201710148515X一种模拟热力耦合下煤体流固热化多场耦合的实验方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利

(10)授权公告号CN107064450B
(45)授权公告日2019.04.26
(21)申请号201710148515.X(56)对比文件
(22)申请日2017.03.14CN105548519A,2016.05.04,
CN101206211A,2008.06.25,
(65)同一申请的已公布的文献号CN103915018A,2014.07.09,
申请公布号CN107064450ACN103760027A,2014.04.30,
(43)申请公布日2017.08.18CN103344537A,2013.10.09,
(73)专利权人中国矿业大学夏同强.瓦斯与煤自燃多场耦合致灾机理研
地址221000江苏省徐州市铜山区大学路1究《.中国博士学位论文全文数据库工程科技I
号辑》.2016,(第3期),
杨胜强等.高瓦斯易自燃煤层瓦斯与自燃复
(72)发明人夏同强周福宝宋小林李绪明合致灾机理研究《.煤炭学报》.2014,第39卷(第6
(74)专利代理机构徐州市淮海专利事务所期),第1094-1101页.
32205审查员帅丽
代理人王丹

(51)Int.Cl.
G01N33/22(2006.01)
权利要求书2页说明书7页附图2页
(54)发明名称
一种模拟热力耦合下煤体流固热化多场耦
合的实验方法
(57)摘要
本发明公开了一种模拟热力耦合下煤体流-
固-热-化多场耦合的实验方法，包括如下步骤：
煤样制备；装载试件、煤样气体吸附；设定型煤试
件的初始围压、初始温度和初始轴向应力，以及
温度和轴向应力的加载阈值；注入氧气，型煤试
件升温；第一次数据采集；实施温度和应力联合
加载；第二次数据采集；建立煤体渗流-应力-温
度-化学多场耦合模型，结合数值模拟方法研究
揭示热力耦合下煤体的流-固-热-化耦合作用机
制。本发明实现了煤层应力加载下的自燃升温规
律实验室模拟，可以用于定量研究热力耦合作用
下煤体的应力-应变关系、煤体的渗透性演化以
及煤-氧反应规律，为煤层自然发火地点和时间
的预测，以及自燃最佳防控时机的确定提供依
据。
CN107064450B
CN107064450B权利要求书1/2页

1.一种模拟热力耦合下煤体流固热化多场耦合的实验方法，其特征在于，包括以下步
骤：
第一步、煤样制备，通过将块煤破碎-筛分-制模-加压-烘干之后制成实验所需型煤；
利用破碎机将块煤粉碎成煤粉颗粒，并进行筛分；然后将筛分后的煤粉颗粒加入少量
纯净水，搅拌均匀后倒入型煤模具中；进而将模具置于压力机上压制成型，最后烘干后放入
干燥箱备用；
第二步、装载试件，设定型煤试件的初始围压、初始温度和初始轴向压力，以及温度和
轴向压力的加载阈值；
将型煤试件装入实验系统的煤岩芯夹持器中，然后利用伺服应力加载系统对试件施加
初始围压和初始轴向压力，同时利用温度加载控制系统预设初始温度值，初始围压为5MPa，
初始温度为20℃，初始轴向压力为2MPa，设定的温度和轴向压力的加载阈值分别为200℃和
10MPa；
第三步、煤样气体吸附；
向煤岩芯夹持器中注入恒定压力的瓦斯气体直至监测到气体稳定流出为止，进而关闭
与煤岩芯夹持器出气口相连的管路阀门，再持续充气48小时后，关闭与煤岩芯夹持器进气
口相连的管路阀门；
第四步、注入氧气，型煤试件升温；
保持固定轴压、围压和温度10分钟后，向煤岩芯夹持器中注入恒定压力的氧气或者干
空气30分钟；通过控温装置对系统逐渐升温，并通过测温装置监测煤岩芯夹持器内部试样
温度变化；控温装置为安装在煤岩芯夹持器上的PTD仪表温控器；测温装置为安装在煤岩芯
夹持器内部的测温探头；
第五步、第一次数据采集；
实时采集煤体压力、位移以及温度数据，同时监测当温度、压力恒定时多元气体的流
量，并每隔一段时间收集一次多元气体，随后两小时内及时进行多元气体的色谱分析；
第六步、热力耦合加载；
步骤二后，固定围压保持5MPa不变，按照0.5℃/min和0.001kN/s的速度逐渐对试样进
行温度和轴压联合加载；
第七步、第二次数据采集；
每升温20℃时保持恒温并固定轴压10分钟，在此期间参照步骤五进行相关数据的监测
和采集；
第八步、重复步骤六、步骤七直至温度加载阈值达到200℃或者轴向压力加载阈值达到
10MPa，满足上述条件之一即结束实验；
第九步、建立煤体渗流-应力-温度-化学多场耦合模型，结合数值模拟方法研究揭示热
力耦合下煤体的流-固-热-化耦合作用机制。
2.根据权利要求1所述的模拟热力耦合下煤体流固热化多场耦合的实验方法，其特征
在于，步骤一中通过振动筛筛取粒径0.18mm～0.38mm的煤粉颗粒；压制模具时，将模具置于
刚性液压压力机上，施加200KN的轴向