CN109991148A - 二氧化碳***冲击动态监测试验装置及其测试方法 - Google Patents
二氧化碳***冲击动态监测试验装置及其测试方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109991148A CN109991148A CN201910307542.6A CN201910307542A CN109991148A CN 109991148 A CN109991148 A CN 109991148A CN 201910307542 A CN201910307542 A CN 201910307542A CN 109991148 A CN109991148 A CN 109991148A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- test
- pressure
- coal sample
- blasting
- stress
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000005422 blasting Methods 0.000 title claims abstract description 79
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 76
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 44
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000010998 test method Methods 0.000 title claims description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 100
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims abstract description 77
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 41
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 96
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 73
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 73
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 claims description 30
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 claims description 30
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 27
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 27
- 238000010008 shearing Methods 0.000 claims description 23
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 12
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 claims description 9
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 7
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 3
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 3
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 238000009863 impact test Methods 0.000 claims description 3
- 230000003116 impacting effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000013507 mapping Methods 0.000 claims description 3
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 abstract description 5
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 abstract description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 abstract description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000009172 bursting Effects 0.000 abstract description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000013210 evaluation model Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N13/00—Investigating surface or boundary effects, e.g. wetting power; Investigating diffusion effects; Analysing materials by determining surface, boundary, or diffusion effects
- G01N13/04—Investigating osmotic effects
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
- G01N15/082—Investigating permeability by forcing a fluid through a sample
- G01N15/0826—Investigating permeability by forcing a fluid through a sample and measuring fluid flow rate, i.e. permeation rate or pressure change
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/30—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying a single impulsive force, e.g. by falling weight
- G01N3/313—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying a single impulsive force, e.g. by falling weight generated by explosives
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/003—Generation of the force
- G01N2203/0042—Pneumatic or hydraulic means
- G01N2203/0044—Pneumatic means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0058—Kind of property studied
- G01N2203/006—Crack, flaws, fracture or rupture
- G01N2203/0067—Fracture or rupture
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/022—Environment of the test
- G01N2203/023—Pressure
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
二氧化碳***冲击动态监测试验装置，包括CO2***冲击试验***，CO2***冲击试验***上设置有动态应力测试***和静态应力测试***；CO2***冲击试验***由应力加载机构、***冲击机构和气体收集机构组成，应力加载机构包括试件应力加载件和两个法兰盘，两个法兰盘前后并排设置，应力加载件设置在两个法兰盘之间；本发明可以对煤体在***冲击下的动态信息进行原位一体化测试，其取得的有益效果，一是试验采用圆柱试件可以直接取自现场，避免室内加工对试件原生结构的扰动；二是采用液态CO2相变***提供冲击源，既有利于与试件进行对接，又方便控制***性能参数；三是各种观测片布置方便；四是避免了大试块试验的笨重、造价高、不方便的困难。
Description
技术领域
本发明属于煤矿瓦斯治理中应用CO2***冲击增加煤层渗透率的技术领域，具体涉及一种二氧化碳***冲击动态监测试验装置。
背景技术
近几年的工程实践证明，CO2***增透是低渗透煤层瓦斯治理的先进本质安全技术，低渗透高瓦斯煤层通过CO2***增渗，在煤层中形成一个具有多尺度放射状的裂缝圈，即裂缝卸压圈。在裂缝卸压圈内，地应力场和瓦斯压力场得到重新分布和改变，在此作用下，煤层渗透率提高了1~2个数量级，瓦斯抽采浓度和流量提高了1个数量级，瓦斯抽采达标时间缩短了2/3；煤巷掘进工作面的卸压消突效果显著，掘进速度提高了1~3倍，从而实现高瓦斯煤层的安全快速掘进。
然而，目前对于CO2***冲击产生裂隙和增加渗透率的机理并不十分清楚，使得对现场渗透率的增加缺乏科学的评价模型，这样很有可能导致对现场增透效果做出错误的估计，给安全生产带来隐患。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种二氧化碳***冲击动态监测试验装置及其测试方法，本发明通过对试验煤样在冲击过程的动态应力和应变、二氧化碳压力和温度变化进行观测，从而得到CO2***应力波的衰减规律和CO2的流动规律。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：二氧化碳***冲击动态监测试验装置，包括CO2***冲击试验***，CO2***冲击试验***上设置有动态应力测试***和静态应力测试***；
CO2***冲击试验***由应力加载机构、***冲击机构和气体收集机构组成，应力加载机构包括试件应力加载件和两个法兰盘，两个法兰盘前后并排设置，应力加载件设置在两个法兰盘之间，两个法兰盘之间连接有若干根钢制拉杆，每根钢制拉杆的两端部均设有外螺纹，钢制拉杆的两端部分别螺纹连接有紧固螺母，两个紧固螺母分别与两个法兰盘顶压配合；
应力加载件包括热塑密封管，热塑密封管的长度方向沿前后水平方向设置，热塑密封管的轴线穿过法兰盘的圆心，试验煤样设置在热塑密封管内，热塑密封管外侧套有围压钢管，围压钢管的外壁沿轴向方向开设有缺口，缺口的长度为，的长度范围为5-10cm，围压钢管的外侧套有管卡件，热塑密封管、围压钢管以及管卡件的长度相等，管卡件由两根半圆管组成，半圆管的两个侧壁上均连接有连接板，两根半圆管上下对称设置，两根半圆管的连接板之间通过若干紧固螺栓连接，紧固螺栓上设有与其配合的螺母；热塑密封管的后端部内还设置有钢制垫块，钢制垫块位于试验煤样后端与后侧的法兰盘之间；
所述的***冲击机构设置在前侧的法兰盘上，气体收集机构安装在后侧的法兰盘上。
***冲击机构包括CO2***管，CO2***管同轴线固定在法兰盘的前侧面上，CO2***管的前端安装有充气阀，CO2***管内安装有剪切片和电加热丝，电加热丝位于剪切片的前侧，CO2***管上安装有位于剪切片后侧的第一探针温度计。
气体收集机构包括导气管，所述的钢制垫块的中心处开设有安装插孔，导气管的前端部穿过法兰盘后插设在钢制垫块的安装插孔内，导气管上沿气流方向依次设置有流量计和气体收集箱，气体收集箱上安装有压力表、第二探针温度计以及排气阀。
动态应力测试机构包括若干动态应变片和PVDF压力传感器，试验煤样由若干标准试样依次连接而成，动态应变片设置在每个标准试样上，其中两个PVDF压力传感器分别设置在剪切片和钢制垫块上，其余的PVDF压力传感器分别安装在相邻的两个标准试样连接处。
静态应力测试***包括若干围压测压环和轴向应变片，若干围压测压环分别安装在紧固螺栓上，在螺母作用下，围压测压环压在连接板上；若干轴向应变片分别安装在钢制拉杆上。
二氧化碳***冲击动态监测试验装置的测试方法，包括以下步骤：
（1）、煤样制作与测点布置：从目标煤层钻取原煤进行取样，选取完整煤样制作标准试样若干，然后将若干标准试样之间采用103胶水粘接，形成大约1m长的组合试样作为试验煤样，在进行粘接的同时在相邻两个标准试样的连接处布置PVDF压力传感器，并且在每个标准试样的表面沿轴向布置动态应变片，最后对该试验煤样进行热塑保护使其表面形成热塑密封管；
（2）、施加应力：首先施加围压，将经过热塑密封的试验煤样装入围压钢管内，然后在用两个半圆管包围，通过不断旋拧紧固螺栓和螺母，使围压钢管的缺口不断减小，从而在试验煤样周围形成试件围压，依据弹性理论，使围压钢管闭合后管内沿环向产生的拉力为：
式中分别为围压钢管的内径和外径，E为弹性模量，μ是泊松比；
拉力P与试验煤样的围压平衡，下一步根据弹性力学厚壁圆筒理论进行试验煤样表面围压计算，同时，试验煤样围压也通过贴在试验煤样表面的动态应变片进行应变观测，并经过计算得到；
接下来施加轴向应力，首先在CO2***管的后端焊接在法兰盘上，将应力加载件置于两个法兰盘之间，再将两个法兰盘通过若干根钢制拉杆连接，同时在试验煤岩与法兰盘之间放置钢制垫块，通过调整钢制拉杆上的紧固螺母，使钢制拉杆受到拉力，从而在试验煤样的轴向施加应力，钢制拉杆上的拉力通过贴在钢制拉杆表面的轴向应变片测得；
（3）、连接***冲击机构和气体采集机构：将已经完成应力加载的试验煤样，通过前侧的法兰盘与CO2***管焊接，形成***冲击机构；
接着将导气管通过钢制垫块上预留的安装插孔与试验煤样相连通，并在导气管的后侧连通到气体收集箱，在导气管上安装流量计，在气体收集箱上依次安装压力表、第二探针温度计以及排气阀；
（4）、充装CO2：通过充气阀向CO2***管注入液态CO2，通过第一探针温度计和剪切片上的PVDF压力传感器测得CO2***管内CO2的温度和压力，以判断它处于相变状态；
（5）、通过电加热丝加热使CO2***管内CO2迅速发生膨胀相变为超临界态高压流体，高压流体冲破剪切片后冲击试验煤样；
（6）、应力波传播规律观测：CO2高压冲击的时程曲线通过剪切片上的PVDF压力传感器测得，产生的应力波通过相邻标准试样接缝处的PVDF压力传感器记录得到，试件动态变形通过试验煤样表面的动态应变片记录得到；
（7）、CO2流动规律观测： 通过剪切片上的PVDF压力传感器记录试件输入端的CO2压力变化、相邻标准试样接缝处的PVDF压力传感器记录试验煤样各截面的CO2压力变化、气体收集箱上的压力表记录试件输出端的压力变化、导气管上的流量计记录CO2流量，试验结束后，将这些数据通过作图分析，得到C CO2流动规律。
采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：本发明提供了一种二氧化碳***冲击动态监测试验装置，包括CO2***冲击试验***，并在CO2***冲击试验***上设置动态应力测试***和静态应力测试***，该装置所用试验煤样直接从煤层钻取，避免了二次加工对原生孔隙结构的扰动，冲击后无需改变试件的破坏状态，直接在原位进行渗透率测试，可以很方便地对CO2***冲击前、后煤渗透率的变化进行试验研究；本发明可以对煤体在***冲击下的动态信息进行原位一体化测试，其取得的有益效果，一是试验采用圆柱试件可以直接取自现场，避免室内加工对试件原生结构的扰动；二是采用液态CO2相变***提供冲击源，既有利于与试件进行对接，又方便控制***性能参数；三是各种观测片布置方便；四是避免了大试块试验的笨重、造价高、不方便的困难。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是应力加载件的截面图；
图3是围压钢管的截面图。
具体实施方式
如图1-3所示，本发明的二氧化碳***冲击动态监测试验装置，包括CO2***冲击试验***，CO2***冲击试验***上设置有动态应力测试***和静态应力测试***；
CO2***冲击试验***由应力加载机构、***冲击机构和气体收集机构组成，应力加载机构包括试件应力加载件和两个法兰盘1，两个法兰盘1前后并排设置，应力加载件设置在两个法兰盘1之间，两个法兰盘1之间连接有若干根钢制拉杆2，每根钢制拉杆2的两端部均设有外螺纹，钢制拉杆2的两端部分别螺纹连接有紧固螺母3，两个紧固螺母3分别与两个法兰盘1顶压配合；
应力加载件包括热塑密封管4，热塑密封管4的长度方向沿前后水平方向设置，热塑密封管4的轴线穿过法兰盘1的圆心，试验煤样5设置在热塑密封管4内，热塑密封管4外侧套有围压钢管6，围压钢管6的外壁沿轴向方向开设有缺口7，缺口7的长度为，的长度范围为5-10cm，围压钢管6的外侧套有管卡件28，热塑密封管4、围压钢管6以及管卡件28的长度相等，管卡件28由两根半圆管8组成，半圆管8的两个侧壁上均连接有连接板，两根半圆管8上下对称设置，两根半圆管8的连接板之间通过若干紧固螺栓9连接，紧固螺栓9上设有与其配合的螺母10；热塑密封管4的后端部内还设置有钢制垫块11，钢制垫块11位于试验煤样5后端与后侧的法兰盘1之间；
所述的***冲击机构设置在前侧的法兰盘1上，气体收集机构安装在后侧的法兰盘1上。
***冲击机构包括CO2***管12，CO2***管12同轴线固定在法兰盘1的前侧面上，CO2***管12的前端安装有充气阀13，CO2***管12内安装有剪切片14和电加热丝15，电加热丝15位于剪切片14的前侧，CO2***管12上安装有位于剪切片14后侧的第一探针温度计16。
气体收集机构包括导气管17，所述的钢制垫块11的中心处开设有安装插孔，导气管17的前端部穿过法兰盘1后插设在钢制垫块11的安装插孔内，导气管17上沿气流方向依次设置有流量计18和气体收集箱19，气体收集箱19上安装有压力表20、第二探针温度计21以及排气阀22。
动态应力测试机构包括若干动态应变片23和PVDF压力传感器24，试验煤样5由若干标准试样25依次连接而成，动态应变片23设置在每个标准试样25上，其中两个PVDF压力传感器24分别设置在剪切片14和钢制垫块11上，其余的PVDF压力传感器24分别安装在相邻的两个标准试样25连接处。
静态应力测试***包括若干围压测压环26和轴向应变片27，若干围压测压环26分别安装在紧固螺栓9上，在螺母10作用下，围压测压环26压在连接板上；若干轴向应变片27分别安装在钢制拉杆2上。
二氧化碳***冲击动态监测试验装置的测试方法，包括以下步骤：
（1）、煤样制作与测点布置：从目标煤层钻取原煤进行取样，选取完整煤样制作标准试样25若干，然后将若干标准试样25之间采用103胶水粘接，形成大约1m长的组合试样作为试验煤样5，在进行粘接的同时在相邻两个标准试样25的连接处布置PVDF压力传感器24，并且在每个标准试样25的表面沿轴向布置动态应变片23，最后对该试验煤样5进行热塑保护使其表面形成热塑密封管4；
（2）、施加应力：首先施加围压，将经过热塑密封的试验煤样5装入围压钢管6内，然后在用两个半圆管8包围，通过不断旋拧紧固螺栓9和螺母10，使围压钢管6的缺口7不断减小，从而在试验煤样5周围形成试件围压，依据弹性理论（清华大学出版社，第3版，P85），使围压钢管6闭合后管内沿环向产生的拉力为：
式中分别为围压钢管6的内径和外径，E为弹性模量，μ是泊松比；
拉力P与试验煤样5的围压平衡，下一步根据弹性力学厚壁圆筒理论进行试验煤样5表面围压计算，同时，试验煤样5围压也通过贴在试验煤样5表面的动态应变片23进行应变观测，并经过计算得到；
接下来施加轴向应力，首先在CO2***管12的后端焊接在法兰盘1上，将应力加载件置于两个法兰盘1之间，再将两个法兰盘1通过若干根钢制拉杆2连接，同时在试验煤岩与法兰盘1之间放置钢制垫块11，通过调整钢制拉杆2上的紧固螺母3，使钢制拉杆2受到拉力，从而在试验煤样5的轴向施加应力，钢制拉杆2上的拉力通过贴在钢制拉杆2表面的轴向应变片27测得；
（3）、连接***冲击机构和气体采集机构：将已经完成应力加载的试验煤样5，通过前侧的法兰盘1与CO2***管12焊接，形成***冲击机构；
接着将导气管17通过钢制垫块11上预留的安装插孔与试验煤样5相连通，并在导气管17的后侧连通到气体收集箱19，在导气管17上安装流量计18，在气体收集箱19上依次安装压力表20、第二探针温度计21以及排气阀22；
（4）、充装CO2：通过充气阀13向CO2***管12注入液态CO2，通过第一探针温度计16和剪切片14上的PVDF压力传感器24测得CO2***管12内CO2的温度和压力，以判断它处于相变状态；
（5）、通过电加热丝15加热使CO2***管12内CO2迅速发生膨胀相变为超临界态高压流体，高压流体冲破剪切片14后冲击试验煤样5；
（6）、应力波传播规律观测：CO2高压冲击的时程曲线通过剪切片14上的PVDF压力传感器24测得，产生的应力波通过相邻标准试样25接缝处的PVDF压力传感器24记录得到，试件动态变形通过试验煤样5表面的动态应变片23记录得到；
（7）、CO2流动规律观测： 通过剪切片14上的PVDF压力传感器24记录试件输入端的CO2压力变化、相邻标准试样25接缝处的PVDF压力传感器24记录试验煤样5各截面的CO2压力变化、气体收集箱19上的压力表20记录试件输出端的压力变化、导气管17上的流量计18记录CO2流量，试验结束后，将这些数据通过作图分析，得到CO2流动规律。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (6)
1.二氧化碳***冲击动态监测试验装置，其特征在于：包括CO2***冲击试验***，CO2***冲击试验***上设置有动态应力测试***和静态应力测试***；
CO2***冲击试验***由应力加载机构、***冲击机构和气体收集机构组成，应力加载机构包括试件应力加载件和两个法兰盘，两个法兰盘前后并排设置，应力加载件设置在两个法兰盘之间，两个法兰盘之间连接有若干根钢制拉杆，每根钢制拉杆的两端部均设有外螺纹，钢制拉杆的两端部分别螺纹连接有紧固螺母，两个紧固螺母分别与两个法兰盘顶压配合；
应力加载件包括热塑密封管，热塑密封管的长度方向沿前后水平方向设置，热塑密封管的轴线穿过法兰盘的圆心，试验煤样设置在热塑密封管内，热塑密封管外侧套有围压钢管，围压钢管的外壁沿轴向方向开设有缺口，缺口的长度为，的长度范围为5-10cm，围压钢管的外侧套有管卡件，热塑密封管、围压钢管以及管卡件的长度相等，管卡件由两根半圆管组成，半圆管的两个侧壁上均连接有连接板，两根半圆管上下对称设置，两根半圆管的连接板之间通过若干紧固螺栓连接，紧固螺栓上设有与其配合的螺母；热塑密封管的后端部内还设置有钢制垫块，钢制垫块位于试验煤样后端与后侧的法兰盘之间；
所述的***冲击机构设置在前侧的法兰盘上，气体收集机构安装在后侧的法兰盘上。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳***冲击动态监测试验装置，其特征在于：***冲击机构包括CO2***管，CO2***管同轴线固定在法兰盘的前侧面上，CO2***管的前端安装有充气阀，CO2***管内安装有剪切片和电加热丝，电加热丝位于剪切片的前侧，CO2***管上安装有位于剪切片后侧的第一探针温度计。
3.根据权利要求2所述的二氧化碳***冲击动态监测试验装置，其特征在于：气体收集机构包括导气管，所述的钢制垫块的中心处开设有安装插孔，导气管的前端部穿过法兰盘后插设在钢制垫块的安装插孔内，导气管上沿气流方向依次设置有流量计和气体收集箱，气体收集箱上安装有压力表、第二探针温度计以及排气阀。
4.根据权利要求3所述的二氧化碳***冲击动态监测试验装置，其特征在于：动态应力测试机构包括若干动态应变片和PVDF压力传感器，试验煤样由若干标准试样依次连接而成，动态应变片设置在每个标准试样上，其中两个PVDF压力传感器分别设置在剪切片和钢制垫块上，其余的PVDF压力传感器分别安装在相邻的两个标准试样连接处。
5.根据权利要求4所述的二氧化碳***冲击动态监测试验装置，其特征在于：静态应力测试***包括若干围压测压环和轴向应变片，若干围压测压环分别安装在紧固螺栓上，在螺母作用下，围压测压环压在连接板上；若干轴向应变片分别安装在钢制拉杆上。
6.根据权利要求5所述的二氧化碳***冲击动态监测试验装置的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、煤样制作与测点布置：从目标煤层钻取原煤进行取样，选取完整煤样制作标准试样若干，然后将若干标准试样之间采用103胶水粘接，形成大约1m长的组合试样作为试验煤样，在进行粘接的同时在相邻两个标准试样的连接处布置PVDF压力传感器，并且在每个标准试样的表面沿轴向布置动态应变片，最后对该试验煤样进行热塑保护使其表面形成热塑密封管；
（2）、施加应力：首先施加围压，将经过热塑密封的试验煤样装入围压钢管内，然后在用两个半圆管包围，通过不断旋拧紧固螺栓和螺母，使围压钢管的缺口不断减小，从而在试验煤样周围形成试件围压，依据弹性理论，使围压钢管闭合后管内沿环向产生的拉力为：
式中分别为围压钢管的内径和外径，E为弹性模量，μ是泊松比；
拉力P与试验煤样的围压平衡，下一步根据弹性力学厚壁圆筒理论进行试验煤样表面围压计算，同时，试验煤样围压也通过贴在试验煤样表面的动态应变片进行应变观测，并经过计算得到；
接下来施加轴向应力，首先在CO2***管的后端焊接在法兰盘上，将应力加载件置于两个法兰盘之间，再将两个法兰盘通过若干根钢制拉杆连接，同时在试验煤岩与法兰盘之间放置钢制垫块，通过调整钢制拉杆上的紧固螺母，使钢制拉杆受到拉力，从而在试验煤样的轴向施加应力，钢制拉杆上的拉力通过贴在钢制拉杆表面的轴向应变片测得；
（3）、连接***冲击机构和气体采集机构：将已经完成应力加载的试验煤样，通过前侧的法兰盘与CO2***管焊接，形成***冲击机构；
接着将导气管通过钢制垫块上预留的安装插孔与试验煤样相连通，并在导气管的后侧连通到气体收集箱，在导气管上安装流量计，在气体收集箱上依次安装压力表、第二探针温度计以及排气阀；
（4）、充装CO2：通过充气阀向CO2***管注入液态CO2，通过第一探针温度计和剪切片上的PVDF压力传感器测得CO2***管内CO2的温度和压力，以判断它处于相变状态；
（5）、通过电加热丝加热使CO2***管内CO2迅速发生膨胀相变为超临界态高压流体，高压流体冲破剪切片后冲击试验煤样；
（6）、应力波传播规律观测：CO2高压冲击的时程曲线通过剪切片上的PVDF压力传感器测得，产生的应力波通过相邻标准试样接缝处的PVDF压力传感器记录得到，试件动态变形通过试验煤样表面的动态应变片记录得到；
（7）、CO2流动规律观测： 通过剪切片上的PVDF压力传感器记录试件输入端的CO2压力变化、相邻标准试样接缝处的PVDF压力传感器记录试验煤样各截面的CO2压力变化、气体收集箱上的压力表记录试件输出端的压力变化、导气管上的流量计记录CO2流量，试验结束后，将这些数据通过作图分析，得到CO2流动规律。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910307542.6A CN109991148B (zh) | 2019-04-17 | 2019-04-17 | 二氧化碳***冲击动态监测试验装置及其测试方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910307542.6A CN109991148B (zh) | 2019-04-17 | 2019-04-17 | 二氧化碳***冲击动态监测试验装置及其测试方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109991148A true CN109991148A (zh) | 2019-07-09 |
| CN109991148B CN109991148B (zh) | 2024-03-29 |
Family
ID=67133898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910307542.6A Active CN109991148B (zh) | 2019-04-17 | 2019-04-17 | 二氧化碳***冲击动态监测试验装置及其测试方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109991148B (zh) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110926970A (zh) * | 2019-11-19 | 2020-03-27 | 中交第二公路勘察设计研究院有限公司 | 预制结构面混凝土单孔***试验装置和试验方法 |
| CN111579579A (zh) * | 2020-05-26 | 2020-08-25 | 中国地质大学（武汉） | 多点全方位co2相变致裂压力时程曲线测试***与方法 |
| CN111735692A (zh) * | 2020-08-11 | 2020-10-02 | 长安大学 | 一种撞击试验中用于环向测量冲击反力的装置 |
| CN112945763A (zh) * | 2021-02-04 | 2021-06-11 | 中南大学 | 一种基于co2相变的***冲击环境多功能试验装置 |
| CN113376034A (zh) * | 2021-06-10 | 2021-09-10 | 河南理工大学 | 模拟岩层钻孔co2致裂岩样破坏机制的测试*** |
| CN113702214A (zh) * | 2021-04-16 | 2021-11-26 | 中国人民解放军军事科学院国防工程研究院工程防护研究所 | 一种用于成层式组合材料进行一维应力波传播的试验方法 |
| CN113701805A (zh) * | 2021-08-11 | 2021-11-26 | 中国地质大学（武汉） | 二氧化碳致裂管管内温压及管外超压测试***及测试方法 |
| CN117191632A (zh) * | 2023-11-02 | 2023-12-08 | 中国石油天然气集团有限公司 | 二氧化碳相变实验***及实验方法 |
| WO2024011651A1 (zh) * | 2022-07-13 | 2024-01-18 | 东北大学 | 一种深部工程岩爆孕育全过程大型三维物理模拟试验*** |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100003950U (ko) * | 2008-10-06 | 2010-04-15 | 김경민 | 스테인리스 주름관의 연결구 |
| CN103015976A (zh) * | 2013-01-16 | 2013-04-03 | 西南石油大学 | 一种模拟地层围压下变形套管修复过程的测试方法 |
| CN103234891A (zh) * | 2013-04-22 | 2013-08-07 | 辽宁工程技术大学 | 低渗透煤体高压气体循环脉冲致裂增透实验方法 |
| CN103728182A (zh) * | 2013-12-31 | 2014-04-16 | 沈阳建筑大学 | 研究钢管砼轴压构件在荷载与腐蚀下性能的装置与方法 |
| CN105954172A (zh) * | 2016-05-19 | 2016-09-21 | 西安科技大学 | 煤层液态co2压裂增透实验装置及其实验方法 |
| CN106769551A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-31 | 中南大学 | 一种二氧化碳致裂器的致裂压力测定装置及方法 |
| CN206439041U (zh) * | 2017-01-17 | 2017-08-25 | 山西工程技术学院 | 一种模拟二氧化碳致裂增透煤层的实验装置 |
| WO2018192481A1 (zh) * | 2017-04-18 | 2018-10-25 | 中国矿业大学(北京) | 一种co2压裂过程的应力场变化测量方法 |
| CN209927685U (zh) * | 2019-04-17 | 2020-01-10 | 河南理工大学 | 二氧化碳***冲击动态监测试验装置 |
-
2019
- 2019-04-17 CN CN201910307542.6A patent/CN109991148B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100003950U (ko) * | 2008-10-06 | 2010-04-15 | 김경민 | 스테인리스 주름관의 연결구 |
| CN103015976A (zh) * | 2013-01-16 | 2013-04-03 | 西南石油大学 | 一种模拟地层围压下变形套管修复过程的测试方法 |
| CN103234891A (zh) * | 2013-04-22 | 2013-08-07 | 辽宁工程技术大学 | 低渗透煤体高压气体循环脉冲致裂增透实验方法 |
| CN103728182A (zh) * | 2013-12-31 | 2014-04-16 | 沈阳建筑大学 | 研究钢管砼轴压构件在荷载与腐蚀下性能的装置与方法 |
| CN105954172A (zh) * | 2016-05-19 | 2016-09-21 | 西安科技大学 | 煤层液态co2压裂增透实验装置及其实验方法 |
| CN106769551A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-31 | 中南大学 | 一种二氧化碳致裂器的致裂压力测定装置及方法 |
| CN206439041U (zh) * | 2017-01-17 | 2017-08-25 | 山西工程技术学院 | 一种模拟二氧化碳致裂增透煤层的实验装置 |
| WO2018192481A1 (zh) * | 2017-04-18 | 2018-10-25 | 中国矿业大学(北京) | 一种co2压裂过程的应力场变化测量方法 |
| CN209927685U (zh) * | 2019-04-17 | 2020-01-10 | 河南理工大学 | 二氧化碳***冲击动态监测试验装置 |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110926970A (zh) * | 2019-11-19 | 2020-03-27 | 中交第二公路勘察设计研究院有限公司 | 预制结构面混凝土单孔***试验装置和试验方法 |
| CN111579579B (zh) * | 2020-05-26 | 2024-04-16 | 中国地质大学（武汉） | 多点全方位co2相变致裂压力时程曲线测试***与方法 |
| CN111579579A (zh) * | 2020-05-26 | 2020-08-25 | 中国地质大学（武汉） | 多点全方位co2相变致裂压力时程曲线测试***与方法 |
| CN111735692A (zh) * | 2020-08-11 | 2020-10-02 | 长安大学 | 一种撞击试验中用于环向测量冲击反力的装置 |
| CN111735692B (zh) * | 2020-08-11 | 2022-08-02 | 长安大学 | 一种撞击试验中用于环向测量冲击反力的装置 |
| CN112945763A (zh) * | 2021-02-04 | 2021-06-11 | 中南大学 | 一种基于co2相变的***冲击环境多功能试验装置 |
| CN113702214A (zh) * | 2021-04-16 | 2021-11-26 | 中国人民解放军军事科学院国防工程研究院工程防护研究所 | 一种用于成层式组合材料进行一维应力波传播的试验方法 |
| CN113376034A (zh) * | 2021-06-10 | 2021-09-10 | 河南理工大学 | 模拟岩层钻孔co2致裂岩样破坏机制的测试*** |
| CN113376034B (zh) * | 2021-06-10 | 2023-10-20 | 河南理工大学 | 模拟岩层钻孔co2致裂岩样破坏机制的测试*** |
| CN113701805A (zh) * | 2021-08-11 | 2021-11-26 | 中国地质大学（武汉） | 二氧化碳致裂管管内温压及管外超压测试***及测试方法 |
| WO2024011651A1 (zh) * | 2022-07-13 | 2024-01-18 | 东北大学 | 一种深部工程岩爆孕育全过程大型三维物理模拟试验*** |
| CN117191632B (zh) * | 2023-11-02 | 2024-03-08 | 中国石油天然气集团有限公司 | 二氧化碳相变实验***及实验方法 |
| CN117191632A (zh) * | 2023-11-02 | 2023-12-08 | 中国石油天然气集团有限公司 | 二氧化碳相变实验***及实验方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109991148B (zh) | 2024-03-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109991148A (zh) | 二氧化碳***冲击动态监测试验装置及其测试方法 | |
| WO2016019824A1 (zh) | 多点煤岩体应力实时监测装置及方法 | |
| CN103247358B (zh) | 核电站高能管道局部泄漏监测试验台架 | |
| CN107884288B (zh) | 高温下含断续节理的岩石压缩剪切试样制作及试验方法 | |
| CN111220452B (zh) | 一种煤岩模拟试验用真三轴压力室及其试验方法 | |
| Zhou et al. | Test system for the visualization of dynamic disasters and its application to coal and gas outburst | |
| CN102279420B (zh) | 煤变质演化裂隙***发育模拟测试*** | |
| CN105758561A (zh) | 基于可视化均布水压致裂地应力测量装置及方法 | |
| CN103207054A (zh) | 高温结构密封性能地面模拟测试装置及测试方法 | |
| CN107870144A (zh) | 一种煤岩体应变‑裂隙‑渗透率的测试装置及方法 | |
| CN109613119A (zh) | 一种声电渗综合监测的拟三轴压力室及试验方法 | |
| CN103926479B (zh) | 煤体瓦斯运移过程电荷监测装置及其监测方法 | |
| CN110006805B (zh) | 二氧化碳***冲击渗透一体化试验装置及其测试方法 | |
| CN209927685U (zh) | 二氧化碳***冲击动态监测试验装置 | |
| CN112525707B (zh) | 岩石动静真/常三轴剪切流变thmc多场耦合试验方法 | |
| CN102879157A (zh) | 防护工程通风***密闭性检测方法及其*** | |
| CN106567998A (zh) | 基于光纤温度传感器的输气管道泄漏检测模拟实验平台 | |
| CN107290233A (zh) | 一种油气井***射孔管柱力学实验装置及实验方法 | |
| CN105424331A (zh) | 用于大型压裂时水泥环的机械密封性评价的装置和方法 | |
| CN103089309A (zh) | 一种用于准确预测煤与瓦斯突出危险性的煤层释放瓦斯膨胀能的实测方法及其测定装置 | |
| CN106500894A (zh) | 一种二氧化碳***冲击波压力测试装置及其测试方法 | |
| CN105401934B (zh) | 一种可视模拟井筒实验装置 | |
| CN205719757U (zh) | 一种方型岩心夹持器 | |
| CN107389467A (zh) | 一种模拟乏燃料包壳高温机械性能试验的装置 | |
| CN108444848B (zh) | 动-静耦合作用下含瓦斯煤岩破裂过程多参量试验装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |