[发明专利]一种观测液氮注入煤体热学性能与结构损伤实验装置

说明书

本发明公开了一种观测液氮注入煤体热学性能与结构损伤实验装置，包括干燥系统、液氮注入系统、排气系统、加压系统、红外热成像系统、裂隙观测系统，液氮注入系统、排气系统和加压系统固定连接，液氮罐的与耐低温管路间装有减压器，液氮通过管道连接有耐低温阀门、阀门与耐超低温流量计之间管道上有液氮泵，氮气排放管道上装有气体流量剂和转接头，各系统单元电线连接。本观测液氮注入煤体热学性能与结构损伤实验装置，通过注液氮的方式，改变煤体整体的微细观结构特征，促进煤体原生孔裂隙发育、新裂隙产生，有效提高煤体的渗透率，并可以实时观测液氮注入过程中煤样热学性能变化与裂隙发育情况，得到煤样注液氮前后力学性能损伤情况，同时进行定量化描述热学性能与表面、内部结构损伤情况。

技术领域

本发明涉及煤炭技术领域，具体为一种观测液氮注入煤体热学性能与结构损伤实验装置。

背景技术

我国瓦斯赋存丰富，但大多数含有瓦斯的煤层渗透率低，导致开采难以实现，对煤层进行人工增透是解决低渗煤层瓦斯抽采的关键。

液氮具有极低的温度(-196℃)，对环境无污染，容易制备且成本低廉。煤是一种天然的低强度、割理、微裂隙和孔隙等缺陷结构发育的地质体，低温液氮注入煤体后，可使煤体结构冻结损伤弱化、原生微裂隙扩展以及产生新裂隙，形成冻融致裂带。

液氮气化后体积急剧膨胀(1m³的液氮气化后在21℃体积达696m³)，如果进行封闭，液氮气化会在煤体中产生巨大膨胀力对煤体进行致裂，形成气化高压致裂带，对煤样结构破坏，进一步的促进煤样裂隙发育，提高煤体的渗透率。

液氮注入煤体增渗作用的观测、定量化描述仍需进一步完善，本实验装置可以实时从表面结构损伤、能量变化进行观测与定量化描述，并得到注入前后煤体内部结构的力学损伤。

发明内容

发明的目的在于提供一种观测液氮注入煤体热学性能与结构损伤实验装置，具有提高瓦斯灾害防治与瓦斯资源开发水平的优点，解决了现有技术中的问题。

为实现上述目的，发明提供如下技术方案：一种观测液氮注入煤体热学性能与结构损伤实验装置，包括干燥系统、液氮注入系统、排气系统、加压系统、红外热成像系统、裂隙观测系统；液氮注入系统、排气系统和加压系统固定连接；干燥系统包括抽气管道(3)、抽真空泵(4)、真空干燥箱(10)、桌子(11)，抽真空泵通过抽气管道(3)与真空干燥箱(10)连接，桌子(11)用来放置真空干燥箱(10)。

进一步的，液氮注入系统包括液氮罐(1)、防护栏(2)、瓶内压力表(5)、不锈钢减压器(6)、耐低温管路压力表(7)、耐低温阀门(8)、不锈钢链条(9)、液氮泵(12)、耐超低温流量计(13)、耐低温管路(14)、单轴压缩装置上部(15)、液氮注入口(1401)、实验煤样(18)，所述防护栏(2)与不锈钢链条(9)的一端固定连接，另一端活动扣连接用于防止液氮罐(1)倾倒，所述耐低温管路(14)在单轴压缩装置上部(15)内，所述液氮注入口(1401)埋入实验煤样(18)，所述液氮通过耐低温管路(14)经过瓶内压力表(5)、不锈钢减压器(6)、耐低温管路压力表(7)、耐低温阀门(8)、液氮泵(12)、耐超低温流量剂(13)从液氮注入口(1401)注入实验煤样(18)。

进一步的，排气系统包括氮气排出管路(23)、氮气入口(2301)、气体流量计(24)、转接口(25)、液气排出软管(29)、室外(30)，所述为节约成本通过转接口(25)使氮气从氮气排出软管(29)排到室外(30)，所述氮气排出管路(23)在单轴压缩装置上部(15)内部。

进一步的，加压系统包括单轴压缩装置上部(15)、单轴压缩防护箱(16)、实验煤体(18)、单轴压缩装置下部(20)、主机(27)、显示屏(28)，所述单轴压缩装置下部(20)有装置下部向下动作(2001)、装置下部向上动作(2002)两个动作、所述动作由主机(27)通过装置下部控制线(2003)对单轴压缩装置下部(20)进行操作。