本发明属于煤矿瓦斯灾害防治，具体涉及一种液态co2冻融循环煤致裂效应实验平台及操作方法。
背景技术：
1、瓦斯高效智能抽采是有效防治煤层瓦斯突出、保障煤矿安全开采的重要举措，而煤层高瓦斯含量、低孔渗性及复杂地质结构往往成为制约煤矿集约化开采的主要影响因素，特别是单一突出煤层，只能采用穿层钻孔和顺层钻孔预抽煤层瓦斯，由于煤层松软、透气性低等特性，导致瓦斯抽采率低，采掘期间存在一定程度的突出危险性。因此，煤层底孔渗特征成为制约瓦斯高效抽采的主要瓶颈，现多采用强化致裂增透技术来改造煤储层孔隙结构，旨在提高煤体渗透率。
2、现有的强化致裂增透技术的主要手段是煤层注液态co2冻融煤层致裂增透技术，冻融过程中煤孔-裂隙中的水相变膨胀产生冻胀力，当冻胀力超过煤的抗拉强度后，煤中将会萌生新孔隙，并促进原有孔-裂隙的进一步发育，从而提高煤层渗透性，实现增透促抽的目的。因此，需要探索煤在液态co2不同冻融次数作用下的煤样孔-裂隙特征演化规律，进一步完善注液态co2冻融煤层致裂增透技术的理论依据。
3、目前，尚无成熟的实验平台来探索煤在液态co2不同冻融次数作用下的煤样孔-裂隙特征演化规律，而煤孔隙结构的表征方法主要分为直接法和间接法，直接法采用先进的x射线、电子显微镜等光学技术，直接观察煤岩的孔隙结构；间接法是将标记溶液注入煤样，通过标记溶液的体积变化计算煤样的孔裂隙体积和形态特征，根据不同的标记溶液，将间接法分为汞侵入法、氮吸附法、核磁共振技术等。现有单一方法所获得的分形维数仅能反映一定尺度范围内孔隙的分形特征。
4、基于此，本申请提供一种液态co2冻融循环煤致裂效应实验平台及操作方法，主要用于对煤体进行冻融循环损伤，同时采用多种表征方法，具备准确表征孔-裂隙结构的优点。根据实验结果，可使用分形理论将煤孔隙结构的复杂程度进行量化。
技术实现思路
1、本发明针对单一低透松软突出煤层瓦斯抽采效率低下，采掘期间存在瓦斯突出潜在隐患的实际问题，从煤的微观孔-裂隙结构损伤的角度，提供了一种液态co2冻融循环煤致裂效应实验平台及操作方法，主要用于对煤体进行冻融循环损伤，同时采用多种表征方法，具备准确表征孔-裂隙结构的优点。根据实验结果，可使用分形理论将煤孔隙结构的复杂程度进行量化。
2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、第一方面，提供一种液态co2冻融循环煤致裂效应实验平台，包括干燥称重系统，用于煤样的干燥称重；真空饱水系统，用于煤样的真空饱水；液态co2冻融系统，用于冻融煤样；低温氮气吸附装置，用于表征煤样冻融前后的最大氮气吸附量、比表面积和孔体积的变化情况；扫描电子显微镜，用于表征煤样冻融前后的孔-裂隙的微观形貌。
4、在一种较佳实施例中，所述干燥称重系统包括干燥箱和电子天平，所述干燥箱采用可调节温度的干燥箱，用于消除煤样中的水分，所述电子天平用于煤样的称重。
5、在一种较佳实施例中，所述真空饱水系统包括抽真空容器和真空泵，所述抽真空容器包括抽气盘和钟罩，所述钟罩设于抽气盘上，所述抽气盘通过抽气管连接真空泵，利用真空泵将钟罩抽成真空。
6、优选的，所述抽气盘上设有密封圈，用于钟罩的密封，所述抽气管上设有阀门；所述钟罩采用透明材质制成。
7、在一种较佳实施例中，所述液态co2冻融系统包括液态co2罐和冷浸保温桶，所述液态co2罐通过高压胶管与冷浸保温桶相连通。
8、在一种较佳实施例中，所述冷浸保温桶包括桶体、盲板和卡箍，所述桶体由内胆和外胆组成，内胆和外胆之间形成真空腔，桶体的底部和顶部分别设有与内胆相连通的注液孔和压力表，所述盲板为真空状态的中空结构，所述盲板通过卡箍密封的盖设于所述桶体上。
9、在一种较佳实施例中，所述低温氮气吸附装置采用micromeriticsasap2460全自动比表面积及孔隙度分析仪。
10、在一种较佳实施例中，所述扫描电子显微镜采用merlincompact扫描电子显微镜。
11、第二方面，提供一种液态co2冻融循环煤致裂效应实验平台的操作方法，包括以下步骤：
12、步骤s1，煤样进行干燥称重：称取100g 60～80目的煤样放置在量杯中，并在干燥称重系统的干燥箱中以105℃±0.5℃的温度下干燥2h，然后取出煤样进行称重并记录，继续干燥煤样20min后再称重，如此循环，直到煤样质量降低不超过0.1g时认为煤样干燥称重完成；
13、步骤s2，煤样真空饱水实验：在装有煤样的量杯中加入超过煤样的水，并将量杯置于真空饱水系统的抽真空容器内对煤样进行真空饱水72h；
14、步骤s3，煤样冻融实验：将真空饱水后的煤样置于液态co2冻融系统的保温桶内，向保温桶内注入液态co2至设定桶内设定压力，待30min后泄压取出煤样，在室温下无风解冻；
15、步骤s4，煤样损伤表征实验：煤样解冻后，重复步骤s1对煤样重新进行干燥处理，然后将干燥后的煤样分成两份，分别使用低温氮气吸附装置和扫描电子显微镜进行空隙结构表征；
16、步骤s5，冻融循环实验：重复步骤s1～步骤s4，对煤样进行多次冻融及煤样损伤表征。
17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可实现液态co2对煤样的冻融循环实验，采用多种孔隙结构表征方法可以弥补单一表征方法的不足，所得的实验结果可作为后续煤孔隙结构的复杂程度进行量化的重要依据。因此，本发明对煤体孔隙结构损伤破坏机理、表征和分型建模提供了一套完整的解决方案。
1.一种液态co2冻融循环煤致裂效应实验平台，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的液态co2冻融循环煤致裂效应实验平台，其特征在于，所述干燥称重系统包括干燥箱和电子天平，所述干燥箱采用可调节温度的干燥箱，用于消除煤样中的水分，所述电子天平用于煤样的称重。
3.根据权利要求1所述的液态co2冻融循环煤致裂效应实验平台，其特征在于，所述真空饱水系统包括抽真空容器和真空泵，所述抽真空容器包括抽气盘和钟罩，所述钟罩设于抽气盘上，所述抽气盘通过抽气管连接真空泵，利用真空泵将钟罩抽成真空。
4.根据权利要求3所述的液态co2冻融循环煤致裂效应实验平台，其特征在于，所述抽气盘上设有密封圈，用于钟罩的密封，所述抽气管上设有阀门。
5.根据权利要求3所述的液态co2冻融循环煤致裂效应实验平台，其特征在于，所述钟罩采用透明材质制成。
6.根据权利要求1所述的液态co2冻融循环煤致裂效应实验平台，其特征在于，所述液态co2冻融系统包括液态co2罐和冷浸保温桶，所述液态co2罐通过高压胶管与冷浸保温桶相连通。
7.根据权利要求6所述的液态co2冻融循环煤致裂效应实验平台，其特征在于，所述冷浸保温桶包括桶体、盲板和卡箍，所述桶体由内胆和外胆组成，内胆和外胆之间形成真空腔，桶体的底部和顶部分别设有与内胆相连通的注液孔和压力表，所述盲板为真空状态的中空结构，所述盲板通过卡箍密封的盖设于所述桶体上。
8.根据权利要求1所述的液态co2冻融循环煤致裂效应实验平台，其特征在于，所述低温氮气吸附装置采用micromeriticsasap2460全自动比表面积及孔隙度分析仪。
9.根据权利要求1所述的液态co2冻融循环煤致裂效应实验平台，其特征在于，所述扫描电子显微镜采用merlincompact扫描电子显微镜。
10.一种液态co2冻融循环煤致裂效应实验平台的操作方法，其特征在于，利用权利要求1至9任一所述的液态co2冻融循环煤致裂效应实验平台按以下步骤进行：
