路相连通，在第二管路上设置有轴压阀门和轴压压力表；左、右电荷监测系统均由电荷敏感元件、电荷放大器及数据采集仪组成，左、右电荷敏感元件分别设置在煤岩的左、右两端，且两侧电荷敏感元件与煤岩、左、右压头之间绝缘设置；两侧电荷敏感元件均与该侧电荷放大器的输入端相连接，电荷放大器的输出端均与数据采集仪的输入端相连接；加热系统由加热带温度采集仪及温度传感器组成，温度采集仪的输入端与温度传感器相连接，输出端与加热带相连接，加热带设置在三轴压力室的外侧壁上，温度传感器设置在第一腔体内。2.根据权利要求1所述的煤岩三轴加载慢热释电检测实验装置，其特征在于所述三轴压力室由筒体、底座及左、右压帽组成，底座设置在筒体的左端，并通过左压帽与筒体固定连接，在底座上设置 有温度传感器接口，所述温度传感器与温度传感器接口相连接，温度传感器接口与温度采集仪的输入端相连接；所述压板设置在筒体的右端，并通过右压帽与筒体固定连接，底座、筒体及压板形成第一腔体，压板及右压帽形成第二腔体，在所述底座上设置有围压通孔，第一管路通过围压通孔与第一腔体相连通；在所述右压帽上设置有轴压通孔，第二管路通过轴压通孔与第二腔体相连通；在底座和右压帽上分别设置有排气孔、右压帽通孔。3.根据权利要求2所述的煤岩三轴加载慢热释电检测实验装置，其特征在于在所述活塞的外端设置有第二凸起，第二凸起的外端通过右压帽上的右压帽通孔设置在右压帽的外部，在活塞上设置有活塞通孔，活塞通孔的外端与右压帽的外部...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘一山，罗浩，李忠华，赵扬锋，阎海鹏，唐巨鹏，邱兆云，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21