真三軸流壓致裂、割縫、滲流、瓦斯驅(qū)趕一體化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及煤礦開(kāi)采領(lǐng)域，具體而言，涉及一種真三軸流壓致裂、割縫、滲流、瓦斯 驅(qū)趕一體化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤礦中的堅(jiān)硬頂板、沖擊地壓、低滲透性煤層瓦斯抽采、煤與瓦斯突出、堅(jiān)硬厚及 特厚煤層綜放開(kāi)采等是制約礦井安全高效生產(chǎn)的技術(shù)難題。解決這些技術(shù)難題涉及一個(gè)共 性的核心問(wèn)題一一煤巖體結(jié)構(gòu)改造，在煤巖體中人工增加裂縫，弱化其強(qiáng)度、改善其滲透性 等。水力致裂是實(shí)現(xiàn)煤巖體結(jié)構(gòu)改造的有效途徑。
[0003] 煤巖層結(jié)構(gòu)復(fù)雜、煤層質(zhì)軟、瓦斯的吸附解吸效應(yīng)、天然裂縫發(fā)育、非均質(zhì)性嚴(yán)重、 采動(dòng)影響等因素導(dǎo)致煤巖體水力致裂變得復(fù)雜，煤礦井下水力致裂和煤層氣的開(kāi)發(fā)實(shí)踐已 經(jīng)證明了這一點(diǎn)。
[0004] 由于水力致裂過(guò)程中地層中的裂縫擴(kuò)展與裂縫形態(tài)是很復(fù)雜的，而目前的監(jiān)測(cè)技 術(shù)無(wú)法精確的監(jiān)測(cè)水力致裂過(guò)程中裂縫的實(shí)時(shí)擴(kuò)展及裂縫形態(tài)，因此人們對(duì)水力致裂現(xiàn)場(chǎng) 施工裂縫的擴(kuò)展規(guī)律等不清楚，這將會(huì)導(dǎo)致水力致裂的現(xiàn)場(chǎng)施工具有盲目性，造成施工效 果不佳甚至失敗，在很大程度上制約了水力致裂技術(shù)的發(fā)展和推廣。而目前煤炭系統(tǒng)還沒(méi) 有一套完整的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)針對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)深入的研宄，因此迫切需要研制相應(yīng)的實(shí)驗(yàn) 系統(tǒng)對(duì)其機(jī)理等開(kāi)展研宄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種真三軸流壓致裂、割縫、滲流、瓦斯驅(qū)趕一體化實(shí)驗(yàn)系 統(tǒng)，以解決上述的問(wèn)題。
[0006] 在本發(fā)明的實(shí)施例中提供了一種真三軸流壓致裂、割縫、滲流、瓦斯驅(qū)趕一體化實(shí) 驗(yàn)系統(tǒng)，包括真三軸實(shí)驗(yàn)框架、加載系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)；
[0007] 真三軸實(shí)驗(yàn)框架與加載系統(tǒng)通過(guò)油路連接；
[0008] 監(jiān)控系統(tǒng)分別與真三軸實(shí)驗(yàn)框架和加載系統(tǒng)信號(hào)連接；
[0009] 真三軸實(shí)驗(yàn)框架包括主架和六個(gè)扁千斤頂；
[0010] 主架上內(nèi)設(shè)置有試塊加載腔；
[0011] 六個(gè)扁千斤頂均設(shè)置在試塊加載腔內(nèi)；
[0012] 六個(gè)扁千斤頂共同圍成一個(gè)正六面體。
[0013] 進(jìn)一步的，主架包括底板、上蓋板、限位鋼柱、限位器、圓環(huán)鋼圈和弧形墊板；
[0014] 上蓋板和底板分別設(shè)置在圓環(huán)鋼圈的兩端；
[0015] 上蓋板與底板通過(guò)限位鋼柱固定連接；
[0016] 弧形墊板為四塊，均勻排列設(shè)置在圓環(huán)鋼圈內(nèi)；
[0017] 四塊弧形墊板分別與正六面體的四個(gè)側(cè)面相抵。
[0018] 進(jìn)一步的，加載系統(tǒng)包括六通道液壓穩(wěn)壓控制加載系統(tǒng)和四通道電液伺服控制加 載系統(tǒng)；
[0019] 六通道液壓穩(wěn)壓控制加載系統(tǒng)和四通道電液伺服控制加載系統(tǒng)分別與真三軸實(shí) 驗(yàn)框架油路連接；
[0020] 四通道電液伺服控制加載系統(tǒng)與真三軸實(shí)驗(yàn)框架之間通過(guò)四通道油水轉(zhuǎn)換增壓 器連接；
[0021] 六通道液壓穩(wěn)壓控制加載系統(tǒng)與真三軸實(shí)驗(yàn)框架之間通過(guò)分油器連接。
[0022] 進(jìn)一步的，分油器的一側(cè)設(shè)置有三個(gè)進(jìn)油管路，相對(duì)的另一側(cè)設(shè)置有六個(gè)出油管 路；
[0023] 每個(gè)進(jìn)油管路分別對(duì)應(yīng)連通兩個(gè)出油管路；
[0024] 分油器設(shè)置在分油箱內(nèi)；
[0025] 分油箱的一側(cè)設(shè)置有三個(gè)進(jìn)油孔，相對(duì)的另一側(cè)設(shè)置有六個(gè)出油孔；
[0026] 分油箱上部設(shè)置有上蓋；
[0027] 分油箱的下部設(shè)置有排油閥。
[0028] 進(jìn)一步的，監(jiān)控系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理器、壓力傳感器和變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；
[0029] 壓力傳感器和變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分別與數(shù)據(jù)處理器信號(hào)連接；
[0030] 分油器上設(shè)置有三個(gè)壓力傳感器；
[0031] 變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括24只位移傳感器；
[0032] 位移傳感器暗藏安裝在扁千斤頂?shù)幕⌒螇|板上；
[0033] 位移傳感器布線采用在弧形墊板上開(kāi)引線槽，將位移傳感器的數(shù)據(jù)線集中到弧形 墊板的上部；
[0034] 位移傳感器的連接方式采用快插頭的形式，在弧形墊板上部安裝快插頭母頭。
[0035] 進(jìn)一步的，真三軸流壓致裂、割縫、滲流、瓦斯驅(qū)趕一體化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)還包括真三軸 流壓致裂系統(tǒng)；
[0036] 真三軸流壓致裂系統(tǒng)包括相似材料澆注裸孔模擬系統(tǒng)、石塊鉆孔封孔系統(tǒng)、彎曲 封孔器和多孔同時(shí)獨(dú)立控制致裂系統(tǒng)；
[0037] 相似材料澆注裸孔模擬系統(tǒng)、石塊鉆孔封孔系統(tǒng)、彎曲封孔器和多孔同時(shí)獨(dú)立控 制致裂系統(tǒng)并聯(lián)設(shè)置；
[0038] 相似材料澆注裸孔模擬系統(tǒng)包括一根細(xì)圓桿及設(shè)置在其一端上的纏繞線；
[0039] 石塊鉆孔封孔系統(tǒng)包括0型密封圈和密封膠；
[0040] 彎曲封孔器包括無(wú)孔垂直段與有孔彎曲段，用于模擬斜交應(yīng)力場(chǎng)的水壓裂縫擴(kuò)展 規(guī)律；
[0041] 多孔同時(shí)獨(dú)立控制致裂系統(tǒng)包括多孔蓋板磨具和限位器，能實(shí)現(xiàn)最多5個(gè)鉆孔同 時(shí)獨(dú)立控制流壓致裂。
[0042] 進(jìn)一步的，真三軸流壓致裂、割縫、滲流、瓦斯驅(qū)趕一體化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)還包括真三軸 滲流與瓦斯驅(qū)趕系統(tǒng)；
[0043] 真三軸滲流與瓦斯驅(qū)趕系統(tǒng)包括上部滲流板和下部滲流板；
[0044] 上部滲流板與下部滲流板上均陣列設(shè)置有滲流孔；
[0045] 上部滲流板上還設(shè)置有入水孔和水力致裂孔；
[0046] 下部滲流板上還設(shè)置有出水孔；
[0047] 真三軸滲流與瓦斯驅(qū)趕系統(tǒng)在試塊四周用密封膠澆注。
[0048] 進(jìn)一步的，真三軸流壓致裂、割縫、滲流、瓦斯驅(qū)趕一體化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)還包括水力割 縫實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；
[0049] 水力割縫實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與真三軸實(shí)驗(yàn)框架連接，用于進(jìn)行水力割縫實(shí)驗(yàn)。
[0050] 進(jìn)一步的，水力割縫實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括機(jī)電控制柜、高壓泵控制柜、高壓泵和水力割縫 裝置；
[0051] 水力割縫裝置包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)、牽引電動(dòng)機(jī)、底座、導(dǎo)軌、割縫鉆桿、支撐軸承、推進(jìn) 螺桿、高壓旋轉(zhuǎn)接頭、滑塊和支架；
[0052] 導(dǎo)軌固定設(shè)置在支架上；
[0053] 底座通過(guò)兩個(gè)滑塊與導(dǎo)軌連接；
[0054] 割縫鉆桿由兩個(gè)支撐軸承固定在底座上；
[0055] 在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的端部和割縫鉆桿上均安裝有皮帶輪；
[0056] 旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過(guò)皮帶輪帶動(dòng)割縫鉆桿順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)；
[0057] 牽引電動(dòng)機(jī)安裝在導(dǎo)軌上；
[0058] 推進(jìn)螺桿通過(guò)兩端的兩個(gè)支撐軸承固定在導(dǎo)軌上；
[0059] 推進(jìn)螺桿的桿體表面設(shè)置有螺紋；
[0060] 推進(jìn)螺桿的一端安裝有皮帶輪，與牽引電動(dòng)機(jī)的輸出端的皮帶輪通過(guò)皮帶連接。
[0061] 本發(fā)明提供的真三軸流壓致裂、割縫、滲流、瓦斯驅(qū)趕一體化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在真三軸 應(yīng)力條件下，能夠?qū)崿F(xiàn)試塊的高滲透壓力的滲流和流固耦合實(shí)驗(yàn)，能夠進(jìn)行煤與軟巖的真 三軸力學(xué)變形測(cè)試，可進(jìn)行鉆孔、水力割縫、高壓水等實(shí)驗(yàn)，具備流壓致裂、滲流、瓦斯驅(qū)趕、 水力割縫等一體化功能，可根具體實(shí)驗(yàn)要求，對(duì)各功能進(jìn)行組合使用。通過(guò)本發(fā)明提供的真 三軸流壓致裂、割縫、滲流、瓦斯驅(qū)趕一體化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以對(duì)煤巖層中的水力致裂過(guò)程進(jìn)行 系統(tǒng)地、精確地研宄和判斷，極大了提高了施工效果和施工的安全性。
【附圖說(shuō)明】
[0062]圖1為本發(fā)明真三軸流壓致裂、割縫、滲流、瓦斯驅(qū)趕一體化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0063]圖2為本發(fā)明真三軸流壓致裂、割縫、滲流、瓦斯驅(qū)趕一體化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的真三軸實(shí) 驗(yàn)框架的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0064] 圖3為圖2的俯視圖；
[0065]圖4為本發(fā)明真三軸流壓致裂、割縫、滲流、瓦斯驅(qū)趕一體化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的上蓋板的 結(jié)構(gòu)示意圖；
[0066] 圖5為本發(fā)明真三軸流壓致裂、割縫、滲流、瓦斯驅(qū)趕一體化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的扁千斤頂 的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0067]圖6為本發(fā)明真三軸流壓致裂、割縫、滲流、瓦斯驅(qū)趕一體化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的弧形墊板 的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0068] 圖7為本發(fā)明真三軸流壓致裂、割縫、滲流、瓦斯驅(qū)趕一體化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的限位器的 結(jié)構(gòu)示意圖；
[0069] 圖8為本發(fā)明真三軸流壓致裂、割縫、滲流、瓦斯驅(qū)趕一體化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的六通道液 壓穩(wěn)壓加載控制系統(tǒng)與真三軸實(shí)驗(yàn)框架的連接方式示意圖；
[0070] 圖9為本發(fā)明真三軸流壓致裂、割縫、滲流、瓦斯驅(qū)趕一體化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的四通道電 液伺服控制加載系統(tǒng)與真三軸實(shí)驗(yàn)框架的連接方式示意圖；
[0071] 圖10為本發(fā)明真三軸流壓致裂、割縫、滲流、瓦斯驅(qū)趕一體化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的分油器 的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0072] 圖11為本發(fā)明真三軸流壓致裂、割縫、滲流、瓦斯驅(qū)趕一體化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的分油器 的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；
[0073]圖12為本發(fā)明真三軸流壓致裂、割縫、滲流、瓦斯驅(qū)趕一體化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的位移傳 感器的布置示意圖；
[0074]圖13為本發(fā)明真三軸流壓致裂、割縫、滲流、瓦斯驅(qū)趕一體化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的真三軸 流壓致裂實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框架圖；
[0075]圖14為本發(fā)明真三軸流壓致裂、割縫、滲流、瓦斯驅(qū)趕一體化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的模擬裸 孔致裂方法的示意圖；
[0076]圖15為本發(fā)明真三軸流壓致裂、割縫、滲流、瓦斯驅(qū)趕一體化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的石塊鉆 孔封孔方法的示意圖；
[0077]圖16為本發(fā)明真三軸流壓致裂、割縫、滲流、瓦斯驅(qū)趕一體化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的常規(guī)封 孔器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0078] 圖17為本發(fā)明真三軸流壓致裂、割縫、滲流、瓦斯驅(qū)趕一體化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的彎曲封 孔器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0079] 圖18為本發(fā)明真三軸流壓致裂、割縫、滲流、瓦斯驅(qū)趕一體化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的瓦斯驅(qū) 趕模擬示意圖；
[0080]圖19為本發(fā)明真三軸流壓致裂、割縫、滲流、瓦斯驅(qū)趕一體化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的水力割 縫實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0081] 附圖標(biāo)記：
[0082] 1 :水力割縫系統(tǒng)；2 :機(jī)電控制柜；3 :高壓泵控制柜；4 :四通道油水轉(zhuǎn)換增壓器； 5 :高壓泵；6 :水箱；7 :水力割縫實(shí)驗(yàn)臺(tái)；8 :監(jiān)控系統(tǒng)；9 :監(jiān)控計(jì)算機(jī)；10 :伺服控制器；11 : 變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；12 :變形監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)；13 :聲發(fā)射AE ;14 :聲發(fā)射儀；15 :液壓控制器；16 :濃 度傳感器；17 :第一流量傳感器；18 :真三軸實(shí)驗(yàn)框架；19 :裸孔致裂段；20 :壓力傳感器； 21 :第二流量傳感器；22 :分油器；23 :調(diào)壓閥；24 :瓦斯儲(chǔ)集罐；25 :真三軸一體化系統(tǒng)； 26 :加載系統(tǒng)；27 :六通道液壓穩(wěn)壓器；28 :