[发明专利]微波加热实验系统、热力耦合装置及热力耦合实验方法

说明书

本发明涉及微波加热系统，具体公开了一种微波加热实验系统、热力耦合装置和实验方法，微波加热实验系统包括热力耦合装置、测温装置和微波辐射器，微波辐射器包括外导体、设于外导体内的内导体和位于外导体与内导体之间的电介质填充部，外导体上设有微波辐射口，热力耦合装置包括金属屏蔽层、加载部、与金属屏蔽层外侧连接的壳体，测温装置包括第一温度传感元件和第二温度传感元件，第一温度传感元件和第二温度传感元件电连接于显示装置。本发明的微波加热实验系统、热力耦合装置和实验方法能够进行含预制钻孔岩石的微波加热实验、模拟钻孔围岩的热力耦合环境和监测温度，便于对钻孔内微波加热技术进行实验和研究，且实验效果好。

技术领域

本发明涉及微波加热系统，具体地，涉及一种微波加热实验系统。此外，本发明还涉及一种热力耦合装置。对应地，本发明还涉及一种热力耦合实验方法。

背景技术

微波辅助破岩是一种具有潜力的新兴的破岩方法，可以运用于隧道施工、煤矿顶板卸压、油气及地热开采等领域。微波辅助破岩方法一般采用微波加热技术并与钻孔设备结合，能够较大的提高硬岩的破碎效率。具体地，钻孔设备在对硬岩进行钻孔的同时在孔内对硬岩进行微波加热，围岩的力学特性因此得到弱化，从而更易破碎。此种破岩方式在一定程度上提高了硬岩的破碎效率，降低了破岩成本。

孔内微波加热技术也适用于油气开采和坚硬顶板卸压领域。需要说明的是，上述的坚硬顶板一般指矿井内巷道顶上的岩石层，对顶板进行卸压能够释放岩层内储存的弹性能，防止煤矿坍塌事故的发生。顶板卸压常采用钻孔卸压方式，并结合微波加热技术，使得微波在钻孔内对顶板内岩体产生热损伤，形成内部破碎带，降低岩体内的应力和增加能量耗散路径，从而达到卸压的效果，以此降低岩爆的风险。同样地，在天然气和地热开采作业中，将孔内微波加热技术与水力压裂技术相结合，能够实现高效低耗的造缝增渗的目标。

然而，在将微波加热技术进行大规模应用之前，需在实验室内对钻孔围岩内微波的热传导机理和硬岩热损伤特性等基础性问题进行深入分析和理解。在现有技术中，室内实验室常用的工业微波设备一般是腔体结构，通过其金属腔对试样整体进行微波加热，因而在目前的微波辅助破岩实验研究中，缺少一种从钻孔岩样孔内进行微波辐射的实验室装置。此外，实验室常使用的腔体式工业微波设备难以复现实际工程中钻孔围岩的热力耦合环境。

有鉴于此，需要提供一种微波加热实验系统和一种热力耦合装置，以解决或克服上述技术问题。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种微波加热实验系统，该微波加热实验系统能够对钻孔的内壁进行微波加热并实时监测温度，便于对钻孔内微波加热技术进行实验研究，且实验效果好。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种热力耦合装置，该热力耦合装置能够应用于微波加热实验系统中，以使得被应用的微波加热实验系统能够模拟钻孔围岩的热力耦合环境，并能同步监测温度，便于对钻孔内微波加热技术进行实验和研究，且实验效果好。

本发明所要解决的第三个技术问题是提供一种热力耦合实验方法，该热力耦合实验方法能够对钻孔的内壁进行微波加热并实时监测温度，并且能够模拟钻孔围岩的热力耦合环境和力学环境，实现孔内微波加热下岩石的力学测试研究，且实验效果好。