[發明專利]一種煤巖體應變?裂隙?滲透率的測試裝置及方法

在審

• 申請號: 201711081793.4
• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107870144A
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 張磊;黃夢牽;郝定溢;葉志偉;唐俊;方新秋;吳剛;張村;陳帥
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 唐紹焜

1.一種煤巖體應變-裂隙-滲透率的測試裝置，其特征在于：包括氣體罐(1)、高壓釜體、測試煤樣、應變片(4)、聲發射探頭(5)、全自動軸壓加壓泵(7)、數據采集器(11)、計算機(12)及氣體回收器(9)；

所述氣體罐(1)通過流量閥(2)接入所述高壓釜體；在所述高壓釜體內設有實時監控高壓釜體內部的氣壓的壓力傳感器(6)；所述測試煤樣放置在所述高壓釜體內；在所述測試煤樣中心開設有中心孔；在所述測試煤樣側面設有實時記錄所述測試煤樣在軸向力作用下的應變的所述應變片(4)及均勻放置的用于監測所述測試煤樣的裂隙發育情況的所述聲發射探頭(5)；在所述高壓釜體底部設有用于控制測試環境溫度的溫控水域(13)；

所述全自動軸壓加壓泵(7)通過壓力桿與所述高壓釜體連接，所述壓力桿內部為空芯，連接所述測試煤樣的中心孔；在所述壓力桿上設有排氣孔，所述排氣孔通過管道與所述氣體回收器(9)連接；在所述管道上設有記錄流經所述管道的流量值的流量計(8)；

所述應變片(4)、所述聲發射探頭(5)、所述壓力傳感器(6)以及所述流量計(8)均與所述數據采集器(11)連接；所述數據采集器(11)與所述計算機(12)連接。

2.根據權利要求1所述的測試裝置，其特征在于：所述流量計(8)為全自動切換流量計。

3.根據權利要求1所述的測試裝置，其特征在于：在所述高壓釜體上設有數據接口，所述應變片(4)與所述聲發射探頭(5)通過導線與所述數據接口連接，所述數據接口與所述數據采集器(11)連接。

4.根據權利要求1所述的測試裝置，其特征在于：所述應變片(4)為橫向及縱向應變片；所述聲發射探頭(5)的分布情況為：在測試煤樣側面的上部等間距放置三個聲發射探頭(5)，下部等間距放置三個聲發射探頭(5)，中間等間距放置兩個聲發射探頭(5)。

5.根據權利要求4所述的測試裝置，其特征在于：所述聲發射探頭(5)與所述測試煤樣之間涂抹凡士林。

6.根據權利要求1所述的測試裝置，其特征在于：在所述高壓釜體內部設有監測所述高壓釜體內部實際溫度的溫度傳感器(10)。

7.一種應用權利要求1所述的測試裝置的測試方法，其特征在于：包括步驟：

步驟1：打開流量閥，通過氣體罐想高壓釜體注氣；等到壓力傳感器顯示高壓釜體內氣壓穩定時，開始記錄數據；

步驟2：記錄高壓釜體的氣壓P₁及測試煤樣中心孔氣壓P₂；其中，所述測試煤樣中心孔氣壓P₂為測試煤樣中心孔氣體進入氣體回收器的氣壓，故視為大氣壓；流量計記錄氣體罐向高壓釜體注氣的流量值Q；

步驟3：通過全自動軸壓加壓泵給測試煤樣施加的載荷由0MPa逐步增至16MPa，記錄期間各穩定壓力點對應的應變以及聲發射事件數；

步驟4：分別計算不同軸向載荷的滲透率，結合聲發射源三維定位技術對聲發射源的定位結果，繪圖并建立應力裂隙滲流三維立體模型。

8.根據權利要求7所述的測試方法，其特征在于：所述滲透率計算方法是由達西定律推導求得，為

K=μQ ln(r0r1)πh(P12-P22)]]>

式中K為滲透率；μ為氣體粘度；Q為氣體流量；r₀為圓柱形煤樣的半徑；r₁為中心孔半徑；h為煤樣高度；P₁封閉高壓釜體的氣體壓力；P₂為煤樣中心孔的壓力；根據以上公式分別計算不同軸向載荷與氣體壓力的滲透率。