[发明专利]一种煤岩单向受热和双向受力模拟实验系统及方法

权利要求书

1.一种煤岩单向受热和双向受力模拟实验方法，其特征在于，所述煤岩单向受热和双向受力模拟实验方法为：

针对煤炭地下工作面反应界面煤岩体所处的单向受热边界条件，对煤岩样在不同温度水平下的单向加热进行分析；

模拟反应界面煤岩体双向受力的应力状态，通过XY方向上的双向加压螺杆对煤岩样施加预紧力，模拟煤岩体所处的原岩应力状态；

根据反应区煤岩体所处的位置不同其所受的温度边界条件不同，采用不同温度水平对煤岩体进行单向对流换热加热，加热时间依据火焰工作面的移动速度以及不同温度水平的分布范围值进行确定；

所述煤岩单向受热和双向受力模拟实验方法具体包括：

步骤一，试样及制备：

试样可为原煤样或型煤， 原煤样通过切割打磨成正四方形；或者将原煤粉碎后，筛取其中粒径为0.2～0.3mm的煤粉，加入少量水后搅拌均匀，然后在成型模具中压制成煤样，将煤样放在100℃烘干箱中连续烘48h；

步骤二，确定温度控制参数：

在接近煤岩样部位安装耐高温热电偶，监测煤岩样下表面附近的温度；加热过程为恒温加热方式；

步骤三，各部分安装；

步骤四，加热操作：

确定煤岩试件下端的加热温度分别为200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃八个温度水平分别进行测试；

步骤五，双向加压与应力监测操作：

通过两端的双向加压螺杆对煤岩施加预紧力，模拟煤岩样所处的应力状态；在加热的过程中，高温气体与煤岩样下表面通过对流换热的方式进行换热，热量在煤岩样内通过热传导的方式在煤岩样内传递，煤岩样受热膨胀产生热应力，由XY两个方向上的应力计进行检测，由数据采集装置对热应力数据进行采集；

步骤六，热破裂剥落指标测量操作：

煤岩样在一定的温度和压力状态下，在受热自由面发生热破裂并出现热剥落，热破剥落煤岩样直接通到方形通道掉落在孔口底部的耐高温石英烧杯中，然后由电子天平直接称取剥落质量，得到不同温度水平下随加热时间变化的热破裂剥落速率参数；

步骤七，实验结束；

所述各部分安装包括：

试样与加热部分安装：将标准煤岩样下端嵌入在传压隔热石英垫块中间，传压隔热石英垫块下部安装加热装置，传热垫片与煤岩样直接接触，使煤岩样下端面受热；

单向恒温加热与温控部分安装：传压隔热石英垫块放置在单向恒温加热炉上的预制凹槽上，恒温加热炉外部和顶盖为方形Hastelloy188耐高温合金，内部有50mm×50mm×100mm方形通道，通道中段缠绕螺旋硅碳棒加热管；螺旋硅碳棒加热管与炉体之间填充耐高温隔热材料；加热炉方形通道上端搁置煤岩样；在接近煤岩样部位安装有耐高温热电偶，热电偶所测温度与温度控制器连接；通过调节电流大小控制螺旋硅碳棒加热管产生热量，急性恒温控制；

双向加压与应力监测部分安装：在方形槽钢框架的XY方向的双向加压固定端通过圆柱形传压隔热石英垫块与煤岩样相连，在XY方向分别增加一个应力计，然后用双向加压螺杆在两端对煤岩施加预紧力；

热破裂剥落指标测量部分安装：在单向恒温加热炉方形通道孔口底部放置耐高温石英烧杯，放置在电子天平上，并在烧杯底部连接氮气保护瓶，通过减压阀和管路后将氮气输送到耐高温石英烧杯内，为剥落的煤岩样提供氮气氛围；

外框架结构安装：在支撑托板上，用紧固螺栓、紧固托盘和双向约束钢框架固定，并用支腿螺母做支撑。

2.一种如权利要求1所述的煤岩单向受热和双向受力模拟实验方法的煤岩单向受热和双向受力模拟实验系统。

3.一种应用权利要求1所述煤岩单向受热和双向受力模拟实验方法的岩石单向受热和双向受力模拟实验方法，其特征在于，所述岩石单向受热和双向受力模拟实验方法为：

对于岩石地下工作面反应界面煤岩体所处的单向受热边界条件，对岩石样在不同温度水平下的单向加热进行分析；

模拟反应界面岩石体双向受力的应力状态，通过XY方向上的双向加压螺杆对岩石样施加预紧力，模拟岩石体所处的原岩应力状态；

根据反应区岩石体所处的位置不同所受的温度边界条件不同，采用不同温度水平对岩石体进行单向对流换热加热，加热时间依据火焰工作面的移动速度以及不同温度水平的分布范围值进行确定。