煤岩单向加热模拟试验装置的研发与应用 论文

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受单向主要介绍了一种自主研发的煤岩单向加热模拟试验装置，该装置主要用于研究煤炭地下气化过程中煤岩体受单向高温热作用的热损伤特性规律。煤炭地下气化时，气化通道周围的煤岩体会受到单向的高温气体影响，导致煤岩体法线方向的热损伤和热破裂呈现出梯度分布的特征。为了深入理解和实验这种现象，研究人员设计了该试验装置。试验装置主要包括四个主要部分：加热和温控单元、温度和热应力监测单元、声发射监测单元以及约束和加载单元。试样尺寸为50 mm×100 mm，最大单向加热温度可达600 ℃，热应力监测范围为5 MPa。该装置的独特之处在于：1. 可以实现单向高温加热和单向约束，从而真实模拟煤岩体在实际环境中的受热状态。2. 在加热过程中，可以同步监测温度、热应力和声发射等多信息，有利于分析多因素之间的耦合作用。3. 边界加热温度可以程序控制，能够模拟不同类型的受热边界条件，增加了实验的灵活性和适用性。通过使用此装置进行砂岩的单向高温加热试验，研究人员可以研究煤岩体在单向受热条件下高度方向上的温度分布、轴向热应力变化以及热破裂的声发射特性规律。通过对声发射主频的分析，可以进一步揭示煤岩体热破裂的演化过程。该试验装置对于地热开发和煤炭地下气化的研究具有重要意义，为探索特殊环境下煤岩体受单向高温热源作用的热物理现象和规律提供了新的实验工具。同时，它也适用于相关领域的理论研究和实践应用，如地质灾害预防、矿井安全评估等领域。文章提到了几个关键项目支持，包括国家重点研发计划和山东省自然科学基金，这表明该研究得到了国家层面的重视和支持。作者团队来自山东科技大学的安全与环境工程学院、矿山灾害预防控制国家重点实验室培育基地以及能源与矿业工程学院，这显示了跨学科合作在解决复杂地质问题中的重要性。这篇论文详细介绍了一种创新的煤岩单向加热模拟试验装置，其设计巧妙，功能全面，对于理解煤炭地下气化过程中的煤岩热破裂现象和制定有效的预防措施具有重要的科学价值和实践意义。