煤岩单向加热模拟试验装置的研发与应用

• 作者: 辛林 冯洺泽 谢军 程卫民 李凯旋 刘伟韬 李佳泽 吴景
• 来源期刊: 煤炭学报
• 关键词: 煤炭地下气化 单向加热 煤岩热破裂 模拟试验装置 声发射特性
• 年，卷（期）: 2021,（6）
• 所属期刊栏目: “煤矿热动力灾害防控技术与装备”专题
• 页码范围: 1738-1746
• 页数: 9页
• 分类号: TD844
• 语种: 中文
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.HZ21.0435

摘要

煤炭地下气化火焰工作面高温气体作用于气化通道周边煤岩体,使其呈单向受热状态,煤岩体法线方向的热损伤和热破裂呈现明显的梯度分布规律.为了对煤岩体在单向高温热作用下的热损伤特性规律进行研究并提供新的实验手段,自主研发设计了煤岩单向加热模拟试验装置,该装置主要包括加热和温控单元、温度和热应力监测单元、声发射监测单元、约束和加载单元4个部分.采用的试样尺寸为φ50 mm×100 mm,最大单向加热温度为600℃,热应力监测量程5 MPa.介绍了试验装置的主要功能和技术参数、结构与关键技术以及研制过程中的技术难点和解决方案等,并使用本试验装置开展了相关实验.本试验装置的显著特点包括:①实现单向高温加热和单向约束,模拟煤岩体受热状态;②实现加热过程的温度、热应力和声发射的多信息同步监测,便于多因素耦合分析;③边界加热温度程序可控,可模拟不同类型受热边界条件.采用该试验装置进行砂岩的单向高温加热试验,可以揭示煤岩体试样单向受热条件下高度方向上温度、轴向热应力以及热破裂声发射特性规律,并通过主频分析,进一步揭示煤岩体热破裂的演化规律.该试验装置适用于地热开发、煤炭地下气化等特殊环境下煤岩体受单向高温热源作用的热物理现象和规律的探索研究,为其提供新的实验手段.