[发明专利]一种检测煤样热冷冲击致裂效果实验装置

说明书

本发明公开了一种检测煤样热冷冲击致裂效果实验装置，包括用于放置煤样的反应釜，还包括用于对反应釜加热的加热系统、用于对反应釜冷却的液氮注入系统、用于对煤样进行数据采集和分析的数据采集处理系统，煤样固定在反应釜底部。与现有技术相比，本发明通过可控温度的油浴热冲击和同时液氮冷冲击作用致裂煤体，并且可以实现热冷循环交替冲击实验，同时监测热冷冲击后煤孔裂隙变化，分析热冷冲击时，煤体微细观结构损伤致裂的规律和效果，定量描述裂隙位置、开度、数量等信息，为热冷冲击煤层这项新型增透技术提供理论依据和技术支撑。

技术领域

本发明涉及热冷交替冲击致裂煤样的规律研究领域，特别是一种检测煤样热冷冲击致裂效果实验装置。

背景技术

煤层气是在煤炭开采过程中形成的伴生气体，是一种导致煤矿灾害和温室效应的有毒有害气体，我国是一个煤炭资源大国，是煤炭消耗大国，煤层气储量十分丰富，数据表明，仅2017年，我国煤层气开采量就达到149亿m3，随着长期大规模开发，浅部资源日益枯竭，越来越多矿井进入深部开采阶段，深部开采煤层瓦斯含量、瓦斯涌出量急剧增大，为保证安全开采，避免瓦斯突出等灾害，必须对瓦斯进行预抽采。而我国大部分矿区煤层瓦斯赋存具有“三高两低”特征(三高：煤层高瓦斯含量、高可塑性结构、高吸附瓦斯能力；两低：煤层渗透率低、强化措施下煤层常规破裂裂隙占比低)，尤其是深部煤层渗透率低，使得采用常规钻孔预抽煤层瓦斯效果不理想，因此，如何提高低渗煤层的渗透率成为我国煤层气抽采和瓦斯灾害防治的关键。

目前国内外已先后提出了多种煤层致裂增透技术，如有水力化措施、二氧化碳爆破、高压空气爆破、电脉冲冲击波等增透技术。水力化措施主要包括水力压裂、水力割缝、高压水射流钻孔技术等，但水力化措施是把双刃剑，如水力压裂技术在顶板条件较差的情况下容易造成失稳,消耗水巨大的同时压裂液还污染地下水源，在增大煤层渗透性的同时,盲目地运用水力化措施还可能会诱发煤与瓦斯突出,造成不必要的损失；爆破增透技术由于不易控制易造成二次危害；而电脉冲击波技术缺乏一定的理论支撑，其安全性还不可知。因此，从安全性、有效性、可操作性、经济性、环保性考虑，液氮等作为压裂流体的无水压裂技术和油浴热冲击致裂煤体增透逐渐受到重视。

煤是一种天然地质体，具有割理、微裂隙及孔隙等多重缺陷结构。液氮临界气化温度为-195.8℃，容易制备且成本低，将液氮注入煤体可改变煤体孔隙和微裂隙结构，使原生微裂隙扩展以及产生新裂隙，增加煤的渗透性。但目前有研究发现，在对煤体进行热冲击的同时施加液氮冷冲击进行增透，实现热冷交替冲击可大大增加煤体的渗透率，如何在实验室进行热冷交替冲击致裂煤样的规律研究，为热冷交替冲击增透煤层瓦斯抽采应用提供科学依据和实验证据还是目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是要解决目前的实验室现有的实验装置往往只能满足对液氮增透的研究，无法实现热冷同时冲击的技术问题，提供一种检测煤样热冷冲击致裂效果实验装置。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种检测煤样热冷冲击致裂效果实验装置，包括用于放置煤样的反应釜，还包括用于对反应釜加热的加热系统、用于对反应釜冷却的液氮注入系统、用于对煤样进行数据采集和分析的数据采集处理系统，煤样固定在反应釜底部，所述加热系统包括油浴罐、设置于油浴罐一侧的加油口、设置于油浴罐底部的排油口、设置于油浴罐内的润滑油中的加热棒以及设置于油浴罐外与加热棒连接用于控制加热棒开关的加热棒开关，反应釜下部浸没于油浴罐内的润滑油中；所述液氮注入系统包括自增压液氮罐、与自增压液氮罐的排液口连接的排液氮管路以及设置于排液氮管路上的流量计，排液氮管路的末端贯穿反应釜顶部延伸至反应釜的底部，所述反应釜顶部还设有排氮口，所述数据采集处理系统包括用于扫描煤样的CT图像的CT扫描仪以及通过通过数据连接线与CT扫描仪连接的用于通过图像重建将指定层面上不同密度的材料信息以高分辨率的数字图像显示出来，自动生成煤样内部切面的CT图的电脑。