一、项目背景

随着浅部煤炭及油气资源的不断开发利用，其赋存量逐渐趋于萎缩，深部成为我国未来有利的找矿靶区。深部煤岩体物理与化学结构特征的研究能够有力支撑深部能源的勘探开发。中国地处欧亚、太平洋以及印度板块的交汇处，总体构造复杂程度高于美国、澳大利亚等西方国家。多期构造运动叠加改造作用使煤岩体的物理性质与化学性质发生显著分异。强变形构造煤岩与煤炭开采过程中煤(岩)与瓦斯突出灾害的发生息息相关，是制约我国煤炭工业健康安全发展的瓶颈；同时煤岩的强烈变形极大增加了非常规油气储层的非均质性，加大了开采利用难度。因此模拟不同原位地质条件下的煤岩体变形特征对不同地质赋存条件下的煤炭及油气资源的勘探开发与利用也具有重要的实际意义。

一种多功能高温高压三轴煤岩试验装置及方法，首先该装置结构不合理，试验结束后在拆卸装置取出煤岩试验样品的过程中容易将其破坏，无法获取完整的样品结构，不利于对试验后的样品进行分析和研究；而且该装置的加载方式单一，难以实现轴压与围压的同步加载，对于地质环境模拟的精确性较低；再者该装置安全系数不高。

二、技术方案

提供一种煤岩高温高压变形试验装置，该试验装置可以实现轴压与围压的同步加载，结构合理，取样时可以保证煤岩样品结构的完整性，能够准确模拟地质环境性，便于拆卸，安全系数高。

提供一种煤岩高温高压变形试验装置，实验装置可移动地设于轨道上，包括：平板小车，平板小车可移动的设于轨道上，且其上设有上下贯通的第一中心孔；壳体，壳体内部限定出容纳腔室，且其下端部与平板小车之间相连接；围压端盖，围压端盖固定于容纳腔室上端部，其上设有上下贯通的第二中心孔和进油孔；围压活塞，围压活塞包括与第二中心孔相适配的杆部和一体形成于杆部下端的活塞部，围压活塞上设有上下贯通的第三中心孔；围压压头，围压压头固定于活塞部的下端，其上设有上下贯通的第四中心孔，第四中心孔、第三中心孔、第二中心孔和第一中心孔同轴设置；石墨管组件，石墨管组件包括：样品套管、第一石墨管、第二石墨管和叶蜡石套，样品套管同轴设于第一中心孔的上端，且与平板小车固定连接；第一石墨管沿着样品套管的内壁设置，第二石墨管套设于第一石墨管内部且与第一石墨管之间形成空腔，围压压头适于与空腔配合；叶蜡石套填充于空腔内；下轴压加载单元，下轴压加载单元包括：底座和下压杆，底座与平板小车相连，下压杆与第一中心孔相配合，且其一端与底座相连接，其另一端与第二石墨管相配合，煤岩样品置于下压杆的上端，与下压杆同轴设置且位于第二石墨管下端还设有围压垫块，围压垫块与样品套管之间设有绝缘环；叶蜡石套与围压垫块之间还设有云母片，第一中心孔与下压杆之间还设有绝缘套；水冷套管、第一保护套和第二保护套由外至内依次套设在壳体与样品套管之间，第一保护套内壁的上端内径大于其下端内径，第二保护套的外壁与第一保护套相配合；水冷套管的外壁设有通水槽；上轴压加载单元，上轴压加载单元包括：上压头和上压杆，上压头与第三中心孔相配合；上压杆与第四中心孔相配合，且其一端连接于上压头的下端，其另一端与第二石墨管相配合并与煤岩样品相抵止；采集管组，采集管组包括第一采集管和第二采集管，第一采集管依次贯穿上压头和上压杆，其一端连接至煤岩样品的上端，其另一端为位于上压头上的第一采集口；第二采集管依次贯穿底座和下压杆，其一端连接至煤岩样品的下端，其另一端为位于底座上的第二采集口；以及电极板组，电极板组包括与上压头相连的上电极板和与支撑座相连的下电极板，电源的正极通过上电极板依次连通上压头、上压杆、围压压头至石墨管组件的上端；电源的负极通过下电极板依次连通底座、下压杆、围压垫块至石墨管组件的下端，以对煤岩样品进行加热。

在该技术方案中，在试验前，先将石墨管组件安装在平板小车上，将煤岩样品置于第二石墨管内，且其下端抵止在下压杆上，在壳体与样品套管之间，且由外至内依次套设水冷套管、第一保护套和第二保护套；将围压活塞套设入第二中心孔，围压压头上端连接于围压活塞的下端；然后将组合后的围压端盖、围压活塞、围压压头由壳体的容纳腔室的上敞开口进入容纳腔室，使围压压头的下端抵止在叶蜡石套上；最后使相连的上压头和上压杆依次穿过第三中心孔和第四中心孔，抵止在煤岩样品的上端；试验时，可以通过位于底座下端的液压升降台向上顶升、位于上压头上端的压力机向下压上压头实现对煤岩样品的轴向压力；可以通过由进油口处注入液压油，液压油推动围压活塞沿着第二中心孔向下运动，带动位于围压活塞下端的围压压头向下运动，由围压压头压缩叶蜡石套，使叶蜡石套压缩变形向横向传递压力，对煤岩样品产生围压；通过电极板组对煤岩样品进行加热来实现高温环境；试验完成后，将壳体与平板小车拆开，将平板小车上部的装置整体起吊，即将壳体、围压端盖、围压活塞、围压压头、水冷套管、第一保护套、第二保护套以及上压头和上压杆一同起吊，然后利用模具将样品套管内部的第一石墨管、叶蜡石套、第二石墨管、煤岩样品和刚玉垫取出，使用切开工具将煤岩样品取出。该试验装置可以实现轴压与围压的同步加载，取样时不会破坏煤岩样品的结构，能够准确模拟地质环境性，安全系数高。