承壓破碎遺煤滲透率演化及自燃特性測試裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測試裝置，特別涉及一種承壓破碎遺煤滲透率演化及自燃特性測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]我國煤礦安全形勢依然嚴(yán)峻，災(zāi)害頻發(fā)?！笆濉逼陂g，全國759處重點(diǎn)煤礦中，有煤層自燃傾向的礦井占54.9%，統(tǒng)計(jì)自然發(fā)火期在3個月以內(nèi)的礦井占50%以上，每年因自燃形成的火災(zāi)近400次，煤自然氧化形成的火災(zāi)隱患近4000次，僅我國北方煤田火區(qū)累計(jì)燒毀的煤炭已達(dá)42億噸以上；目前淺部煤炭資源已接近枯竭，許多煤礦已開始進(jìn)入深部開采，開采深度可達(dá)800~1500m，每年還以10~20m的速度向深部延深，隨著煤礦開采深度增加而導(dǎo)致的地應(yīng)力增加，地溫升高，煤巖破碎程度增大，使煤自燃災(zāi)害越發(fā)凸顯。
[0003]目前國內(nèi)外煤自燃基礎(chǔ)研究設(shè)備主要體現(xiàn)在煤自燃宏觀研究及微觀研究兩大方面，主要使用的設(shè)備如下:
(I)煤吸氧特性測試
針對不同的煤樣測試其在不同溫度、不同粒度、含水率工況下的吸氧情況，大多采用吸氧量測定儀，此儀器具有一下特點(diǎn)裝煤量小(一般lg)、粒度在100-200目、氣源一般采用純氧氣、溫度設(shè)置較自主；主要存在的缺點(diǎn):煤樣粒徑無法與井下匹配，且無應(yīng)力加載條件，煤樣自然放置。
[0004](2)煤的低溫氧化實(shí)驗(yàn)裝置及氣相色譜檢測分析平臺
此裝置主要是通過程序升溫，促使煤氧加速氧化，測試其耗氧特征、氧化過程中生成氣體成分變化、以及部分氧化動力學(xué)參數(shù)。在此平臺上可實(shí)現(xiàn)加載氣源的改變、粒度、升溫梯度等加載條件的組合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究；但此設(shè)備主要存在的問題有:煤樣的尺度難于與現(xiàn)場匹配、未考慮煤樣在采空區(qū)受應(yīng)力場作用下動態(tài)空隙率的客觀因素。
[0005](3)大型煤自然發(fā)火模擬平臺
目前國內(nèi)在采空區(qū)原始遺煤粒徑尺度上，出現(xiàn)了近似采空區(qū)遺煤狀態(tài)的自然發(fā)火模擬裝置，可實(shí)現(xiàn)煤的自熱，測試其自燃升溫特征、發(fā)火周期、標(biāo)志性氣體等，但此設(shè)備存在問題有:用煤量大，國內(nèi)具有0.5噸、2噸、5噸、10噸規(guī)模的；缺乏應(yīng)力加載條件，煤樣內(nèi)部不承壓，傳熱傳質(zhì)過程與采場環(huán)境不匹配，同時實(shí)驗(yàn)測試周期長，成本較高，不能常規(guī)適用。
[0006](4)熱分析技術(shù)
當(dāng)前在國內(nèi)，在煤自燃熱分析方面，主要基于TG/DTG/DSC研究測試裝備，研究煤在整個燃燒過程的熱動力機(jī)制。此設(shè)備用于煤自燃研究具有以下問題:采空區(qū)遺煤所在的多場影響因素?zé)o法加載。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是采用軸向加載應(yīng)力及溫度控制的方法解決現(xiàn)有傳統(tǒng)煤自燃測試設(shè)備不能實(shí)現(xiàn)應(yīng)力加載的技術(shù)現(xiàn)狀，可以模擬采空區(qū)遺煤在不同應(yīng)力狀態(tài)及圍巖溫度下的空隙率、滲透率的承壓破碎遺煤滲透率演化自燃特性測試裝置。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種承壓破碎遺煤滲透率演化及自燃特性測試裝置，包括加熱溫控裝置，煤樣室，第一傳感器，第二傳感器，所述的煤樣室包括煤樣室腔體、活塞壓頭和下堵頭，所述的煤樣室腔體固定在承壓破碎遺煤滲透率演化及自燃特性測試裝置的支撐架上，煤樣室腔體為圓柱型中空結(jié)構(gòu)，煤樣室腔體的上部設(shè)置活塞壓頭，煤樣室腔體的下部設(shè)置下堵頭，煤樣室腔體的外圍設(shè)置加熱溫控裝置，煤樣室腔體的內(nèi)部分別設(shè)置第一傳感器和第二傳感器，煤樣室腔體的頂部設(shè)置壓力控制系統(tǒng)，所述的活塞壓頭內(nèi)置的進(jìn)氣口設(shè)置管線連接壓力測試系統(tǒng)，所述的下堵頭內(nèi)置的出氣口設(shè)置管線連接氣體檢測單元。
[0009]進(jìn)一步地，所述的支撐架由鋼架、橫梁和支撐底座構(gòu)成。
[0010]進(jìn)一步地，所述的第一傳感器為孔隙壓力傳感器，第二傳感器為溫度傳感器。
[0011]進(jìn)一步地，所述的活塞壓頭的底端與下堵頭的頂端分別設(shè)置導(dǎo)流槽圓盤，所述的下堵頭為可拆卸堵頭。
[0012]進(jìn)一步地，所述的第二傳感器外圍設(shè)置溫度傳感器保護(hù)罩。
[0013]進(jìn)一步地，所述的橫梁與活塞壓頭之間設(shè)置位移傳感器。
[0014]進(jìn)一步地，所述的氣體檢測單元由氣體壓力傳感器、過濾容器和氣相色譜分析儀組成。
[0015]進(jìn)一步地，所述的壓力測試系統(tǒng)由氣瓶、減壓閥、緩沖過濾容器、壓力傳感器組成。
[0016]進(jìn)一步地，所述的壓力控制系統(tǒng)包括壓力機(jī)和導(dǎo)桿。
[0017]進(jìn)一步地，所述的活塞壓頭和壓力測試系統(tǒng)之間，下堵頭和氣體檢測單元之間分別設(shè)置流量控制系統(tǒng)，所述的流量控制系統(tǒng)為氣體流量計(jì)。
[0018]本發(fā)明是一種承壓破碎遺煤滲透率演化及自燃特性測試裝置，其有益效果為:
(1)本發(fā)明通過壓力機(jī)和加熱溫控裝置的設(shè)置，開展承壓破碎煤體在應(yīng)力、溫度、氣氛多場作用下的滲流及自燃特性實(shí)驗(yàn)，彌補(bǔ)了國內(nèi)煤自燃實(shí)驗(yàn)裝置不能承壓的技術(shù)現(xiàn)狀；
(2)實(shí)驗(yàn)煤樣粒徑可達(dá)厘米級，可以更真實(shí)的反映采空區(qū)遺煤粒度的級配狀態(tài)，在煤樣粒徑尺度上突破了目前現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)對煤樣粒度的限制；
(3)通過壓力控制系統(tǒng)和氣體檢測單元，可以開展應(yīng)力、溫度、氣氛、水份、粒度等因素下的單一及正交實(shí)驗(yàn)，極大的豐富了實(shí)驗(yàn)裝置測試的功能，為煤自燃研究提供了新的途徑。
[0019]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了應(yīng)力加載、熱環(huán)境控制、氣氛場調(diào)控等方面綜合調(diào)控，可使煤自燃研究理更接近井下實(shí)際采空區(qū)遺煤所在的多場耦合環(huán)境，在此基礎(chǔ)上開展的研究更具科學(xué)性、先進(jìn)性、系統(tǒng)性，可獲得更符合實(shí)際采空區(qū)煤自燃環(huán)境條件的新的煤自燃研究方法與手段，這對目前煤自燃基礎(chǔ)研究存在的不足是一強(qiáng)有力的完善及補(bǔ)充，在未來煤自燃研究可提供更加可靠的實(shí)驗(yàn)條件，具有重要的引領(lǐng)作用。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明一種承壓破碎遺煤滲透率演化及自燃特性測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]附圖中標(biāo)號為:1為氣瓶，2為減壓閥，3為分離容器，4為壓力傳感器，5為氣體流量計(jì)，6為鋼架，7為橫梁，8為壓力機(jī)，9為導(dǎo)桿，10為活塞壓頭，11為煤樣室腔體，12為加熱溫控裝置，13為下堵頭，14為煤樣室，15為第一傳感器，16為第二傳感器，17為溫度傳感器保護(hù)罩，18為導(dǎo)流槽圓盤，19為位移傳感器，20為壓力傳感器，21為過濾容器，23為氣相色譜分析儀，24為支撐底座。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合圖1和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
實(shí)施例一:
一種承壓破碎遺煤滲透率演化及自燃特性測試裝置，包括加熱溫控裝置12，煤樣室14，第一傳感器15，第二傳感器16，所述的煤樣室14包括煤樣室腔體11、活塞壓頭10和下堵頭13，所述的煤樣室腔體11固定在承壓破碎遺煤滲透率演化及自燃特性測試裝置的支撐架上，煤樣室腔體11為圓柱型中空結(jié)構(gòu)，將煤樣裝入煤樣室腔體11內(nèi)，煤樣室腔體11的上部設(shè)置活塞壓頭10，活塞壓頭10內(nèi)置的進(jìn)氣口設(shè)置管線連接壓力測試系統(tǒng)，所述的氣體為氧氣時，氧氣經(jīng)