[发明专利]深部开采地热条件下煤岩体传热规律的模拟试验方法

摘要

本发明公开了一种深部开采地热条件下煤岩体传热规律的模拟试验方法，该模拟试验方法基于三向加载大型三维相似模拟试验系统，包括以下步骤：1)在试件箱内堆积岩层底板相似材料；2)在岩层底板及试件箱侧壁上铺设传感器、加热装置；3)在试件箱内堆积煤层相似材料，并在每个关键层上铺设传感器；4)在试件箱内堆积岩层顶板相似材料；5)标准试件的制备及热传导率；6)加载加热试验；7)数据处理及规律分析。该模拟试验方法能真实模拟深部开采地热条件下煤岩体传热规律，从而研究深部煤岩体的发育情况、传热规律、以及原岩动力地质条件下应力场与温度场间的耦合关系。

主权项

1.一种深部开采地热条件下煤岩体传热规律的模拟试验方法，该模拟试验方法基于三向加载大型三维相似模拟试验系统，其特征在于，包括以下步骤：1)在试件箱内堆积岩层底板相似材料对平面建立oxyz坐标系，y方向为走向，x方向为倾向，z方向为高度方向，首先在试件箱内堆积岩层底板相似材料，岩层底板相对试件箱底平面的倾斜角度为8—15°，岩层底板最低处25—35cm，最高处60—70cm；2)在岩层底板及试件箱侧壁上铺设传感器、加热装置在岩层底板上部铺设压力传感器和温度传感器，压力传感器与温度传感器交错间隔铺设并整体呈矩形阵列分布，在岩层底板上安置五个加热装置，其中一个加热装置居中设置在岩层底板上，另外四个加热装置分别与岩层底板的四个转角一一对应呈矩形布置；除岩层底板外，在试件箱的每个内侧壁中部的等高位置处各布置一个加热装置，加热装置的额定最大功率为8—12kw,可调最低功率为2kw；3)在试件箱内堆积煤层相似材料，并在每个关键层上铺设传感器在试件箱内由下到上依次分层堆积煤层相似材料，在每个关键层上铺设压力传感器和温度传感器，布置方式与岩层底板处相同，并预留回采巷道，关键层的数量为3—5个；4)在试件箱内堆积岩层顶板相似材料；5)标准试件的制备及热传导率K的确定按照与岩层底板、煤层、岩层顶板相同的相似配比制备至少四个圆柱体的标准试件，标准试件上下端面平行度不低于0.05mm；待标准试件干燥成型，再一一进行传热实验，确定其导热率K，求其平均值；6)加载加热试验启动三向加载大型三维相似模拟试验系统，首先使发热装置以额定最大功率开始工作，当将岩层底板加热到试验所要求的温度梯度时，调节功率保持温度梯度不变，以此来模拟原始地温情况；然后用液压泵对试件箱进行三向加压，与此同时启动采掘机械进行开采工作；在试验过程中，各个压力传感器时刻采集记录煤岩体所受到的三向压力，各个温度传感器时刻采集记录煤岩体的温度；改变加载压力大小，再次启动采掘机械进行开采工作，重新采集记录煤岩体各个时刻的所受到的三向压力及温度数据；7)数据处理及规律分析通过温度传感器采集到的煤岩体温度及对应处的煤岩体的力学参数，结合热导率K，进行综合分析，得出地热条件下煤岩体的传热规律和力学性质之间的关系。