[发明专利]深部采动变形煤体氧化特性测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及深部采动变形煤体氧化特性测试装置，该装置为煤矿灾害防治领域，具体涉及高应力、高温度、高气体流动压力和高强度采动变形的多重复杂环境下煤炭自燃氧化特性测试。

背景技术

煤炭工业是我国的基础产业，煤炭在我国一次能源生产和消费结构中占70%左右。目前我国煤矿开采的总局势浅度的储存量偏少，而在千米以上的深度总储量占得比较多，据资料调查，深度的储藏量约占总量的70%以上。随着浅部煤炭资源的逐渐减少甚至枯竭，向深部开采已成为趋势。据相关资料，我国煤矿深部资源开采的深度定界为800~1500m。我国深部开采发展趋势自1980年我国煤矿开采的平均深度为288m，1995年达到428m，20世纪末煤矿开采深度已经近500m，2005年开采深度平均已经达到700m，且煤矿开采深度以每年10～20m的速度增加，目前煤矿开采中我国很多矿井已进入800m到1500m深度的深部开采。深部开采所处复杂的地质环境，煤岩体均处于高地应力、高地温、高孔隙压力和高强度扰动的状态中，致易深部煤炭自燃火灾日趋严重。再者，我国浅部煤层发生自燃发火一直以来都非常严重，据统计，我国国有重点煤矿中具有易自然发火危险煤层的矿井约占56％，煤炭自燃是导致矿井火灾的主要因素，90%以上的矿井火灾是由煤炭自燃引起的，煤炭自燃成为矿井的主要灾害。然而随着开采深度增加，地温、地压均线性增加，煤岩体的破碎度和塑性增大，煤岩力学性质发生改变，煤体中孔隙将发育、发展、变形与贯通，气体的渗流扩散增强，煤的吸氧特性，热量的积聚释放规律和蓄热环境将发生显著变化，致使深部开采过程煤炭自燃特性明显有别于浅部开采煤层，且自燃过程、氧化特性和防治技术将变得更加复杂。

目前，针对深部开采过程煤炭自燃呈现出的复杂问题，未有相关的实验装置能满足深部开采复杂条件下煤炭自燃特性的测试，无法适应深部煤炭开采的实际情况。

发明内容

本发明的目的是实现深部开采过程中煤炭自燃特性测试方法，提供一种手段可靠，结构合理，方法简便，测量准确，数据可视化，测试效果好的满足深部煤层赋存条件和开采过程中的采动变形煤体氧化特性的测试装置。

本发明的技术方案：

本发明的深部采动变形煤体氧化特性测试装置，该装置由圆形腔体、液压控制系统、温度控制系统、气源控制系统和气体采集系统组成。其特征在于：圆形腔体是将制备后的煤样放入腔体中，煤样内部预埋光纤温度传感器和光纤应变传感器，对煤样和多孔垫板套上热缩管，并安上应变片，然后安置于圆形腔体内，盖上腔体盖，按照实验设定方案参数开始向腔体内注入液压油，调节液压控制系统控制腔体内的压力，通过温度控制系统控制腔体内的温度，使得腔体内的实验煤样符合深部开采煤层的赋存环境，同时调节气源系统所控制的空气流量和气体压力参数，通过数据采集系统采集煤样实验过程中释放的CO、O2、CH4、CO2、C2H4等参数和温度变化情况，以及实验煤样内部温度变化和应力应变参数，根据这些参数分析和研究深部采动煤体变形过程中煤体氧化特性。

所述的圆形腔体为具有密闭和抗压性能，腔体由主体腔体和腔体盖组成，腔体内部底座为下多孔垫板，多孔垫板上设置了一定数量的气体通道，并与进气管相连通；腔体内部上部也存在上多孔垫板，与出气管路路相连通。下多孔垫板通过固定栓固定，测试煤样安置于上下多孔垫板之间，煤样内部预置光纤应变传感器和光纤温度传感器，煤样外部及多孔垫板套热缩管密封。

所述的液压控制系统是将液压油通过进油管路注入圆形腔体内，为煤样施加煤层赋存环境所需的应力，其大小由压力表获取；同时卸压时液压油通过回油管路回流而降低圆形腔体内的压力。

所述的温度控制系统是在圆形腔体外边套上加热圈，根据腔体内部反馈的温度值，通过温度控制系统进行自动调节，获得实验所需的温度。

所述的气源控制系统是为实验煤样提供所需要的氧气浓度、气体压力和流量大小，其通过精密流量计按照设定的实验条件进行控制，为实验煤样提供所设定的条件。

所述的气体采集系统是对采动变形煤样升温氧化后释放出气体进行监测，主要监测指标为CO、O2、CH4、CO2、C2H4等参数和温度情况，其自动采集，为对比分析不同设定的实验条件下气体释放特性和规律，并与实验煤样变形特性之间关系作更深入研究分析。

本发明的深部采动变形煤体氧化特性测试方法：