[实用新型]一种冷热交替循环致裂煤岩实验装置

说明书

本实用新型公开了一种冷热交替循环致裂煤岩实验装置，可以更好的对煤岩进行致裂增透处理，进而增加煤岩渗透率。该实验装置选择气压泵、增压装置分两次对注入煤岩介质进行增压处理，在保温的同时，大大减少了液氮的气化；复合管道上设置有真空泵，便以更好抽取复合管道内杂质；设置有排废气管道，作为排废气、保护装置使用；致裂煤岩容器为圆柱形状，上顶板可进行侧面开合进行放置煤样动作；另设置有液压泵组可为致裂煤岩容器提供围压和轴压，模拟真实地应力条件。本实用新型操作步骤简单，可实现冷热交替致裂煤岩，为相关实验提供了极大便利。

技术领域

本实用新型涉及煤岩致裂技术领域，具体涉及一种高效、环保的冷热交替循环致裂煤岩实验装置。

背景技术

煤炭资源在我国能源消费结构中占据主体地位，而我国大多数矿井都属于高瓦斯矿井，所以瓦斯抽采对矿井安全高效生产具有重要意义。为了提高瓦斯抽放率，一般采用增加煤层透气性的措施，目前多采用松动爆破、深孔预裂、密集钻孔、水力压裂、水力冲孔、水力割缝等方法。但无论预抽钻孔还是人工增透钻孔均出现了瓦斯抽采量衰减速度快、后期瓦斯难以抽出的现象；采用水力化措施用水量大，在一些水资源匮乏地区难以开展。因此寻找一种有效的无水化致裂增透煤岩技术具有重要意义。

发明内容

在针对上述情况，本实用新型提供一种冷热交替循环致裂煤岩装置。通过液氮对煤岩进行冷浸致裂，在低温作用下，煤岩体遇冷孔隙水结冰产生膨胀应力以及液氮气化产生的孔隙压力，使煤岩体产生大量微观破坏，同时大幅度降低煤岩体温度。在煤岩冷浸后，煤岩体内部裂隙长度延伸、宽度增加，且伴有部分新裂隙的产生。在煤岩体冷浸之后，使用热空气对其热浸，从微观来说，煤岩分子受到动能消耗速度不及外来温度环境的变化，热应力作用下，煤岩碎裂。在液氮与热空气循环致裂煤岩后，煤岩裂隙发育程度不断加深。在此基础上，使用压力泵、增压装置对注入煤岩介质进行处理，减少液氮传输途中气化，降低介质温度变化幅度。

为实现上述目的，本实用新型是采用以下技术方案：

本实用新型选择液氮、热空气两个并联供给，可自行选择介质注入煤岩，可以更加灵活交替注入致裂煤岩容器内煤岩样品。不同供给管道间采用阀门进行调控，根据不同实验需求在不同时段供给相应的液氮、热空气。

在液氮、热空气的管道上设置有增加初始压力的压力泵，及液氮增压装置，为液氮、热空气进行二次高效、快速加压，进而使注入煤岩时的液氮减少气化，温度变化幅度减少。图1中6和13均为此类设备，该类设备参考液氮增压装置类型专利。

输送管道采用复合管道，可以确保不与外界发生大量热交换，导致液氮或热空气温度大幅改变，且管道本身材质可以承受装置运作的冷热交替循环。

液氮供给采用液压泵提压，增压装置推动液氮流动，以确保液氮高效快速注入煤岩，在热空气供应上采用增压推动，使热空气可以高效快速注入煤岩。

排气装置由两部分组成：第一部分在复合管道中上部设置一个抽气管道，在复合管道下部设置一个抽气管道，由真空泵提供负压，进行排气。第二部分是致裂煤岩容器上部设置的排气阀，主要为泄压使用。在电脑操控，或者压力开关启动时，打开阀门，启动排气装置，可进行相关操作。

作为优选，盛放样品煤岩体的致裂煤岩容器；样品缸的内壁为圆柱形，样品缸的外侧，即制造围压、轴压区域外侧为圆柱形，整个容器最外侧为矩形。

作为优选，上顶板可左右分开、聚拢，聚拢时亦为圆柱形，在上顶板上部设置有把手，且安装螺栓皮箍，作为严密合拢上顶板使用，一边为双螺栓竖直固定，另一边设置两个螺栓水平连接，与顶板连接螺栓为常规技术，此处不再提及。

作为优选，上顶板与样品煤岩容器间设有密封垫，作为密封使用，确保致裂煤岩容器内部与外部无直接交流，降低外界对实验的影响。

作为优选，致裂煤岩容器内样品煤岩容器由液压泵提供围压、轴压，模拟真实采矿状况下的煤岩致裂、孔隙发育。