煤岩单向加热模拟试验装置的研发与应用

煤炭地下气化火焰工作面高温气体作用于气化通道周边煤岩体,使其呈单向受热状态,煤岩体法线方向的热损伤和热破裂呈现明显的梯度分布规律。为了对煤岩体在单向高温热作用下的热损伤特性规律进行研究并提供新的实验手段,自主研发设计了煤岩单向加热模拟试验装置,该装置主要包括加热和温控单元、温度和热应力监测单元、声发射监测单元、约束和加载单元4个部分。采用的试样尺寸为■50 mm×100 mm,最大单向加热温度为600℃,热应力监测量程5 MPa。介绍了试验装置的主要功能和技术参数、结构与关键技术以及研制过程中的技术难点和解决方案等,并使用本试验装置开展了相关实验。本试验装置的显著特点包括:(1)实现单向高温加热和单向约束,模拟煤岩体受热状态;(2)实现加热过程的温度、热应力和声发射的多信息同步监测,便于多因素耦合分析;(3)边界加热温度程序可控,可模拟不同类型受热边界条件。采用该试验装置进行砂岩的单向高温加热试验,可以揭示煤岩体试样单向受热条件下高度方向上温度、轴向热应力以及热破裂声发射特性规律,并通过主频分析,进一步揭示煤岩体热破裂的演化规律。该试验装置适用于地热开发、煤炭地下气化等特殊环境下煤岩体...     

煤炭地下气化覆岩相似材料热损伤特性研究

为了开展煤炭地下气化三维相似模拟模型试验,对覆 岩相似材料热损伤特性开展试验研究。对覆岩相似材料在 不同温度下处理,并进行单轴压缩试验,研究分析其力学性 能及热损伤特性随温度的变化规律。得出结论:加热后各试 件的直径稍微增大,高度有增有减,质量和密度降低;高温处 理后的试件其应力 应变曲线通常经历孔 隙 压 实、弹 性 变 形、断裂和破坏4个阶段;试件的抗压强度随温度的升高而 降低,试件经过600℃处理后,粗砂岩相似试件的抗压强度 从1.61MPa降低到0.622 MPa,降低61.38%,弹性模量从 0.29GPa降至0.12GPa,降低59.4%;细砂岩相似试件的抗 压强度从1.34MPa降低到0.65 MPa,降低51.57%,弹性模 量从0.28GPa降至0.12GPa,降低56.7%;选择弹性模量来 定义损伤变 量,试 件 的 热 损 伤 演 化 在 100℃ 处 存 在 一 个 阈 值,在这个阈值之前,试件颗粒的热膨胀作用只是用来填充 试件本身存在的孔隙裂隙,只有当试件在温度作用下将其内 部的孔隙裂隙完全闭合后,损伤才显露出来。