[发明专利]一种多功能高温高压三轴煤岩试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多功能高温高压三轴煤岩试验装置及方法，用以研究高温高压下三轴煤岩的变形特性、裂纹萌生和扩展规律，还有煤岩的相变气体产生量及其与煤岩变形的关系规律。

背景技术

在人类对深部采矿、煤层气开采、地热资源开采、煤炭地下液化与气化以及深部油气开采等深部资源能源开发过程中，迫切需要探索高温高压作用下岩体的特性。在煤炭开采过程中，煤是一种对温度、压力和构造应力都十分敏感的有机岩，在高温高压作用下，煤的变形特性、断裂特性以及煤变形发生的气体产生和突出现象影响煤炭开采的安全，比如，煤矿开采过程中经常发生因岩体断裂、垮落等引起的冒顶现象以及瓦斯突出事故。因此，模拟地壳深部岩石的三轴受力性态，提供一种多功能高温高压三轴煤岩试验装置及方法，揭示高温高压下煤岩的变形特性、裂纹萌生和扩展规律以及煤岩的热解反应，对煤田地质和矿井瓦斯预测与防治具有重要的理论指导意义。

目前，常用的高温高压煤岩试验装置及方法有：专利号为CN201110267767公开的一种含有机质岩体的高温高压三轴试验装置及方法，仅研究高温高压下大块有机质岩体的热解产物；专利号为CN201320138995公开的一种型煤高温高压气化特性评价装置，考察反应温度、气化压力、气化剂流量对型煤气化后气体组成、焦油产率、气化反应性、飞灰带出物、灰渣状态等的影响，只能对高温高压下型煤的气化特性进行评价；专利申请号为CN201310121184公开的一种覆压加温下煤岩孔渗电声应力应变联测装置，研究高温高压三轴作用下煤岩样品的孔隙度、气水相对渗透率、应力应变曲线、电阻率和声波速度，未探讨煤岩样品的断裂特性和热解反应；专利申请号为CN201310220946和CN201310220947公开的一种高温高压热解反应的试验装置及方法，只提供研究高温高压下油页岩和低变质煤热解反应的三轴试验装置及方法。但是，对于实验过程中，能同时研究高温高压下煤岩的变形特性、裂纹萌生、扩展和断裂规律以及煤岩热解反应的多功能高温高压三轴煤岩试验装置及方法还没有。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种多功能高温高压三轴煤岩试验装置及方法，是一种功能齐全、方法简便、易操作的高温高压三轴煤岩试验装置及方法，可以用以研究高温高压下煤岩的变形特性、裂纹萌生和扩展规律，还有煤岩的相变气体产生量及其与煤岩变形的关系规律。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种多功能高温高压三轴煤岩试验装置，包括加载系统、温控加热系统、声发射测量系统、气体采样系统、绝缘与密封结构和冷却系统：

所述加载系统包括基架、下加载单元、围压加载单元和上加载单元；

所述基架包括底座、对称设置在底座上的两个支撑立柱、水平固定在两个支撑立柱下部的支架、水平固定在两个支撑立柱上部的承载梁；所述支架中部开设有通孔；

所述下加载单元包括带有位移传感器的液压升降台、设置在液压升降台上的下压缩盘、设置在下压缩盘上的加载块、设置在加载块上的T型块、设置在T型块上的下压头，所述液压升降台设置在底座的中部，所述加载块的上表面设置有与T型块大的下端相适配的定位结构；

所述围压加载单元包括筒体、设置在筒体内部下端的环形圆盘、设置在环形圆盘上端的A叶蜡石粉层、设置在A叶蜡石粉层上端的盐环、设置在盐环上端的B叶蜡石粉层、设置在B叶蜡石粉层上端的环形螺纹套，煤岩试样设置在筒体内；

所述上加载单元包括上压头、设置在上压头上的A圆柱压块、设置在A圆柱压块上的凸型块、与凸型块相适配的压盖，设置在凸型块上的B中间压块、设置在B中间压块上的上压缩盘；