[发明专利]一种模拟巷道围岩热损伤的加热装置及方法

说明书

本发明公开了一种模拟巷道围岩热损伤的加热装置及方法，该加热装置，包括加热炉体、电加热单元、控制台、石英玻璃管、真空泵、密封阀、泄压阀以及对真空压力表，所述加热炉体的两侧壁均开设有与石英玻璃管外径匹配的通孔，所述通孔通过石棉盘封堵，所述电加热单元包括电连接的加热丝、电阻区、切换开关和电源，所述电阻区包括并联的NTC热敏电阻和PTC热敏电阻。采用本申请的加热装置和方法，一方面，可以使岩石试样在非真空、完全真空以及不同真空度状态下加热，另一方面，确保岩石试样的升温曲线与火灾发生时巷道围岩的真实升温曲线基本一致，从而可模拟煤矿井火灾发生后，巷道围岩的真实热损伤。

技术领域

本发明涉及火灾后工程稳定性分析技术领域，具体为一种模拟巷道围岩热损伤的加热装置及方法。

背景技术

煤矿火灾是影响煤矿安全生产的五大灾害之一，煤矿井巷发生火灾后，持续的高温环境会使围岩产生热损伤，使围岩强度降低，甚至导致围岩顶板垮落，严重危及煤矿井下人员的生命安全。当矿井火灾发生后，在实验室内通过加热岩石试样模拟巷道围岩的热损伤，然后对试样进行一系列物理力学实验，得出巷道围岩相对于火灾发生前物理力学性质的变化，对指导巷道支护、分析围岩稳定性具有实际意义。

当前实验室内模拟矿井火灾后巷道围岩的热损伤，通常是在普通加热炉中将岩石试样加热至800至1000度，待岩样冷却到室温后，利用核磁共振仪和MTS试验机等设备测试其物理力学性质。然而当煤矿井巷发生火灾时，围岩的升温速率和受热环境均与试样在普通加热炉内加热不同，具体体现在：1、火灾时井巷围岩的升温速率是先增大后减小，而试样在普通加热炉中的升温速率恒定，无法再现火灾时井巷围岩的真实升温曲线；2、火灾时井巷围岩实际是在三种环境中受热损伤，一是完全与空气接触的环境，这部分围岩在高温作用下，其矿物成分与空气中的各种气体发生化学反应，因此是高温和化学反应共同作用，导致围岩物理力学性质变化；二是完全隔绝空气的环境，在高温作用下，这部分围岩中的矿物成分没有和空气中的气体成分发生化学反应，只有高温导致围岩物理力学性质变化；三是介于完全接触和隔绝空气之间的环境，这部分围岩在加热时，随着围岩厚度的增加，真空度逐渐减低，化学反应对围岩物理力学性质的影响也越来越弱；3、由于作用机理不同，井巷发生火灾后，处在不同环境中围岩的物理力学性质会有差异，而试样在普通加热炉内加热，只能模拟井巷火灾后，完全与空气接触那部分围岩的热损伤，不能模拟其它环境中围岩的热损伤，更不能反映火灾后围岩整体的物理力学性质。

当前有一种管式炉可以利用真空泵将管内抽真空，给试样提供一个真空加热环境，但管式炉一般是用在冶金、磨具等行业的真空加热设备，在岩石力学实验室很少有管式炉设备，单独采购新的管式炉成本较高，很多岩石力学实验室还不具备在真空环境中加热岩石试样的条件，而且管式炉与普通加热炉都是利用普通电阻丝加热，升温速率在加热过程中均保持不变。

发明内容

针对现有技术不足，本发明的目的之一在于提供一种模拟巷道围岩热损伤的加热装置，以便使岩石试样在近似真实的煤矿巷道火灾环境中加热，从而模拟巷道围岩真实的热损伤。本发明的目的之二在于提供一种加热方法，该加热方法能够模拟矿井火灾发生后，巷道周边处于不同真空度状态下围岩的热损伤，并且能够模拟巷道围岩在升温速率变化的加热过程中的热损伤。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

一种模拟巷道围岩热损伤的加热装置，包括加热炉体、对岩石试样进行加热的电加热单元、对加热过程进行控制的控制台、使岩石试样隔绝空气受热的石英玻璃管、对石英玻璃管进行抽真空的真空泵、使石英玻璃管处于密封状态的密封阀、对石英玻璃管进行泄压保护的泄压阀以及对石英玻璃管内压力进行测试的真空压力表，所述加热炉体的两侧壁均开设有与石英玻璃管外径匹配的通孔，所述通孔通过石棉盘封堵，所述电加热单元包括电连接的加热丝、电阻区、切换开关和电源，所述电阻区包括并联的NTC热敏电阻和PTC热敏电阻，所述切换开关与NTC热敏电阻和PTC热敏电阻之间择一电连接。

进一步，所述石英玻璃管内设置有对岩石试样的两端进行封堵的石棉塞。