[發明專利]一種考慮層間界面性質的煤巖組合體物模試樣的制備方法

有效

• 申請號: 202111506556.4
• 申請日: 2021-12-10
• 公開（公告）號: CN114279800B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 梁曉敏;康天合;康健婷;張彬;李立功;張連昆;張智敏;李昊洋
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01N1/36
• 分類號: G01N1/36;G01N1/28
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 楊斌華

1.一種考慮層間界面性質的煤巖組合體物模試樣的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：

第一步，在礦井下采集煤系氣復合儲層新鮮煤樣及相鄰含氣巖層的巖樣，標記取樣方位與層位；所述巖樣包括頁巖、致密砂巖和煤巖；

第二步，將第一步所取煤樣及巖樣加工為長為250mm、寬為250mm、厚度為各層巖層實際厚度1/100的長方體煤樣及各層長方體巖樣；

第三步，將采集的部分新鮮煤樣加工為直徑d₁＜0.2mm的煤粒，將所得煤粒隔絕空氣加熱至350℃并恒溫保持4h，使煤軟化、熔融形成膠質體，以此作為煤層與其他巖層層間界面處的粘合劑；

第四步，將采集的部分頁巖巖樣加工為直徑d₂＜2mm的顆粒，按頁巖顆粒與純水的質量比為10:1的比例，將純水均勻滴入所得頁巖顆粒，使頁巖顆粒軟化產生黏性，以此作為頁巖與砂巖層間界面處的粘合劑；

第五步，利用立方體鋼質模具制備煤系氣復合儲層煤巖組合體立方體試件，所述立方體鋼質模具設有活動前擋板，首先參照第一步所得煤系氣復合儲層各巖層層位，確定煤系氣復合儲層的煤巖組合類型；將位于最下位的長方體煤樣或巖樣放置于模具底部，然后選擇與最下位長方體煤樣或巖樣對應的層間界面粘合劑，將粘合劑平鋪于最下層長方體煤樣或巖樣的上表面，進一步將上位長方體煤樣或巖樣放置于下位長方體煤樣或巖樣上方；按照上述同樣方法依次在模具內最上層長方體煤樣或巖樣的上表面平鋪對應粘合劑，進一步在所鋪設粘合劑上方放置對應的上位長方體煤樣或巖樣，直至完成所有煤樣或巖樣的疊放；

第六步，將立方體鋼質模具的活動前擋板插至立方體鋼制模具底面，完成整個模具；

第七步，根據煤系氣復合儲層地層層位，計算煤系氣復合儲層的平均覆巖應力P，P=γH，其中，γ為煤系氣復合儲層上覆巖層的平均容重，H為煤系氣復合儲層的平均埋深；

第八步，在第六步制備所得模具頂部采用液壓千斤頂施加與第七步計算結果相同的均布剛性載荷以模擬煤系氣復合儲層覆巖應力，加載至設定值后，持續穩壓3d后卸載；

第九步，含煤巖組合體的立方體鋼制模具卸載后，靜置48h，待模具內煤巖組合體試樣完全冷卻、干燥后，將活動前擋板抽出并拆除立方體鋼制模具即可得到煤系氣復合儲層煤巖組合體的物理模擬試樣。

2.根據權利要求1所述的一種考慮層間界面性質的煤巖組合體物模試樣的制備方法，其特征在于：第五步中，立方體鋼質模具材質為45鋼，模具壁厚為20mm，模具的內腔長為250mm、寬為250mm，所述立方體鋼質模具的活動前擋板上設有插銷，立方體鋼質模具上設有與插銷匹配的凹槽滑道。

3.根據權利要求1所述的一種考慮層間界面性質的煤巖組合體物模試樣的制備方法，其特征在于：所述煤粒制備的膠質體及含水的頁巖顆粒作為層間界面處粘合劑時，粘合劑的鋪設厚度為層間界面粘合劑取材巖層實際厚度的1/1000。

4.根據權利要求1所述的一種考慮層間界面性質的煤巖組合體物模試樣的制備方法，其特征在于：所述第九步中，拆除立方體鋼制模具所得煤系氣復合儲層煤巖組合體的物理模擬式樣包括煤樣-砂巖層-頁巖層、煤樣-頁巖層-砂巖層、煤層-頁巖層和煤樣-砂巖層中的任意一種；對拆除立方體鋼制模具所得的煤系氣復合儲層煤巖組合體物理模擬試樣的6個表面進行磨平。