[發明專利]一種裂隙試樣滲流-傳熱過程中的數據測量裝置與測量方法

有效

• 申請號: 201811366348.7
• 申請日: 2018-11-16
• 公開（公告）號: CN109270117B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發明（設計）人: 萬志軍;王駿輝;張源;丁根榮;程敬義;陳建
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 北京淮海知識產權代理事務所(普通合伙) 32205
• 代理人: 李鵬

本發明公開了一種裂隙試樣滲流?傳熱過程中的數據測量裝置與測量方法，在進行單裂隙試件滲流?傳熱試驗過程中通過入口假巖芯的檢測通道中的測溫線可測得裂隙入口水溫Tin2，出口假巖芯的檢測通道中的測溫線可實時測得裂隙出口水溫Tout、通孔中的測溫線可實測裂隙內沿程水溫Tf、沉孔中的測溫線可實測裂隙沿程內表面巖溫Ti；通過設計的裂隙隙寬測量裝置可以準確測量到裂隙隙寬b的變化量，垂直裂隙面的探頭緊貼試樣的外表面，消除了膠套變形產生的影響，大大消除了測量誤差。本發明對夾持器入口端進行了特別設計，在入口端預先進行溫度標定，先研究夾持器入口水溫和裂隙入口水溫在不同環境狀態下的關系，從而可以準確控制裂隙入口水溫達到標準設計值。

技術領域

本發明涉及一種測量裝置，具體是一種裂隙試樣滲流-傳熱過程中的數據測量裝置與測量方法，屬于礦山地熱與熱害防治領域。

背景技術

隨著我國東部及部分中部地區進入深地開采，高地溫礦井越來越普遍，針對深循環上升地下水引起的高熱異常礦井，其地熱資源進行主動利用或被動防治成為綠色礦山新方向。該課題需要解決的關鍵科學問題包括巖體裂隙網絡中水-熱遷移特性研究，其中進行單裂隙巖樣滲流過程中的傳熱試驗研究是基礎工作。研究時可將巖樣裝入夾持部件中，對相關參數進行測量，繼而通過計算和規律總結得到巖體裂隙網絡中水-熱遷移特性。

在實際工作中發現，水流進入夾持部件后會明顯受到傳熱的影響，導致夾持部件入口水溫與進入巖樣的裂隙入口水溫會有很大的不同，在這種情況下如果簡單的以夾持部件入口水溫來代表裂隙入口水溫會有很大的誤差。另外，在當前對于單裂隙巖石試樣滲流過程中的傳熱問題的研究中，基本都視巖樣內部溫度為黑箱，即對裂隙沿程水溫和裂隙沿程內表面巖溫是不做研究的，且裂隙的隙寬b的測量也存在較大的誤差。綜上，由于試驗變量的不統一、對巖石內部溫度情況不了解等都將導致單裂隙滲流過程中的傳熱問題研究不充分，無法為生產實際提供足夠的參考價值。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明的目的是提供一種能夠準確測量裂隙入口水溫，且能夠對巖樣內部溫度和裂隙變化情況準確了解的裂隙試樣滲流-傳熱過程中的數據測量裝置與測量方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種裂隙試樣滲流-傳熱過程中的數據測量裝置，包括夾持器，所述夾持器包括套筒，所述套筒中與其同軸設有膠套，套筒內壁與膠套外壁之間設有圍壓腔，且套筒外設有圍壓加載裝置；一入口假巖芯和一入口堵頭依次從夾持器的入口側塞入膠套中，且夾持器的入口側設有入口端蓋，一出口假巖芯和一出口堵頭依次從夾持器的出口側塞入膠套中，所述入口假巖芯和出口假巖芯沿各自中軸線分別設有水流通道，且入口假巖芯和出口假巖芯彼此相對的側面上各自從中心沿徑向發散設有多個滲流槽；

所述入口堵頭中與其中軸線平行設有兩條水流通孔，一條水流通孔通過管線Ⅰ連通至外部注水裝置，管線Ⅰ上設有閥門Ⅰ和溫度傳感器，另一條水流通孔通過管線Ⅱ連通至外部，管線Ⅱ上設有閥門Ⅱ；

所述入口假巖芯、出口假巖芯、膠套圍成的空腔中設有單裂隙試樣，單裂隙試樣中沿其長度方向間隔分布設有多個測試孔組，所述測試孔組包括一從單裂隙試樣外壁沿其徑向通至裂隙面的通孔和一從單裂隙試樣外壁向內開設的沉孔，所述沉孔的底部靠近裂隙面；所述入口假巖芯和出口假巖芯中各自以水流通道為起點沿徑向延伸設有檢測通道，所述各檢測通道、通孔和沉孔中皆設有測溫線，所述測溫線皆通過出口堵頭中設置的布線槽共同引出夾持器，所述出口堵頭中心沿其軸向設有水流引出孔，水流引出孔露出出口堵頭的一端通過出水管連接至一出水流量計，所述出水管上設有三通閥和背壓閥；所述套筒外部設有隙寬測量裝置，所述隙寬測量裝置的探頭垂直于裂隙面穿過套筒和膠套并頂住單裂隙試樣的外壁；

所述溫度傳感器、測溫線引出夾持器的端部、隙寬測量裝置、出水流量計共同連接至一數據采集器上。