[发明专利]煤岩吸附解吸瓦斯过程中温度演化特征试验装置及方法

说明书

一种煤岩吸附解吸瓦斯过程中温度演化特征试验装置及方法，其装置包括真三轴吸附解吸装置、孔隙压加载装置、应力加载装置、恒温箱、排水集气装置和温度测量系统。用该装置进行煤岩吸附解吸瓦斯过程中温度演化试验，包括制备试件、装置密封性检验、安装试件、试验过程、计算机数据采集及分析等步骤。该装置和试验方法可模拟煤岩试件在真实载荷条件下在不同环境温度、应力和瓦斯压力综合情况下吸附解吸瓦斯过程中温度演化特征，并分析不同瓦斯压力梯度对煤岩吸附解吸瓦斯过程中温度演化的影响，为预测煤岩与瓦斯突出提供科学依据。

技术领域

本发明涉及煤矿开采用试验装置，特别是一种恒温环境下煤岩吸附解吸瓦斯过程中温度演化特征试验装置和方法。

背景技术

随着煤炭开采逐步向深部转移，煤层瓦斯压力和地应力逐渐增大，煤岩与瓦斯突出等动力现象频发。对于突出煤层开采，利用瓦斯、声、电、磁、地应力、温度等相关指标科学有效地预测预报突出危险性至关重要。研究表明，煤岩与瓦斯突出是地应力、瓦斯和煤岩物理力学性质综合作用的结果。一般情况下，受采动影响工作面煤壁前方一定范围内应力集中，煤岩体弹性潜能增大，同时大量处于吸附态的瓦斯从煤岩体中解吸涌出，这一过程中煤岩体温度会相应发生变化，掌握煤岩体温度演化规律，对利用温度指标预测煤岩与瓦斯突出具有重要意义。但目前人们对煤岩体温度变化的规律还不能完全掌握。

目前，针对煤岩吸附解吸瓦斯过程中温度演化规律研究的试验装置，主要是利用煤岩体瓦斯吸附解吸热效应、以型煤为研究对象进行不同煤岩体粒度、煤种、瓦斯压力等条件下煤岩体温度演化规律的试验，或采用红外热成像技术监测型煤表面温度变化。其实验方法主要是一次施加或排出瓦斯压力以实现煤岩体吸附或解吸瓦斯。这种研究煤岩体温度变化的试验装置或方法，没有考虑采动条件下应力载荷作用对煤岩体吸附解吸瓦斯效果及对温度演化的影响，不能模拟煤岩体的真实载荷环境；同时也没有分析不同瓦斯压力梯度对煤岩吸附解吸瓦斯过程中温度演化的影响。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种可以模拟煤岩试件在真实载荷条件下在不同环境温度、应力和瓦斯压力综合情况下煤岩吸附解吸瓦斯过程中温度演化特征的试验装置和方法，为预测煤岩与瓦斯突出提供科学依据。

实现上述目的的本发明煤岩吸附解吸瓦斯过程中温度演化特征试验装置，包括真三轴吸附解吸装置、孔隙压加载装置、应力加载装置、恒温箱、排水集气装置和温度测量系统；

所述真三轴吸附解吸装置包括套筒，与套筒上端螺纹连接的上螺帽，与套筒下端螺纹连接的下螺帽，与上螺帽内壁密封滑动连接的活塞，置于套筒内供夹持试件的上压头和下压头，上压头通过所述活塞对试件施加压力，下压头固定安装在与套筒下端通过所述下螺帽密封连接的托板上，沿活塞、上压头、下压头和托板的中心轴向分别有上下相互对应的管孔，托板的下部有封闭的气室，气室的侧壁上开有排气孔；

所述孔隙压加载装置包括(内装瓦斯的)高压气瓶、标准罐和真空泵，所述高压气瓶通过总管路和三个支管路分别与真空泵、标准罐和(真三轴吸附解吸装置中的)活塞上的管孔相接；总管路上设有1号针型阀、减压阀和1号压力表；连接真空泵的支管路上设有2号针型阀和真空表；连接标准罐的支管路上设有3号针型阀；连接活塞的管孔的支管路上设有4号针型阀和2号压力表；

所述应力加载装置包括(以水为介质的)试压泵，试压泵分两路分别与所述真三轴吸附解吸装置相接，其中一路通过真三轴吸附解吸装置中上螺帽上的开孔可对所述活塞施加轴向压力，另一路通过真三轴吸附解吸装置中套筒侧壁上的开孔可对试件施加围向压力，两路分别接有稳压罐和控制管路开通的针型阀及测压用压力表；

所述恒温箱中放置所述标准罐和真三轴吸附解吸装置；

所述排水集气装置包括水槽和下端置于水槽内的量筒，量筒通过管路和5号针形阀与所述真三轴吸附解吸装置中托板下部气室侧壁上的排气孔相接；