一种可视化煤高温高压剪切变形模拟及气体采集试验装置

本发明涉及煤系石墨，尤其涉及一种可视化煤高温高压剪切变形模拟及气体采集试验装置。

背景技术：

1、中国作为煤炭生产大国，除了在不断开发煤炭资源的同时，也一直在致力于煤系共半生矿产资源的开发研究，除了常见的铀、锗、稀土元素、油页岩、煤层气等矿产外，煤系石墨近年来也逐渐得到了国家的重视。煤系石墨作为一种由煤变质形成的一种隐晶质石墨，虽然已经在新型碳材料领域获得了广泛的应用，但是其形成环境、发育条件尚未可知。近年来，越来越多的学者开展了煤系石墨的相关研究，获得了一系列全新的认识。尽管关于煤系石墨的产出环境、形成机理尚不清晰，但是众多学者都发现煤系石墨与煤高温高压下的强剪切环境有着极强的正相关性。但是目前为止，还没有可用于模拟煤高温高压剪切变形装置，因此有必要设计研发一种可视化煤高温高压剪切变形模拟及气体采集试验装置，以方便今后对模拟强剪切地质条件下煤系石墨的产出环境条件，进而开展煤系石墨的形成机理等相关一系列基础研究。

2、建立专用试验装置用以研究不同温度和不同轴压压力等多因素耦合作用下进行试验，来模拟复杂地质条件下煤剪切变形试验，模拟煤系石墨的产出环境，同时通过红外扫描仪，可视化研究煤体剪切变形时煤体内部温度的差异性分布，并通过气体采集器及时采集煤体剪切变形时产生的气体，可以更好的研究原煤在经历剪切变形后发生一系列物理、化学变化，模拟强剪切地质条件下煤系石墨的产出环境条件，开展煤系石墨的形成机理等相关基础研究等提供技术参考。

技术实现思路

1、为了克服以上技术问题，本发明目的是提供一种可视化煤高温高压剪切变形模拟及气体采集试验装置，用以研究不同温度和不同轴压压力等多因素耦合作用下进行试验，来模拟复杂地质条件下煤剪切变形试验，模拟煤系石墨的产出环境。

2、本发明提供了如下的技术方案：

3、一种可视化煤高温高压剪切变形模拟及气体采集试验装置，其包括煤剪切变形系统(1)和用于密封所述煤剪切变形系统(1)的密封系统(2)，以及与所述煤剪切变形系统(1)均连接的冷却系统(3)、温度控制系统(4)、驱动系统(5)、终端控制系统(6)和气体采集系统(7)；

4、所述煤剪切变形系统(1)用于模拟煤岩剪切变形环境，并对煤样样品施加轴压压力和剪切应力；

5、所述密封系统(2)包括用于观察煤样样品剪切变形时内部温度的差异性分布的红外扫描仪(203)；

6、所述冷却系统(3)用于对所述煤剪切变形系统(1)进行降温；

7、所述温度控制系统(4)用于对所述煤剪切变形系统(1)进行加温；

8、所述驱动系统(5)用于驱动所述煤剪切变形系统(1)对煤样样品施加轴压压力和剪切应力；

9、所述终端控制系统(6)用于控制所述驱动系统(5)进行驱动、所述冷却系统(3)降温调节、所述温度控制系统(4)加温调节；

10、所述气体采集系统(7)用于回收模拟煤高温高压剪切变形时产生的气体。

11、在上述实施方式中，试验装置通过煤剪切变形系统用于模拟煤岩剪切变形的高温高压环境，通过红外扫描仪扫描观察煤剪切变形时内部温度的差异性分布，实现可视化。

12、根据一些实施方式，所述煤剪切变形系统(1)包括试验箱壳(111)，所述试验试验箱壳(111)顶部设有注油口(101)，其底部设有排油口(110)，其内部侧壁上左右各设一个加热棒，所述加热棒均与所述终端控制系统(6)电连接；

13、液压加压机(105)设于所述试验箱壳(111)的顶部，所述液压加压机(105)与驱动系统(5)电连接；液压加压机(105)的加压端穿过试验箱壳(111)的顶面，其加压端下方设有垫板(106)，所述垫板(106)下方设有固定煤柱试样的煤柱夹头(107)，其通过压紧锁盖(102)锁紧；煤柱夹头(107)下方设有用于固定煤块试样的煤块夹头(104)；所述电动转盘(109)设于试验箱壳(111的底面，并与所述驱动系统(5)电连接；所述煤块夹头(104)底部与所述电动转盘(109)固定连接，所述电动转盘(109)带动所述煤块夹头(104)转动；所述煤块夹头(104)内放置煤块试样，所述煤柱夹头(107)固定煤柱试样，所述煤块试样与所述煤柱试样转动接触，进行剪切行为，模拟煤岩在强剪切应力下的变形情形。

14、根据一些实施方式，所述煤柱夹头(107)为中空圆柱状，其上端密闭，下端设有若干缺口；压紧锁盖(102)固定连接在所述所述煤柱夹头(107)外，将所述煤柱夹头(107)内的煤柱试样压紧。

15、根据一些实施方式，所述煤块夹头(104)中设有开口向上的槽，槽内放置煤块试样。

16、根据一些实施方式，所述密封系统(2)包括密封外壳(201)、隔热观察板(202)和所述红外扫描仪(203)；隔热观察板(202)位于密封外壳(201)的侧面，所述红外扫描仪(203)设于所述隔热观察板(202)外侧。

17、根据一些实施方式，所述气体采集系统(7)包括气体采集器(701)、单向阀、气体导流管(703)和气体暂储罐(704)；

18、所述单向阀位于密封系统(2)与气体采集系统(7)之间的气路上，使得密封系统(2)内的气体单向流入气体采集器(701)的进气口，气体导流管(703)连通气体采集器(701)和气体暂储罐(704)。

19、根据一些实施方式，所述单向阀选自特斯拉单向阀(702)。

20、根据一些实施方式，所述冷却系统(3)选自玻璃钢冷却塔，其通过水管连接于密封系统(2)。

21、在上述实施方式中，冷却系统为密封系统中的硅油降温，配合第一加热棒和第二加热棒，共同控制煤剪切变形系统的温度调节，可以更好的模拟煤体在不同高温地质环境下强剪切应力下的煤体变形研究。

22、相比于现有技术，本发明具备以下有益效果：

23、本发明通过煤剪切变形系统将驱动系统的动力通过电路传送到液压加压机上，并通过垫板对煤柱夹头中煤柱进行施压，并在前端配备有压紧锁盖，减少试验过程煤柱的滑动，更利于煤剪切变形试验的实施，通过温度控制系统控制第一加热棒、第二加热棒加热，控制试验箱壳内硅油的温度情况，更加贴近煤体高温情况下剪切变形的地质背景，通过终端控制系统控制电动转盘的转速，来模拟不同大小的煤体剪切应力，通过控制液压加压机，来模拟不同大小的煤体轴压压力，更加贴近高温、强剪切应力地质背景下的煤岩剪切变形环境，通过气体采集系统，及时回收煤高温高压剪切变形模拟时产生的气体，更利于煤剪切变形时煤岩吸附解吸性能的研究，通过终端控制系统来操作密封系统中的红外扫描仪，更利于观察煤剪切变形时内部温度的差异性分布。

24、本发明能够模拟不同温度、不同轴压压力多因素耦合条件，进行煤体剪切变形试验，更方便模拟运动强烈地区中高温高压情况下煤剪切变形的实际情况，研究不同阶段煤剪切变形特征，模拟强剪切地质条件下煤系石墨的产出环境条件，进而开展煤系石墨的形成机理等系列研究，该试验装置简单易操作，使用效果好，易于推广。