專利名稱：煤巖強(qiáng)度分布測試裝置及煤巖強(qiáng)度分布分析系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及礦山開采、煤層氣開發(fā)研究領(lǐng)域，尤其是一種煤巖強(qiáng)度分布測試裝置及煤巖強(qiáng)度分布分析系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
儲(chǔ)層壓裂改造是提高煤儲(chǔ)層的滲透性，增加煤層氣井產(chǎn)能的一種重要措施。煤巖 裂隙系統(tǒng)分布的不均一性、內(nèi)部組成的差異性等決定了煤巖強(qiáng)度存在一定的差異性，這些都將導(dǎo)致在壓裂過程中裂縫起縫、延伸規(guī)律的不同，由于對(duì)煤巖本身強(qiáng)度分布的不甚了解，導(dǎo)致水力壓裂增透機(jī)理不明，許多工程施工一般是基于經(jīng)驗(yàn)，缺乏理論指導(dǎo)。另一方面，常規(guī)煤巖加載實(shí)驗(yàn)、滲透率測試實(shí)驗(yàn)儀器中，由于實(shí)驗(yàn)裝置的局限性，只能測試整塊煤樣的聲波，不能從更小的尺度方面對(duì)煤巖強(qiáng)度進(jìn)行測試，因此，無法掌握加載過程中，裂縫的形成、拓展、延伸變化規(guī)律。用這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果指導(dǎo)工程施工，造成理論與現(xiàn)實(shí)之間差異性明顯，在一定程度上影響了現(xiàn)場儲(chǔ)層改造的效果，甚至很多地方導(dǎo)致了工程的失敗。如何從小尺度方面對(duì)煤巖強(qiáng)度進(jìn)行精細(xì)刻畫，查明在不同應(yīng)力條件下，加載過程中煤巖強(qiáng)度分布與裂隙起裂、延伸、變化規(guī)律之間的關(guān)系，進(jìn)而指導(dǎo)現(xiàn)場儲(chǔ)層改造，則是擺 在我們面前亟待解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)儲(chǔ)層改造過程中由于對(duì)裂縫起縫、擴(kuò)展、延伸規(guī)律不明，難以根據(jù)儲(chǔ)層特點(diǎn)有針對(duì)性的采取措施以及常規(guī)測試裝置不能進(jìn)行不同水平應(yīng)力下煤巖微觀強(qiáng)度測試的問題。本發(fā)明的目的在于提供一種煤巖強(qiáng)度分布測試裝置，通過該方法和裝置可以測試煤巖樣在不同水平應(yīng)力下加載過程中，各部位的煤巖強(qiáng)度分布情況，進(jìn)而掌握煤巖的裂縫起裂、延伸規(guī)律，為儲(chǔ)層壓裂改造提供指導(dǎo)。同時(shí)，本發(fā)明的目的還在于提供使用上述裝置的煤巖強(qiáng)度分布分析系統(tǒng)以及使用該分析系統(tǒng)分析煤巖強(qiáng)度分布的方法。為了解決上述問題，本發(fā)明的煤巖強(qiáng)度分布測試裝置采用以下技術(shù)方案煤巖強(qiáng)度分布測試裝置，包括超聲波系統(tǒng)以及用于容納實(shí)驗(yàn)樣品的實(shí)驗(yàn)缸，所述實(shí)驗(yàn)缸包括底壁和圍壁，所述圍壁包括兩個(gè)以上固定圍壁以及與所述固定圍壁相對(duì)設(shè)置并可沿直線遠(yuǎn)離或靠近與之相對(duì)的固定圍壁的活動(dòng)圍壁，所述活動(dòng)圍壁各自連接有用于驅(qū)使其活動(dòng)的水平加載機(jī)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)缸的上方設(shè)有加載體，加載體連接有豎向加載機(jī)構(gòu)；所述超聲波系統(tǒng)包括分設(shè)于固定圍壁和底壁上的超聲波發(fā)射點(diǎn)和與超聲波發(fā)射點(diǎn)相對(duì)的設(shè)在對(duì)應(yīng)的活動(dòng)圍壁和加載體上的超聲波接收點(diǎn)。所述水平加載機(jī)構(gòu)為固定設(shè)置在對(duì)應(yīng)活動(dòng)圍壁外側(cè)的液壓伸縮機(jī)構(gòu)。所述活動(dòng)圍壁的外側(cè)設(shè)有敞口的箱座，所述箱座的開口朝向?qū)?yīng)的活動(dòng)圍壁，活動(dòng)圍壁的外側(cè)面上設(shè)有與對(duì)應(yīng)的箱座插接配合的插板，所述插板與對(duì)應(yīng)的箱座在相應(yīng)活動(dòng)圍壁的活動(dòng)方向上導(dǎo)向配合，所述液壓伸縮結(jié)構(gòu)由所述插板與對(duì)應(yīng)的箱座構(gòu)成。
所述活動(dòng)圍壁上的插板及與之對(duì)應(yīng)的箱座中的一個(gè)上開設(shè)有供另一個(gè)插入的插槽，箱座與對(duì)應(yīng)的插舌之間通過所述插槽插接。所述固定圍壁和活動(dòng)圍壁各有兩個(gè)，兩個(gè)固定圍壁相鄰且二者之間具有90°的夾角，每個(gè)固定圍壁和底壁上的超聲波發(fā)射點(diǎn)各有兩個(gè)以上，每個(gè)固定圍壁和底壁上的超聲波發(fā)射點(diǎn)都均布設(shè)置。本發(fā)明的煤巖強(qiáng)度分布分析系統(tǒng)采用以下技術(shù)方案包括測試裝置及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，測試裝置包括超聲波系統(tǒng)及用于容納實(shí)驗(yàn)樣品的實(shí)驗(yàn)缸，所述實(shí)驗(yàn)缸包括底壁和圍壁，所述圍壁包括兩個(gè)以上固定圍壁以及與所述固定圍壁相對(duì)設(shè)置并可沿直線遠(yuǎn)離或靠近與之相對(duì)的固定圍壁的活動(dòng)圍壁，所述活動(dòng)圍壁各自連接有用于驅(qū)使其活動(dòng)的水平加載機(jī)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)缸的上方設(shè)有加載體，加載體連接有豎向加載機(jī)構(gòu)；所述超聲波系統(tǒng)包括分設(shè)于固定圍壁和底壁上的超聲波發(fā)射點(diǎn)和與超聲波發(fā)射點(diǎn)相對(duì)的設(shè)在對(duì)應(yīng)的活動(dòng)圍壁和加載體 上的超聲波接收點(diǎn)；所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括用于記錄所述超聲波系統(tǒng)的信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為實(shí)驗(yàn)樣品強(qiáng)度參數(shù)的數(shù)據(jù)采集軟件以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件，所述數(shù)據(jù)采集軟件及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件位于一個(gè)計(jì)算機(jī)中，所述計(jì)算機(jī)連接有用于顯示實(shí)驗(yàn)樣品強(qiáng)度參數(shù)的顯示器。所述水平加載機(jī)構(gòu)為固定設(shè)置在對(duì)應(yīng)活動(dòng)圍壁外側(cè)的液壓伸縮機(jī)構(gòu)。所述活動(dòng)圍壁的外側(cè)設(shè)有敞口的箱座，所述箱座的開口朝向?qū)?yīng)的活動(dòng)圍壁，活動(dòng)圍壁的外側(cè)面上設(shè)有與對(duì)應(yīng)的箱座插接配合的插板，所述插板與對(duì)應(yīng)的箱座在相應(yīng)活動(dòng)圍壁的活動(dòng)方向上導(dǎo)向配合，所述液壓伸縮結(jié)構(gòu)由所述插板與對(duì)應(yīng)的箱座構(gòu)成。所述固定圍壁和活動(dòng)圍壁各有兩個(gè)，兩個(gè)固定圍壁相鄰且二者之間具有90°的夾角，所述每個(gè)固定圍壁和底壁上的超聲波發(fā)射點(diǎn)各有兩個(gè)以上，每個(gè)固定圍壁和底壁上的超聲波發(fā)射點(diǎn)都均布設(shè)置。本發(fā)明的用上述分析系統(tǒng)分析煤巖強(qiáng)度分布的方法采用以下技術(shù)方案該方法包括以下步驟1)將實(shí)驗(yàn)樣品放置于實(shí)驗(yàn)缸中；2)開啟超聲波系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，記錄實(shí)驗(yàn)前的聲波情況；3)開啟水平加載機(jī)構(gòu)并逐漸增大加載負(fù)荷到設(shè)定值；4)在不同的水平加載負(fù)荷下開啟豎向加載機(jī)構(gòu)；5)通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)記錄超聲波信號(hào)并計(jì)算，將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為實(shí)驗(yàn)樣品強(qiáng)度參數(shù)；6)通過步驟5)的計(jì)算結(jié)果分析不同變形階段實(shí)驗(yàn)樣品強(qiáng)度分布情況。由于本發(fā)明的煤巖強(qiáng)度分布測試裝置的實(shí)驗(yàn)缸采用固定圍壁與活動(dòng)圍壁結(jié)合的形式，活動(dòng)圍壁均傳動(dòng)連接有水平加載機(jī)構(gòu)，并且實(shí)驗(yàn)缸的上方設(shè)有豎向加載機(jī)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)缸的固定圍壁與底壁上設(shè)有所述超聲波發(fā)射點(diǎn)，活動(dòng)圍壁及加載體上設(shè)有與超聲波發(fā)射點(diǎn)對(duì)應(yīng)的超聲波接收點(diǎn)；因此，在進(jìn)行測試時(shí)，可通過所述活動(dòng)圍壁及與之對(duì)應(yīng)的水平加載機(jī)構(gòu)模擬煤巖環(huán)境，通過豎向加載機(jī)構(gòu)及加載體來模擬壓裂狀況，同時(shí)在試驗(yàn)樣品受壓變形的過程中通過超聲波系統(tǒng)時(shí)時(shí)監(jiān)控試驗(yàn)樣品的變形情況，從而指示煤巖強(qiáng)度分布情況，進(jìn)而掌握煤巖的裂縫起裂、延伸規(guī)律，為儲(chǔ)層壓裂改造提供理論指導(dǎo)。


圖I是本發(fā)明的煤巖強(qiáng)度分布測試裝置的實(shí)施例I的結(jié)構(gòu)示意 圖2是圖I的A-A剖視 圖3是固定圍壁上的超聲波發(fā)射點(diǎn)的分布示意圖；圖4是活動(dòng)圍壁上的超聲波接收點(diǎn)的分布示意 圖5是圍壓箱的頂部結(jié)構(gòu)示意 圖6是本發(fā)明的煤巖強(qiáng)度分布分析系統(tǒng)的實(shí)施例I的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的煤巖強(qiáng)度分布測試裝置的實(shí)施例1，如圖1-5所示，包括超聲波系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)缸11，實(shí)驗(yàn)缸11用于放置試驗(yàn)樣品12，其包括底壁11-1以及設(shè)在底壁ll-ι上的圍壁，本實(shí)施例中，底壁11-1為固定的，圍壁有四個(gè)且分為固定圍壁11-2和活動(dòng)圍壁11-3，固定圍壁11-2和活動(dòng)圍壁11-3各有兩個(gè)，四個(gè)圍壁圍成正方體形且每個(gè)固定圍壁均與一活動(dòng)圍壁相對(duì)設(shè)置，每個(gè)活動(dòng)圍壁的外側(cè)均設(shè)有一敞口的箱座13，箱座13的開口朝向與之對(duì)應(yīng)的活動(dòng)圍壁，活動(dòng)圍壁可以根據(jù)試驗(yàn)樣品的變形而發(fā)生移動(dòng)，活動(dòng)圍壁11-3的外側(cè)面上設(shè)有向?qū)?yīng)的箱座延伸的尾板14，尾板14位于對(duì)應(yīng)活動(dòng)圍壁的邊緣處，其中位于頂部的尾板 14上設(shè)有護(hù)檐14-1，箱座13的箱板中與頂板相連的兩個(gè)(如圖2)采用雙層板，雙層板之間的夾層形成插槽，箱座13的箱板中位于頂部的一個(gè)上設(shè)有與對(duì)應(yīng)尾板上的護(hù)檐吻合的臺(tái)階面，尾板14中與箱座的雙層箱板對(duì)應(yīng)的兩個(gè)插入雙層箱板的夾層中，位于上方的一個(gè)尾板的護(hù)檐與對(duì)應(yīng)的箱座的頂部箱板上的臺(tái)階面滑動(dòng)配合，從而使得當(dāng)活動(dòng)圍壁11-3在一定范圍內(nèi)活動(dòng)時(shí)仍能保證尾板14與箱座13配合處的密封；為了保證尾板14與對(duì)應(yīng)箱座13配合處的密封性，二者的配合處均設(shè)有密封膠條，箱座13還連接有高壓水泵15，高壓水泵15連接有水箱16，至此，活動(dòng)圍壁11-3的尾板與對(duì)應(yīng)的箱座共同形成圍壓箱，即液壓伸縮機(jī)構(gòu)，該液壓伸縮機(jī)構(gòu)形成驅(qū)使對(duì)應(yīng)的活動(dòng)圍壁靠近或遠(yuǎn)離與之相對(duì)的固定圍壁的水平加載機(jī)構(gòu)，高壓水泵15與對(duì)應(yīng)的箱座之間通過管路連接，該管路上串接有調(diào)節(jié)閥17及壓力表18，通過調(diào)節(jié)閥17可調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)箱座內(nèi)的壓力的大?。粚?shí)驗(yàn)缸11的上方設(shè)有加載體19，加載體19的上側(cè)連接有豎向加載機(jī)構(gòu)20，豎向加載機(jī)構(gòu)20可采用常規(guī)的加載機(jī)構(gòu)如液壓缸、氣缸絲母絲杠等，本實(shí)施例中，豎向加載機(jī)構(gòu)采用液壓缸，需要指出的是，為了保證實(shí)驗(yàn)缸不會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)樣品的變形，活動(dòng)圍壁11-3的長和寬要小于實(shí)驗(yàn)樣品30的長和寬，同樣加載體尺寸也小于樣品，在其邊緣使用橡膠墊充填空隙；超聲波系統(tǒng)包括超聲波發(fā)生器21(外置，可市購獲得)、超聲波發(fā)射點(diǎn)22及超聲波接收點(diǎn)23，超聲波發(fā)射點(diǎn)22布設(shè)在實(shí)驗(yàn)缸11的底壁及固定壁上，其中底壁及每個(gè)固定壁上的超聲波發(fā)射點(diǎn)都是均勻布設(shè)的，超聲波接收點(diǎn)與超聲波發(fā)射點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)并相對(duì)設(shè)置，其位于活動(dòng)圍壁和加載體上；本實(shí)施例中，超聲波發(fā)射點(diǎn)與超聲波接收點(diǎn)各有48個(gè)，每個(gè)固定圍壁和底壁上各有16個(gè)超聲波發(fā)射點(diǎn)，每個(gè)活動(dòng)圍壁和加載體上各有16個(gè)超聲波接收點(diǎn)。使用時(shí)，首先將試驗(yàn)樣品放入實(shí)驗(yàn)缸中，然后開啟超聲波發(fā)生器并記錄實(shí)驗(yàn)前的聲波情況，開啟高壓水泵，以設(shè)定的速率逐漸增加水平加載機(jī)構(gòu)的加載力，通過觀察對(duì)應(yīng)的壓力表使水平加載機(jī)構(gòu)施加的加載力達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求，然后開啟豎向加載機(jī)構(gòu)，于此同時(shí)，超聲波發(fā)射點(diǎn)發(fā)射的聲波信號(hào)經(jīng)過試驗(yàn)樣品傳播到對(duì)應(yīng)的超聲波接收點(diǎn)，從而便可通過檢測超聲波信號(hào)的時(shí)差來測試實(shí)驗(yàn)樣品的強(qiáng)度分布情況。在本發(fā)明的煤巖強(qiáng)度分布測試裝置的其它實(shí)施例中，上述實(shí)施例I中所述的水平加載機(jī)構(gòu)還可以采用液壓伸縮缸、氣缸或絲母絲杠機(jī)構(gòu)等，此種情況下，所述的壓力表可用壓力傳感器來代替；所述實(shí)驗(yàn)缸的固定圍壁的數(shù)量還可以為兩個(gè)以上，此種情況下，可相應(yīng)的增加活動(dòng)圍壁的數(shù)量并保證活動(dòng)圍壁與固定圍壁相對(duì)設(shè)置；所述水箱及水泵均可以是裝置自帶的也可以是工作現(xiàn)場的；還可通過將活動(dòng)圍壁上的尾板插入箱座的開口中的方式來使二者形成液壓伸縮機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的煤巖強(qiáng)度分布分析系統(tǒng)的實(shí)施例1，如圖6所示，該分析系統(tǒng)包括煤巖強(qiáng)度分布測試裝置及數(shù)據(jù)數(shù)理系統(tǒng)，所述強(qiáng)度分布測試裝置與與上述的煤巖強(qiáng)度分布測試裝置的實(shí)施例I的結(jié)構(gòu)相同，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括通過線纜與測試裝置的超聲波系統(tǒng)連接的計(jì)算機(jī)30，計(jì)算機(jī)中設(shè)有據(jù)采集軟件以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件，二者用于記錄超聲波系統(tǒng)的信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為實(shí)驗(yàn)樣品強(qiáng)度參數(shù)，另外，計(jì)算機(jī)30還連接有顯示器，顯示器用于顯示試驗(yàn)樣品強(qiáng)度；系統(tǒng)工作時(shí)，計(jì)算機(jī)30接收并記錄超聲波系統(tǒng)的聲波信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為聲波時(shí)差，根據(jù)測試結(jié)果得出一系列的方程，再對(duì)方程進(jìn)行相應(yīng)的推導(dǎo)，轉(zhuǎn)化成矩陣的計(jì)算形式，然后主要采用C#語言編制程序，將矩陣計(jì)算轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的語言，這樣通過編程就實(shí)現(xiàn)了將聲波時(shí)差轉(zhuǎn)化為試驗(yàn)樣品強(qiáng)度，其中上述得出方程、推導(dǎo)、轉(zhuǎn)化成矩陣的計(jì)算形式以及C#語言編程均為現(xiàn)有技術(shù)，此處不予贅述。在這里采用平均值的方法，根據(jù)臨近四個(gè)點(diǎn)的測試值的平均值代表中心處的測試值，其中在編程計(jì)算過程中為了盡量避免測試的誤差，假設(shè)同一微小試驗(yàn)樣品在任何方向上的聲波時(shí)差相同，則根據(jù)需要將煤樣劃分成27個(gè)小煤樣，根據(jù)聲波時(shí)差可以列出27個(gè)方程，采用矩陣的計(jì)算方法將方程轉(zhuǎn)化成矩陣形式，采用C#開發(fā)工具編寫程序，進(jìn)而可以計(jì)算出各個(gè)小煤樣的強(qiáng)度，最后得出豎向加載裝置加載過程中，不同階段試驗(yàn)樣品微觀強(qiáng)度的分布規(guī)律。在本發(fā)明的煤巖強(qiáng)度分布分析系統(tǒng)的其它實(shí)施例中，上述的煤巖強(qiáng)度分布分析系統(tǒng)的實(shí)施例I中所述的水平加載機(jī)構(gòu)還可以采用液壓伸縮缸、氣缸或絲母絲杠機(jī)構(gòu)等，此種情況下，所述的壓力表可用壓力傳感器來代替；所述實(shí)驗(yàn)缸的固定圍壁的數(shù)量還可以為兩個(gè)以上，此種情況下，可相應(yīng)的增加活動(dòng)圍壁的數(shù)量并保證活動(dòng)圍壁與固定圍壁相對(duì)設(shè)置；所述水箱及水泵均可以是裝置自帶的也可以是工作現(xiàn)場的；還可通過將活動(dòng)圍壁上的尾板插入箱座的開口中的方式來使二者形成液壓伸縮機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的煤巖強(qiáng)度分布分析方法的實(shí)施例I，米用本發(fā)明的煤巖強(qiáng)度分布分析系統(tǒng)的實(shí)施例1，包括以下步驟1)將實(shí)驗(yàn)樣品放置于實(shí)驗(yàn)缸中；2)開啟超聲波系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，記錄實(shí)驗(yàn)前的聲波情況；3)開啟水平加載機(jī)構(gòu)并逐漸增大加載負(fù)荷到設(shè)定值；4)在不同的水平加載負(fù)荷下開啟豎向加載機(jī)構(gòu)；5)通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)記錄超聲波信號(hào)并計(jì)算，將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為實(shí)驗(yàn)樣品強(qiáng)度參數(shù)；6)通過步驟5)的計(jì)算結(jié)果分析不同變形階段 實(shí)驗(yàn)樣品強(qiáng)度分布情況。
權(quán)利要求
1.煤巖強(qiáng)度分布測試裝置，其特征在于，包括超聲波系統(tǒng)以及用于容納實(shí)驗(yàn)樣品的實(shí)驗(yàn)缸，所述實(shí)驗(yàn)缸包括底壁和圍壁，所述圍壁包括兩個(gè)以上固定圍壁以及與所述固定圍壁相對(duì)設(shè)置并可沿直線遠(yuǎn)離或靠近與之相對(duì)的固定圍壁的活動(dòng)圍壁，所述活動(dòng)圍壁各自連接有用于驅(qū)使其活動(dòng)的水平加載機(jī)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)缸的上方設(shè)有加載體，加載體連接有豎向加載機(jī)構(gòu)；所述超聲波系統(tǒng)包括分設(shè)于固定圍壁和底壁上的超聲波發(fā)射點(diǎn)和與超聲波發(fā)射點(diǎn)相對(duì)的設(shè)在對(duì)應(yīng)的活動(dòng)圍壁和加載體上的超聲波接收點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煤巖強(qiáng)度分布測試裝置，其特征在于，所述水平加載機(jī)構(gòu)為固定設(shè)置在對(duì)應(yīng)活動(dòng)圍壁外側(cè)的液壓伸縮機(jī)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤巖強(qiáng)度分布測試裝置，其特征在于，所述活動(dòng)圍壁的外側(cè)設(shè)有敞口的箱座，所述箱座的開口朝向?qū)?yīng)的活動(dòng)圍壁，活動(dòng)圍壁的外側(cè)面上設(shè)有與對(duì)應(yīng)的箱座插接配合的插板，所述插板與對(duì)應(yīng)的箱座在相應(yīng)活動(dòng)圍壁的活動(dòng)方向上導(dǎo)向配合，所述液壓伸縮結(jié)構(gòu)由所述插板與對(duì)應(yīng)的箱座構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的煤巖強(qiáng)度分布測試裝置，其特征在于，所述活動(dòng)圍壁上的插板及與之對(duì)應(yīng)的箱座中的一個(gè)上開設(shè)有供另一個(gè)插入的插槽，箱座與對(duì)應(yīng)的插舌之間通過所述插槽插接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的煤巖強(qiáng)度分布測試裝置，其特征在于，所述固定圍壁和活動(dòng)圍壁各有兩個(gè)，兩個(gè)固定圍壁相鄰且二者之間具有90°的夾角，每個(gè)固定圍壁和底壁上的超聲波發(fā)射點(diǎn)各有兩個(gè)以上，每個(gè)固定圍壁和底壁上的超聲波發(fā)射點(diǎn)都均布設(shè)置。
6.煤巖強(qiáng)度分布分析系統(tǒng)，其特征在于，包括測試裝置及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，測試裝置包括超聲波系統(tǒng)及用于容納實(shí)驗(yàn)樣品的實(shí)驗(yàn)缸，所述實(shí)驗(yàn)缸包括底壁和圍壁，所述圍壁包括兩個(gè)以上固定圍壁以及與所述固定圍壁相對(duì)設(shè)置并可沿直線遠(yuǎn)離或靠近與之相對(duì)的固定圍壁的活動(dòng)圍壁，所述活動(dòng)圍壁各自連接有用于驅(qū)使其活動(dòng)的水平加載機(jī)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)缸的上方設(shè)有加載體，加載體連接有豎向加載機(jī)構(gòu)；所述超聲波系統(tǒng)包括分設(shè)于固定圍壁和底壁上的超聲波發(fā)射點(diǎn)和與超聲波發(fā)射點(diǎn)相對(duì)的設(shè)在對(duì)應(yīng)的活動(dòng)圍壁和加載體上的超聲波接收點(diǎn)；所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括用于記錄所述超聲波系統(tǒng)的信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為實(shí)驗(yàn)樣品強(qiáng)度參數(shù)的數(shù)據(jù)采集軟件以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件，所述數(shù)據(jù)采集軟件及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件位于一個(gè)計(jì)算機(jī)中，所述計(jì)算機(jī)連接有用于顯示實(shí)驗(yàn)樣品強(qiáng)度參數(shù)的顯示器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的煤巖強(qiáng)度分布分析系統(tǒng)，其特征在于，所述水平加載機(jī)構(gòu)為固定設(shè)置在對(duì)應(yīng)活動(dòng)圍壁外側(cè)的液壓伸縮機(jī)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的煤巖強(qiáng)度分布分析系統(tǒng)，其特征在于，所述活動(dòng)圍壁的外側(cè)設(shè)有敞口的箱座，所述箱座的開口朝向?qū)?yīng)的活動(dòng)圍壁，活動(dòng)圍壁的外側(cè)面上設(shè)有與對(duì)應(yīng)的箱座插接配合的插板，所述插板與對(duì)應(yīng)的箱座在相應(yīng)活動(dòng)圍壁的活動(dòng)方向上導(dǎo)向配合，所述液壓伸縮結(jié)構(gòu)由所述插板與對(duì)應(yīng)的箱座構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8任意一項(xiàng)所述的煤巖強(qiáng)度分布分析系統(tǒng)，其特征在于，所述固定圍壁和活動(dòng)圍壁各有兩個(gè)，兩個(gè)固定圍壁相鄰且二者之間具有90°的夾角，所述每個(gè)固定圍壁和底壁上的超聲波發(fā)射點(diǎn)各有兩個(gè)以上，每個(gè)固定圍壁和底壁上的超聲波發(fā)射點(diǎn)都均布設(shè)置。
10.用權(quán)利要求6所述的裝置分析煤巖強(qiáng)度分布的方法，其特征在于，包括以下步驟I)將實(shí)驗(yàn)樣品放置于實(shí)驗(yàn)缸中；2)開啟超聲波系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，記錄實(shí)驗(yàn)前的聲波情況；3)開啟水平加載機(jī)構(gòu)并逐漸增大加載負(fù)荷到設(shè)定值；4)在不同的水平加載負(fù)荷下開啟豎向加載機(jī)構(gòu)；5)通過數(shù)據(jù)處理 系統(tǒng)記錄超聲波信號(hào)并計(jì)算，將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為實(shí)驗(yàn)樣品強(qiáng)度參數(shù)；6)通過步驟5)的計(jì)算結(jié)果分析不同變形階段實(shí)驗(yàn)樣品強(qiáng)度分布情況。
全文摘要
本發(fā)明涉及礦山開采、煤層氣開發(fā)研究領(lǐng)域，尤其是一種煤巖強(qiáng)度分布測試裝置及煤巖強(qiáng)度分布分析系統(tǒng)和方法。裝置包括用于容納實(shí)驗(yàn)樣品的實(shí)驗(yàn)缸以及超聲波系統(tǒng)，所述實(shí)驗(yàn)缸包括底壁和圍壁，所述圍壁包括兩個(gè)以上固定圍壁以及與所述固定圍壁相對(duì)設(shè)置并可沿直線遠(yuǎn)離或靠近與之相對(duì)的固定圍壁的活動(dòng)圍壁，所述活動(dòng)圍壁各自連接有用于驅(qū)使其活動(dòng)的水平加載機(jī)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)缸的上方設(shè)有加載體，加載體連接有豎向加載機(jī)構(gòu)；所述超聲波系統(tǒng)包括分設(shè)于固定圍壁和底壁上的超聲波發(fā)射點(diǎn)和與超聲波發(fā)射點(diǎn)相對(duì)的設(shè)在對(duì)應(yīng)的活動(dòng)圍壁和加載體上的超聲波接收點(diǎn)；該裝置可指示煤巖強(qiáng)度分布情況，進(jìn)而掌握煤巖的裂縫起裂、延伸規(guī)律，為儲(chǔ)層壓裂改造提供理論指導(dǎo)。
文檔編號(hào)G01N29/07GK102830172SQ201210309728
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月28日
發(fā)明者倪小明, 賈炳, 胡海洋, 李全中, 靳建 申請(qǐng)人:河南理工大學(xué)