一種煤層水力壓裂誘導圍巖應(yīng)力變化的模擬測量裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及實驗裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，它公開了一種煤層水力壓裂誘導圍巖應(yīng)力變化的模擬測量裝置，其特征在于，由第一密封腔體、密封腔蓋、油壓系統(tǒng)、水力壓裂系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)四個主要部分構(gòu)成；第一密封腔體內(nèi)設(shè)有橡膠筒，所述密封腔蓋上設(shè)有壓舌；油壓系統(tǒng)主要由高壓油管和油泵構(gòu)成；水力壓裂系統(tǒng)主要由高壓軟管、三通閥、氣路閥門、高壓氣瓶、水路閥門和壓裂水泵構(gòu)成；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由應(yīng)力傳感器、數(shù)據(jù)傳輸線和數(shù)據(jù)采集儀構(gòu)成。本實用新型能模擬不同瓦斯壓力、不同煤巖強度及不同圍壓條件下含瓦斯煤層水力壓裂過程，并監(jiān)測水力壓裂誘導圍巖應(yīng)力變化，其結(jié)構(gòu)和方法簡單，易于操作。
【專利說明】一種煤層水力壓裂誘導圍巖應(yīng)力變化的模擬測量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及實驗裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及到一種煤層水力壓裂誘導圍巖應(yīng)力變化的模擬測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]我國多數(shù)礦區(qū)已進入深部開采，深部煤層的地應(yīng)力增大、煤層的透氣性更低、瓦斯抽采的難度更大。井下水力壓裂技術(shù)具有壓裂范圍大、卸壓范圍大、增透效果明顯的優(yōu)點，成為了深部低透氣煤層增透、區(qū)域卸壓的一種有效技術(shù)途徑。井下水力壓裂過程中圍巖應(yīng)力場變化引發(fā)的巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛仍龃蟆⑾锏绹鷰r崩裂等現(xiàn)象會嚴重影響到井下采掘活動的安全進行，因而監(jiān)測水力壓裂過程圍巖應(yīng)力變化并掌握應(yīng)力場變化規(guī)律對保障井下采掘活動的安全進行尤為重要。但是，受限于井下巷道布置條件，難以在煤層底板適當位置布置監(jiān)測儀器對水力壓裂過程圍巖應(yīng)力變化進行監(jiān)測與分析。在地面進行水力壓裂的實驗研究方面，目前國內(nèi)已有的裝置及方法主要應(yīng)用于研究水力壓裂的起裂壓力、裂紋擴展等破裂特征。國內(nèi)還未有可進行含瓦斯煤層水力壓裂誘導應(yīng)力變化的三維相似模擬裝置及方法，因而需要研制一種可模擬研究不同瓦斯壓力、不同煤巖強度及不同圍壓條件下，含瓦斯煤層水力壓裂誘導應(yīng)力變化的三維相似模擬裝置。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種能在不同瓦斯壓力、不同煤巖強度及不同圍壓條件下模擬煤層水力壓裂誘導圍巖應(yīng)力變化的測量裝置。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提出一種煤層水力壓裂誘導圍巖應(yīng)力變化的模擬測量裝置，其特征在于，它包括第一密封腔體、密封腔蓋、油壓系統(tǒng)、水力壓裂系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述的第一密封腔體內(nèi)設(shè)有第二密封腔體；所述的油壓系統(tǒng)包括通入所述第一密封腔體內(nèi)的高壓油管和與所述高壓油管連接的油泵；所述的水力壓裂系統(tǒng)包括第一高壓軟管和壓裂水泵，所述壓裂水泵通過水路閥門與所述第一高壓軟管相連，所述第一高壓軟管通入所述第二密封腔體內(nèi)；所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集儀、若干應(yīng)力傳感器及其數(shù)據(jù)傳輸線，所述應(yīng)力傳感器分布在第二密封腔體內(nèi)，所述數(shù)據(jù)傳輸線分別與所述應(yīng)力傳感器連接，所述數(shù)據(jù)傳輸線另一端與位于第一密封腔體外的所述數(shù)據(jù)采集儀相連。
[0005]優(yōu)選的，煤層水力壓裂誘導圍巖應(yīng)力變化的模擬測量裝置還包括第二高壓軟管和高壓氣瓶，所述高壓氣瓶通過氣路閥門與所述第二高壓軟管相連，所述第二高壓軟管通入到所述第二密封腔體內(nèi)。
[0006]優(yōu)選的，煤層水力壓裂誘導圍巖應(yīng)力變化的模擬測量裝置還包括壓力機和在所述密封腔蓋上安裝的活塞狀的壓舌，所述壓舌壓在所述第二密封腔體上，所述壓力機的輸出端連接在所述壓舌上。
[0007]優(yōu)選的，所述第二密封腔體是橡膠筒。
[0008]優(yōu)選的，所述第一高壓軟管在所述第二密封腔體內(nèi)的部分段上分布有壓裂小孔。[0009]優(yōu)選的，所述高壓氣瓶內(nèi)儲存有高壓瓦斯氣體。
[0010]采用本實用新型提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，能模擬不同瓦斯壓力、不同煤巖強度及不同圍壓條件下含瓦斯煤層水力壓裂過程，并監(jiān)測水力壓裂誘導圍巖應(yīng)力變化，其結(jié)構(gòu)和方法簡單，易于操作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]下面結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案作進一步具體說明。
[0012]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為本實用新型具體使用時的示意圖；
[0014]圖中，I—密封腔，2—橡膠筒，3—壓舌,4一密封腔蓋,5—聞壓油管,6—油路閥門，7 一油栗，8—壓裂小孔，9 一聞壓軟管，10—二通閥，11 一氣路閥丨]，12 —聞壓氣瓶，13 一水路閥門，14 一壓裂水泵，15—應(yīng)力傳感器，16—數(shù)據(jù)傳輸線，17—數(shù)據(jù)采集儀，18—模擬煤層，19一模擬頂板，20一模擬底板，21 一娃I父，22一壓力機。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合【具體實施方式】對本實用新型的技術(shù)方案作進一步具體說明。
[0016]如圖1、圖2所示，一種煤層水力壓裂誘導圍巖應(yīng)力變化的模擬測量裝置，包括第一密封腔體1、密封腔蓋4、油壓系統(tǒng)、水力壓裂系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和壓力機22 ;所述的第一密封腔體I設(shè)有橡膠筒2，密封腔蓋4上設(shè)有活塞狀的壓舌3，利用壓力機22通過壓舌3向橡膠筒2加壓；油壓系統(tǒng)包括通入第一密封腔體內(nèi)的高壓油管5和與高壓油管5連接的油泵7 ;水力壓裂系統(tǒng)包括高壓軟管9、高壓瓦斯氣瓶12、壓裂水泵14和三通閥10，高壓軟管9上分布有壓裂小孔8，高壓軟管9長度為200— 300mm，內(nèi)徑為4一6mm，高壓瓦斯氣瓶12通過氣路閥門11與三通10第一端相連，壓裂水泵14通過水路閥門13與三通閥10第二端相連，三通閥10第三端與和高壓軟管9相連，高壓軟管9依次穿過第一密封腔體I和橡膠筒筒體通入橡膠筒內(nèi)；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括應(yīng)力傳感器15、數(shù)據(jù)傳輸線16和數(shù)據(jù)采集儀17，應(yīng)力傳感器15分布在橡膠筒內(nèi)，數(shù)據(jù)傳輸線16 —端依次穿過第一密封腔體I和橡膠筒2筒體與應(yīng)力傳感器15連接，數(shù)據(jù)傳輸線16另一端與數(shù)據(jù)采集儀17相連。
[0017]為進一步說明本實用新型，下面描述本【具體實施方式】的過程:
[0018](I)、根據(jù)指定煤礦含瓦斯煤層及巖層物理力學特性，選擇模型原料，用水泥和石膏配制煤層拌合物和各巖層拌合物；根據(jù)煤層及巖層實際厚度和橡膠筒尺寸，按照幾何相似比計算出模擬煤層、模擬頂板各巖層以及模擬底板各巖層高度；(2)、根據(jù)煤層底板的巖層層位關(guān)系和模擬底板各巖層高度，分批次向第二密封腔內(nèi)倒入模擬底板各巖層拌合物，凝固后形成模擬底板，在需進行應(yīng)力測試的模擬底板巖層指定位置布置應(yīng)力傳感器；(3)、在模擬底板上表面涂抹2 — 5_厚度的硅膠，硅膠凝固后，向橡膠筒內(nèi)倒入煤層拌合物，將高壓軟管依次穿過第一密封腔體和橡膠筒筒體進入煤層拌合物中，使進入煤層拌合物中的高壓軟管長度達到200— 300mm，煤層拌合物凝固后形成模擬煤層；(4)、在模擬煤層上表面涂抹2 — 5_厚度的硅膠，硅膠凝固后，根據(jù)煤層頂板的巖層層位關(guān)系和模擬頂板各巖層高度，分批次向橡膠筒內(nèi)倒入模擬頂板各巖層拌合物，凝固后形成模擬頂板，在需進行應(yīng)力測試的模擬頂板巖層指定位置布置應(yīng)力傳感器，并與數(shù)據(jù)傳輸線連接；(5)、將密封腔蓋與第一密封腔體連接，使壓舌壓在模擬頂板上表面，打開油路閥門，通過油泵向橡膠筒加壓，達到指定壓力后關(guān)閉油路閥門，利用壓力機通過壓舌向橡膠筒加壓，直至指定壓力；(6)、打開氣路閥門，利用高壓氣瓶向相似模擬煤層注入指定壓力的瓦斯氣體，注氣48— 72小時后關(guān)閉氣路閥門，開啟數(shù)據(jù)采集儀，開始測試應(yīng)力，打開水路閥門，通過壓裂水泵向模擬煤層注入高壓水進行水力壓裂，并利用數(shù)據(jù)采集儀采集應(yīng)力數(shù)據(jù)。
[0019]最后所應(yīng)說明的是，以上【具體實施方式】僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本實用新型的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當中。
【權(quán)利要求】
1.一種煤層水力壓裂誘導圍巖應(yīng)力變化的模擬測量裝置，其特征在于，它包括第一密封腔體、密封腔蓋、油壓系統(tǒng)、水力壓裂系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述的第一密封腔體內(nèi)設(shè)有第二密封腔體；所述的油壓系統(tǒng)包括通入所述第一密封腔體內(nèi)的高壓油管和與所述高壓油管連接的油泵；所述的水力壓裂系統(tǒng)包括第一高壓軟管和壓裂水泵，所述壓裂水泵通過水路閥門與所述第一高壓軟管相連，所述第一高壓軟管通入所述第二密封腔體內(nèi)；所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集儀、若干應(yīng)力傳感器及其數(shù)據(jù)傳輸線，所述應(yīng)力傳感器分布在第二密封腔體內(nèi)，所述數(shù)據(jù)傳輸線分別與所述應(yīng)力傳感器連接，所述數(shù)據(jù)傳輸線另一端與位于第一密封腔體外的所述數(shù)據(jù)采集儀相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層水力壓裂誘導圍巖應(yīng)力變化的模擬測量裝置，其特征在于，還包括第二高壓軟管和高壓氣瓶，所述高壓氣瓶通過氣路閥門與所述第二高壓軟管相連，所述第二高壓軟管通入到所述第二密封腔體內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤層水力壓裂誘導圍巖應(yīng)力變化的模擬測量裝置，其特征在于，還包括壓力機和在所述密封腔蓋上安裝的活塞狀的壓舌，所述壓舌壓在所述第二密封腔體上，所述壓力機的輸出端連接在所述壓舌上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層水力壓裂誘導圍巖應(yīng)力變化的模擬測量裝置，其特征在于，所述第二密封腔體是橡膠筒。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煤層水力壓裂誘導圍巖應(yīng)力變化的模擬測量裝置，其特征在于，所述第一高壓軟管在所述第二密封腔體內(nèi)的部分段上分布有壓裂小孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤層水力壓裂誘導圍巖應(yīng)力變化的模擬測量裝置，其特征在于，所述高壓氣瓶內(nèi)儲存有高壓瓦斯氣體。
【文檔編號】G01N3/12GK203798679SQ201420090548
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年3月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月1日
【發(fā)明者】馬衍坤, 劉澤功, 成云海, 蔡峰, 劉健 申請人:安徽理工大學