[發明專利]一種適用于真三軸加載的電法監測裝置及其使用方法

有效

• 申請號: 202110219194.4
• 申請日: 2021-02-26
• 公開（公告）號: CN112985982B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 李楠;趙輝;燕滿月;蔡超;陳鵬;李志懷
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N3/06
• 分類號: G01N3/06;G01N3/08
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 李翩

本發明公開了一種適用于真三軸加載的電法監測裝置，包括固定在加載板上的電極安裝板，電極安裝板上開有若干用于安裝電極體并且呈矩形陣列均布的螺紋孔，電極安裝板貼合加載板的一側面上開有若干用于將同列或同行螺紋孔端點串聯起來的線槽，線槽的兩端分別延伸至電極安裝板邊緣，本裝置提供了新型的電極體，安裝與更換更方便，同時電極體安裝位置的選擇更加靈活，采用本裝置與本方法能夠全方位立體監測巖石試樣受載破壞全過程的電性變化特征。

技術領域

本發明涉及煤巖體室內力學與電性特征實驗領域，具體涉及一種適用于真三軸加載的電法監測裝置及其使用方法。

背景技術

目前，地下巖土工程已經涉及到地下采礦、天然氣與石油等能源的開采，同時也影響著隧道與地下洞室建設活動，深部巖土承受著三個正交方向的力，在實驗室真三軸加載條件下可對地應力進行真實模擬，分別為最大主應力，中主應力與小主應力。任何開采條件下都會對地下巖土的受力狀態產生擾動，巖石內部結構發生變化，其電性特征也會改變，例如裂隙的發育會導致電阻率的增大，如果巖體裂隙充分發育自身強度下降，在高應力狀態下會產生沖擊地壓等動力災害。外地應力的大小與復雜程度隨著埋深變大而增加，破壞形式也復雜多樣，因此對三向圍壓條件下煤巖破壞全過程的電性特征研究非常重要。

在深部環境資源開采利用的技術手段之一的水力壓裂技術非常重要，在采油活動中，該技術改造巖層的滲透性，在采煤活動中，該技術使煤巖層達到增透卸壓的目的，水力壓裂技術對目標巖體的破壞，同樣會導致其電性特征的變化，特別使壓裂液作為低阻體在電法監測中具有顯著響應，為電法監測水力壓裂技術的影響范圍評價提供支持。因此對水力壓裂過程的電性特征變化以及裂紋擴展的研究也十分重要。為了有效模擬深部開采活動中巖石擾動受損與水力壓裂范圍監測的電性特征，許多學者對煤巖體再三軸加載條件下的電性特征進行研究。

在真三軸條件下巖石壓裂實驗的試樣中，為達到對裂縫擴展規律與電性特征變化更好的研究，許多學者根據煤巖體力學特征配比一些相似材料，在模具中澆筑，將電極或者探頭埋設在未凝固的試樣中，或者在原煤與原巖的基礎上，進行挖孔挖槽處理，以便安裝電極與探頭。此種情況下再進行真三軸加載條件下模擬實驗，以此方式期望得到裂縫擴展以及電性變化的規律。但是此種操作方式下很容易改變煤巖的物理結構與化學性質，并且破壞煤巖體的整體性，對現場環境的模擬產生會較大的偏差。而且目前測量單軸或者真三軸條件下煤巖體的電性特征，由于安裝不便，大都采用少量的探頭或者電極進行監測，獲得數據量不多，很難全面地對煤巖體進行水力壓裂過程的變化特征進行研究。中國專利CN105716954A公開了一種面向水力壓裂模擬實驗的裂縫形態電學監測方法，在水泥澆筑時加入多根導電石墨棒陣列，待成型固結后，向試件內部注入壓裂液，通過測量各個電阻率電阻變化判斷裂縫發展情況，但是此種方式使電極無法回收，造成材料的浪費，而且測量方式比較傳統，難以高效得到精確數據。

發明內容

針對上述存在的技術不足，本發明的目的是提供一種適用于真三軸加載的電法監測裝置及其使用方法，其提供了新型電極體，方便安裝與更換，同時使電極位置的選擇更加靈活，能夠全方位立體監測巖石試樣受載破壞全過程的電性變化特征。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

本發明提供一種適用于真三軸加載的電法監測裝置，包括固定在加載板上的電極安裝板，所述電極安裝板上開有若干用于安裝電極體并且呈矩形陣列均布的螺紋孔，所述電極安裝板貼合加載板的一側面上開有若干用于將同列或同行螺紋孔端點串聯起來的線槽，所述線槽的兩端分別延伸至電極安裝板邊緣，所述電極體包括金屬探頭，所述金屬探頭上端的嵌套有探頭帽，所述金屬探頭上端面與探頭帽內腔頂面之間壓緊有彈簧，所述探頭帽側面上對稱設置有兩個倒r形滑槽，所述金屬探頭側面設有兩個與倒r形滑槽適配的用于限制探頭帽向下最大位移的滑栓，所述探頭帽頂端開有一個連通其內腔的導線孔，所述探頭帽的外壁上設有與螺紋孔適配的外螺紋，所述金屬探頭連接有導線，所述導線穿過探頭帽內腔和導線孔后沿著線槽延伸到電極安裝板邊緣。

優選地，所述金屬探頭側邊上滑栓的高度不超過探頭帽的外徑。