一種高壓水及負壓加載狀態(tài)下三軸應力滲流實驗裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高壓水及負壓加載狀態(tài)下三軸應力滲流實驗裝置，該裝置主要由三軸應力加載系統(tǒng)、氣滲透系統(tǒng)、水力壓裂系統(tǒng)、流量測量系統(tǒng)、傳感與控制系統(tǒng)五部分組成，水箱與計量泵通過管路連接，計量泵與壓力室連通，甲烷氣體瓶與壓力室連通，油箱通過管路與壓力室連接，軸壓控制閥與流量表和水壓表連接，壓力室底部與真空泵連接，電子氣體流量計與計算機連接。本發(fā)明同時還兼顧了水力壓裂功能，集滲流與水力壓裂實驗于一體，能夠進行高壓水及負壓載荷下的各種單軸與三軸滲流實驗，能夠模擬抽采鉆孔負壓狀態(tài)下的瓦斯運移及考察水力壓裂效果，在實驗室能完成對煤體試樣負壓狀態(tài)下的滲流規(guī)律研究以及試件采取水力壓裂措施后的增透效果考察。
【專利說明】一種高壓水及負壓加載狀態(tài)下三軸應力滲流實驗裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于滲流實驗設備領域，尤其涉及一種高壓水及負壓加載狀態(tài)下三軸應力滲流實驗裝置。

【背景技術】
[0002]當前用來研究煤體瓦斯?jié)B透率的設備，大都可以實現(xiàn)對煤體試樣進行不同體積應力、不同瓦斯壓力、圍壓加卸載、全應力應變過程、循環(huán)載荷、溫度影響等滲透性實驗。但瓦斯抽采過程中，孔口需施加一定的負壓才能實現(xiàn)，現(xiàn)有的設備能夠調(diào)節(jié)出口的壓力大小，但是能調(diào)至負壓的滲透性實驗受到極大的限制；另外，水力壓裂增透技術研究大都是現(xiàn)場試驗或者是基于固流耦合理論的滲透率數(shù)值模擬，缺乏實驗室研究。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種高壓水及負壓加載狀態(tài)下三軸應力滲流實驗裝置，旨在解決目前相關的三軸滲流實驗裝置不能夠?qū)崿F(xiàn)出口負壓作用下煤體瓦斯?jié)B透特性實驗以及進行實驗室水力壓裂的增透效果考察的問題。
[0004]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:一種高壓水及負壓加載狀態(tài)下三軸應力滲流實驗裝置主要由三軸應力加載系統(tǒng)、氣滲透系統(tǒng)、水力壓裂系統(tǒng)、流量測量系統(tǒng)、傳感與控制系統(tǒng)五部分組成，具體包括水箱、流量表、計量泵、水壓表、閥門、密封膠圈、壓力室、圍壓增壓膠圈、試件、油壓表、圍壓控制閥、軸壓控制閥、油箱、計算機、減壓閥、甲烷氣體瓶、氣壓表、氣水分離器、電子氣體流量計、阻尼器、真空泵；
[0005]水箱與計量泵通過管路連接，連接管路上設置有流量表，計量泵上設置有水壓表；計量泵與壓力室連通，連接管路上設置有閥門，甲烷氣體瓶與壓力室連通，連接管路上設置有減壓閥和氣壓表；油箱通過管路與壓力室連接，連接管路上設置有閥門、油壓表、圍壓控制閥、軸壓控制閥，圍壓控制閥與計算機連接，軸壓控制閥與流量表和水壓表連接；壓力室底部與真空泵連接，連接管路上設置有阻尼器、電子氣體流量計、氣壓表、氣水分離器、閥門，電子氣體流量計與計算機連接；壓力室上設置有密封膠圈、圍壓增壓膠圈，試件放置在壓力室內(nèi)。
[0006]進一步，所述的三軸應力加載系統(tǒng)由壓力室筒、底座、活塞桿、密封膠圈和壓力室組成，壓力室筒安裝在底座上，活塞桿與壓力室筒之間安裝有密封膠圈，計量泵通過穿過活塞桿的管路與壓力室連通。
[0007]進一步，所述的氣滲透系統(tǒng)主要由甲烷氣體瓶、減壓閥、閥門、氣壓表、電子氣體流量計、阻尼器、真空泵連接組成，甲烷氣體瓶通過管路穿過活塞桿與壓力室連通，管路上設置有減壓閥、閥門、氣壓表，壓力室底部通過管路與真空泵連接，管路上設置有氣壓表、電子氣體流量計、阻尼器。
[0008]進一步，所述的水力壓裂系統(tǒng)主要由水管、水箱、流量表、水壓表、計量泵、閥門、放空管、接往系統(tǒng)進口連接組成，水箱與計量泵連接的管路上安裝有流量表，計量泵上安裝有水壓表，計量泵與接往系統(tǒng)進口的連接管路上設置有放空管和閥門。
[0009]進一步，所述的流量測量系統(tǒng)包括通過管路連接的閥門、氣水分離器、氣壓表、電子氣體流量計、阻尼器、真空泵，閥門設置在連接管路和氣水分離器上，電子氣體流量計和氣水分離器之間的連接管道上設置有氣壓表，電子氣體流量計和真空泵之間安裝有阻尼器。
[0010]效果匯總
[0011]本發(fā)明彌補了常規(guī)三軸應力滲流實驗儀不能提供負壓的不足，同時還兼顧了水力壓裂功能，集滲流與水力壓裂實驗于一體，能夠進行高壓水及負壓載荷下的各種單軸與三軸滲流實驗，能夠模擬抽采鉆孔負壓狀態(tài)下的瓦斯運移及考察水力壓裂效果，在實驗室能完成對煤體試樣負壓狀態(tài)下的滲流規(guī)律研究以及試件采取水力壓裂措施后的增透效果考察。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明實施例提供的高壓水及負壓加載狀態(tài)下三軸應力滲流實驗裝置的結構示意圖；
[0013]圖2是本發(fā)明實施例提供的三軸應力加載系統(tǒng)的結構示意圖；
[0014]圖3是本發(fā)明實施例提供的氣滲透系統(tǒng)的結構示意圖；
[0015]圖4是本發(fā)明實施例提供的水力壓裂系統(tǒng)的結構示意圖；
[0016]圖5是本發(fā)明實施例提供的流量測量系統(tǒng)的結構示意圖；
[0017]圖中:1_水箱；2_流量表；3_計量泵；4_水壓表；5_閥門；6_密封膠圈；7-壓力室；8_圍壓增壓膠圈；9_試件；10_油壓表；11_圍壓控制閥；12_軸壓控制閥；13_油箱；14-計算機；15-減壓閥；16_甲烷氣體瓶；17-氣壓表18-氣水分離器；19_電子氣體流量計；20_阻尼器；21_真空泵；22_壓力室筒；23_底座；24_活塞桿；25_水管；26_放空管；27-接往系統(tǒng)進口。

【具體實施方式】
[0018]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0019]圖1示出了本發(fā)明的高壓水及負壓加載狀態(tài)下三軸應力滲流實驗裝置的結構，如圖所示，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種高壓水及負壓加載狀態(tài)下三軸應力滲流實驗裝置主要由三軸應力加載系統(tǒng)、氣滲透系統(tǒng)、水力壓裂系統(tǒng)、流量測量系統(tǒng)、傳感與控制系統(tǒng)五部分組成，具體包括水箱1、流量表2、計量泵3、水壓表4、閥門5、密封膠圈6、壓力室7、圍壓增壓膠圈8、試件9、油壓表10、圍壓控制閥11、軸壓控制閥12、油箱13、計算機14、減壓閥15、甲烷氣體瓶16、氣壓表17、氣水分離器18、電子氣體流量計19、阻尼器20、真空泵21 ；
[0020]水箱I與計量泵3通過管路連接，連接管路上設置有流量表2，計量泵3上設置有水壓表4 ;計量泵3與壓力室7連通，連接管路上設置有閥門5，甲烷氣體瓶16與壓力室7連通，連接管路上設置有減壓閥15和氣壓表17 ;油箱13通過管路與壓力室7連接，連接管路上設置有閥門5、油壓表10、圍壓控制閥11、軸壓控制閥12，圍壓控制閥11與計算機14連接，軸壓控制閥12與流量表2和水壓表4連接；壓力室7底部與真空泵21連接，連接管路上設置有阻尼器20、電子氣體流量計19、氣壓表17、氣水分離器18、閥門5，電子氣體流量計19與計算機14連接；壓力室7上設置有密封膠圈6、圍壓增壓膠圈8，試件9放置在壓力室7內(nèi)。
[0021]進一步，如圖2所示，所述的三軸應力加載系統(tǒng)由壓力室筒22、底座23、活塞桿24、密封膠圈6和壓力室7組成，壓力室筒22安裝在底座23上，活塞桿24與壓力室筒22之間安裝有密封膠圈6，計量泵3通過穿過活塞桿24的管路與壓力室7連通。
[0022]進一步，如圖3所示，所述的氣滲透系統(tǒng)主要由甲烷氣體瓶16、減壓閥15、閥門5、氣壓表17、電子氣體流量計19、阻尼器20、真空泵21連接組成，甲烷氣體瓶16通過管路穿過活塞桿24與壓力室7連通，管路上設置有減壓閥15、閥門5、氣壓表17，壓力室7底部通過管路與真空泵21連接，管路上設置有氣壓表17、電子氣體流量計19、阻尼器20。
[0023]進一步，如圖4所示，所述的水力壓裂系統(tǒng)主要由水管25、水箱1、流量表2、水壓表4、計量泵3、閥門5、放空管26、接往系統(tǒng)進口 27連接組成，水箱I與計量泵3連接的管路上安裝有流量表2，計量泵3上安裝有水壓表4，計量泵3與接往系統(tǒng)進口 27的連接管路上設置有放空管26和閥門5。
[0024]進一步，如圖5所示，所述的流量測量系統(tǒng)包括通過管路連接的閥門5、氣水分離器18、氣壓表17、電子氣體流量計19、阻尼器20、真空泵21，閥門5設置在連接管路和氣水分離器18上，電子氣體流量計19和氣水分離器18之間的連接管道上設置有氣壓表17，電子氣體流量計19和真空泵21之間安裝有阻尼器20。氣體流量測試有兩大特點:一是，在負壓作用下進行測量；二是，氣體流量比較小，變化范圍較大。所以應選用量程大且能測定較小流量的數(shù)字質(zhì)量流量計，定制1000SCCM的耐高壓氣體質(zhì)量流量計。流量計接在滲流出口，當測量負壓作用下的流量時，出口處還要有壓力表、阻尼器及真空泵。另外，測量水力壓裂后的氣體流量時，要在流量計前端安裝簡易的氣水分離器，以避免水力壓裂殘留的水進入氣體流量計而導致測量結果的較大誤差，甚至造成氣體流量計的損壞。
[0025]本發(fā)明彌補了常規(guī)三軸應力滲流實驗儀不能提供負壓的不足，同時還兼顧了水力壓裂功能，集滲流與水力壓裂實驗于一體，能夠進行高壓水及負壓載荷下的各種單軸與三軸滲流實驗，能夠模擬抽采鉆孔負壓狀態(tài)下的瓦斯運移及考察水力壓裂效果，在實驗室能完成對煤體試樣負壓狀態(tài)下的滲流規(guī)律研究以及試件采取水力壓裂措施后的增透效果考察，該系統(tǒng)與煤礦井下實際采場條件相符合，且安全、合理，對各功能系統(tǒng)的操作與控制具有直觀、便捷性，極大地節(jié)省由于盲目實施井下順煤層、穿煤層或頂?shù)装鍑鷰r水力壓裂造成的工程施工、材料、人力及生產(chǎn)延誤等方面的經(jīng)濟損失。
[0026]上述雖然結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種高壓水及負壓加載狀態(tài)下三軸應力滲流實驗裝置，其特征在于，所述的高壓水及負壓加載狀態(tài)下三軸應力滲流實驗裝置主要由三軸應力加載系統(tǒng)、氣滲透系統(tǒng)、水力壓裂系統(tǒng)、流量測量系統(tǒng)、傳感與控制系統(tǒng)五部分組成，具體包括水箱、流量表、計量泵、水壓表、閥門、密封膠圈、壓力室、圍壓增壓膠圈、試件、油壓表、圍壓控制閥、軸壓控制閥、油箱、計算機、減壓閥、甲烷氣體瓶、氣壓表、氣水分離器、電子氣體流量計、阻尼器、真空泵； 水箱與計量泵通過管路連接，連接管路上設置有流量表，計量泵上設置有水壓表；計量泵與壓力室連通，連接管路上設置有閥門，甲烷氣體瓶與壓力室連通，連接管路上設置有減壓閥和氣壓表；油箱通過管路與壓力室連接，連接管路上設置有閥門、油壓表、圍壓控制閥、軸壓控制閥，圍壓控制閥與計算機連接，軸壓控制閥與流量表和水壓表連接；壓力室底部與真空泵連接，連接管路上設置有阻尼器、電子氣體流量計、氣壓表、氣水分離器、閥門，電子氣體流量計與計算機連接；壓力室上設置有密封膠圈、圍壓增壓膠圈，試件放置在壓力室內(nèi)。
2.如權利要求1所述的高壓水及負壓加載狀態(tài)下三軸應力滲流實驗裝置，其特征在于，所述的三軸應力加載系統(tǒng)由壓力室筒、底座、活塞桿、密封膠圈和壓力室組成，壓力室筒安裝在底座上，活塞桿與壓力室筒之間安裝有密封膠圈，計量泵通過穿過活塞桿的管路與壓力室連通。
3.如權利要求1所述的高壓水及負壓加載狀態(tài)下三軸應力滲流實驗裝置，其特征在于，所述的氣滲透系統(tǒng)主要由甲烷氣體瓶、減壓閥、閥門、氣壓表、電子氣體流量計、阻尼器、真空泵連接組成，甲烷氣體瓶通過管路穿過活塞桿與壓力室連通，管路上設置有減壓閥、閥門、氣壓表，壓力室底部通過管路與真空泵連接，管路上設置有氣壓表、電子氣體流量計、阻尼器。
4.如權利要求1所述的高壓水及負壓加載狀態(tài)下三軸應力滲流實驗裝置，其特征在于，所述的水力壓裂系統(tǒng)主要由水管、水箱、流量表、水壓表、計量泵、閥門、放空管、接往系統(tǒng)進口連接組成，水箱與計量泵連接的管路上安裝有流量表，計量泵上安裝有水壓表，計量泵與接往系統(tǒng)進口的連接管路上設置有放空管和閥門。
5.如權利要求1所述的高壓水及負壓加載狀態(tài)下三軸應力滲流實驗裝置，其特征在于，所述的流量測量系統(tǒng)包括通過管路連接的閥門、氣水分離器、氣壓表、電子氣體流量計、阻尼器、真空泵，閥門設置在連接管路和氣水分離器上，電子氣體流量計和氣水分離器之間的連接管道上設置有氣壓表，電子氣體流量計和真空泵之間安裝有阻尼器。
【文檔編號】G01N3/10GK104297128SQ201410586126
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月28日 優(yōu)先權日:2014年10月28日
【發(fā)明者】田坤云, 孫光中, 孫文標, 李鳳琴, 徐星, 張瑞林, 姜琳 申請人:河南工程學院