[发明专利]承压破碎遗煤渗透率演化及自燃特性测试装置

说明书

本发明涉及一种承压破碎遗煤渗透率演化及自燃特性测试装置，煤样室包括煤样室腔体、活塞压头和下堵头，煤样室腔体固定在承压破碎遗煤渗透率演化及自燃特性测试装置的支撑架上，煤样室腔体为圆柱型中空结构，煤样室腔体的上部设置活塞压头，煤样室腔体的下部设置下堵头，煤样室腔体的外围设置加热温控装置，煤样室腔体的内部分别设置第一传感器和第二传感器，煤样室腔体的顶部设置压力控制系统，活塞压头内置的进气口设置管线连接压力测试系统，下堵头内置的出气口设置管线连接气体检测单元。本发明采用轴向加载应力及温度控制解决了现有传统煤自燃测试设备不能实现应力加载的技术现状。

技术领域

本发明涉及一种测试装置，特别涉及一种承压破碎遗煤渗透率演化及自燃特性测试装置。

背景技术

我国煤矿安全形势依然严峻，灾害频发。“十二五”期间，全国759处重点煤矿中，有煤层自燃倾向的矿井占54.9%，统计自然发火期在3个月以内的矿井占50%以上，每年因自燃形成的火灾近400次，煤自然氧化形成的火灾隐患近4000次，仅我国北方煤田火区累计烧毁的煤炭已达42亿吨以上；目前浅部煤炭资源已接近枯竭，许多煤矿已开始进入深部开采，开采深度可达800~1500m，每年还以10~20m的速度向深部延深，随着煤矿开采深度增加而导致的地应力增加，地温升高，煤岩破碎程度增大，使煤自燃灾害越发凸显。

目前国内外煤自燃基础研究设备主要体现在煤自燃宏观研究及微观研究两大方面，主要使用的设备如下：

（1）煤吸氧特性测试

针对不同的煤样测试其在不同温度、不同粒度、含水率工况下的吸氧情况，大多采用吸氧量测定仪，此仪器具有一下特点装煤量小（一般1g）、粒度在100-200目、气源一般采用纯氧气、温度设置较自主；主要存在的缺点：煤样粒径无法与井下匹配，且无应力加载条件，煤样自然放置。

（2）煤的低温氧化实验装置及气相色谱检测分析平台

此装置主要是通过程序升温，促使煤氧加速氧化，测试其耗氧特征、氧化过程中生成气体成分变化、以及部分氧化动力学参数。在此平台上可实现加载气源的改变、粒度、升温梯度等加载条件的组合进行实验研究；但此设备主要存在的问题有：煤样的尺度难于与现场匹配、未考虑煤样在采空区受应力场作用下动态空隙率的客观因素。

（3）大型煤自然发火模拟平台

目前国内在采空区原始遗煤粒径尺度上，出现了近似采空区遗煤状态的自然发火模拟装置，可实现煤的自热，测试其自燃升温特征、发火周期、标志性气体等，但此设备存在问题有：用煤量大，国内具有0.5吨、2吨、5吨、10吨规模的；缺乏应力加载条件，煤样内部不承压，传热传质过程与采场环境不匹配，同时实验测试周期长，成本较高，不能常规适用。

（4）热分析技术

当前在国内，在煤自燃热分析方面，主要基于TG/DTG/DSC研究测试装备，研究煤在整个燃烧过程的热动力机制。此设备用于煤自燃研究具有以下问题：采空区遗煤所在的多场影响因素无法加载。

发明内容

本发明的目的是采用轴向加载应力及温度控制的方法解决现有传统煤自燃测试设备不能实现应力加载的技术现状，可以模拟采空区遗煤在不同应力状态及围岩温度下的空隙率、渗透率的承压破碎遗煤渗透率演化自燃特性测试装置。

本发明的技术方案是：