一种水平切缝二氧化碳爆破相似煤体致裂评价装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种水平切缝二氧化碳爆破相似煤体致裂评价装置及方法，包括：透明试验箱，透明试验箱包括外框架和多个透明加载板，背板设置于透明试验箱的后侧面，水力致裂机构能够贯穿背板并伸入透明试验箱中；超声CT与透明试验箱相邻设置，超声CT能够对透明试验箱顶部进行扫描；高速摄像机与透明试验箱相邻设置，高速摄像机能够对透明试验箱内部的煤样进行拍摄；可以通过透明试验箱上侧面、前侧面和左侧面的透明加载板模拟出三轴采动应力场条件下的大尺寸煤层压力情况，更加接近现场真实复杂的地质条件，适用于较大尺寸的相似模拟煤体模型。型。型。

【技术实现步骤摘要】
一种水平切缝二氧化碳爆破相似煤体致裂评价装置及方法


[0001]本专利技术涉及煤体致裂检测领域，特别是涉及一种水平切缝二氧化碳爆破相似煤体致裂效果评价方法。

技术介绍

[0002]我国煤炭资源赋存条件复杂多变，深部矿井普遍存在高瓦斯低渗透性而导致瓦斯抽采效果不佳的问题。目前，国内外煤层泄压增透方法主要有爆破致裂、水力致裂(水力压裂、水力割缝、水力冲孔)、保护层卸压开采等，其中水力致裂与CO2爆破致裂协同致裂是一种既环保又安全的致裂方法，两者协同致裂形成更大范围的移动补偿空间，能有效促进煤体层裂，从而加大裂纹扩展、提高煤层增透率。
[0003]为了检测该方法的致裂效果，现有的方法是直接通过测定致裂后的煤岩体裂缝半长、形态和方位进行评价，其评价方法有大地微地震法、电位法、井温法、放射性示踪法等。再有将人工智能的思想和技术应用到致裂工程中，如使用神经网络技术与遗传算法结合、模拟退火和遗传算法结合或模糊综合评价方法完成对致裂施工参数预测、优化以及致裂效果分析。但以上致裂效果的评价方法大部分针对标准煤样，对于实验室中的稍大尺寸的相似模拟是不适用的。
[0004]有鉴于此，如何提供一种能够对实验室中相似模拟的煤层致裂效果进行检测的装置是本领域人员亟需解决的一个技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种水平切缝二氧化碳爆破相似煤体致裂效果评价方法，以解决现有技术存在的问题，可实现对实验室中相似模拟的煤层致裂效果进行检测。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种水平切缝二氧化碳爆破相似煤体致裂评价装置，包括：
[0007]透明试验箱，所述透明试验箱包括外框架和多个透明加载板，多个所述透明加载板分别位于所述透明试验箱的上侧面、前侧面和左侧面，所述透明加载板与所述外框架滑动连接且所述透明加载板相对于所述外框架滑动过程中始终与所述外框架之间密封；所述透明加载板与驱动机构连接，多个所述透明加载板的滑动路径不相交；
[0008]背板，所述背板设置于所述透明试验箱的后侧面，当所述透明试验箱内填充煤样后，在所述煤样内设置应力传感器和声发射传感器，所述应力传感器和声发射传感器的接电线贯穿所述背板并延伸至所述透明试验箱以外，所述接电线与计算机电连接；
[0009]水力致裂机构，水力致裂机构能够贯穿所述背板并伸入所述透明试验箱中；
[0010]超声CT，所述超声CT与所述透明试验箱相邻设置，所述超声CT能够对所述透明试验箱顶部进行扫描；
[0011]高速摄像机，所述高速摄像机与所述透明试验箱相邻设置，所述高速摄像机能够对所述透明试验箱内部的煤样进行拍摄。
[0012]进一步的，所述驱动机构包括：加载活塞和加压油缸，所述加载活塞固定安装在所述透明加载板的外侧面，所述加压油缸的输出端与所述加载活塞固定连接。
[0013]进一步的，还包括：
[0014]移动板，所述移动板设置于所述透明试验箱的右侧面，所述移动板在第一位置与第二位置之间与所述透明试验箱滑动连接，当所述移动板位于第一位置时，所述移动板将所述透明试验箱密封，当所述移动板位于第二位置时，所述移动板将所述透明试验箱打开；
[0015]送料机构，所述送料机构靠近所述移动板设置并能够在所述移动板位于第二位置时向所述透明试验箱内送料。
[0016]进一步的，所述送料机构包括：
[0017]第一滑轨，所述第一滑轨一端靠近所述移动板设置，另一端沿所述透明试验箱的左右方向向外延伸；
[0018]放置板，所述放置板与所述第一滑轨滑动连接，所述放置板能够将煤样放置在上表面并输送至所述透明试验箱内。
[0019]进一步的，所述水力致裂机构包括：
[0020]第二滑轨，所述第二滑轨一端靠近所述背板，另一端沿所述透明试验箱的前后方向向外延伸；
[0021]钻机，所述钻机与所述第二滑轨滑动连接，所述钻机的输出端连接有钻杆，所述钻杆能够贯穿所述背板以及所述透明试验箱内的煤样，所述钻杆在所述煤样内钻出水平切缝钻孔；
[0022]水力水平切缝管道，所述水力水平切缝管道固定安装于所述水平切缝钻孔内并与所述背板密封连接，所述水力水平切缝管道与压裂泵连通。
[0023]进一步的，所述水力水平切缝管道包括：
[0024]压裂段，所述压裂段位于所述透明试验箱内并靠近所述水平切缝钻孔深处；
[0025]封孔段，所述封孔段与所述压裂段衔接，所述封孔段贯穿所述背板并延伸至外，所述封孔段通过第一密封垫与所述背板内侧壁密封连接，通过第二密封垫与所述背板外侧壁密封连接；
[0026]外接接头，所述外接接头与所述封孔段衔接，所述外接接头与压裂泵连通。
[0027]进一步的，还包括液态二氧化碳相变爆破机构，所述液态二氧化碳相变爆破机构与液态二氧化碳相变爆破管连通，所述钻杆贯穿所述背板以及所述透明试验箱内的煤样在所述煤样内钻出二氧化碳爆破钻孔，所述液态二氧化碳相变爆破管安装于所述二氧化碳爆破钻孔内。
[0028]本专利技术还公开了一种水平切缝二氧化碳爆破相似煤体致裂评价方法，包括以下步骤：
[0029]S1：根据待测矿区的参数配比相似煤体，通过放置板将配比好的相似煤体送入透明试验箱，关闭并密封移动板，在透明试验箱底部埋设应力传感器，应力传感器的接电线从背板上的传感器孔伸出，并与第一计算机电连接；
[0030]S2：加压油缸从X轴、Y轴和Z轴方向通过加载活塞向内推动各个透明加载板，使相似煤体在固定加载压力下定型，定型后解除各个透明加载板对相似煤体的加压，得到相似模拟煤样；
[0031]S3：解除透明加载板的加载压力，将S2中的相似模拟煤样全部取出；
[0032]S4：在透明试验箱中自下而上铺设相似模拟煤样，铺设结束后在透明试验箱底部靠前的位置以及相似模拟煤样上方靠后的位置埋设声发射传感器，所述声发射传感器的接电线从背板上的传感器孔伸出，并与第二计算机电连接；
[0033]S5：将超声CT及高速摄像机安装固定，启动高速摄像机对透明试验箱进行拍摄；
[0034]S6：通过加压油缸对透明试验箱内的相似模拟煤样进行三轴应力加载，加载后通过超声CT对透明试验箱的顶部进行扫描，获得初始裂缝分布；
[0035]S7：通过钻机在相似模拟煤样内钻设水平切缝钻孔和二氧化碳爆破钻孔，并安装水力水平切缝管道和液态二氧化碳相变爆破管；通过压裂泵将水从水力水平切缝管道的外接接头输送至压裂段，并对相似模拟煤样进行注水；
[0036]S8：步骤S7注水过程中，应力传感器和声发射传感器将采集到的信号实时发送至第一计算机和第二计算机，注水结束后通过超声CT对透明试验箱的顶部进行扫描，获得二次裂隙分布；
[0037]S9：解除S6中对相似模拟煤样的三轴应力，通过液态二氧化碳相变爆破机构和液态二氧化碳相变爆破管对透明试验箱内的相似模拟煤进行CO2爆破，爆破结束后关闭高速摄像机，通过超声CT对透明试验箱的顶部进行扫本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水平切缝二氧化碳爆破相似煤体致裂评价装置，其特征在于，包括：透明试验箱(1)，所述透明试验箱(1)包括外框架(102)和多个透明加载板(101)，多个所述透明加载板(101)分别位于所述透明试验箱(1)的上侧面、前侧面和左侧面，所述透明加载板(101)与所述外框架(102)滑动连接且所述透明加载板(101)相对于所述外框架(102)滑动过程中始终与所述外框架(102)之间密封；所述透明加载板(101)与驱动机构连接，多个所述透明加载板(101)的滑动路径不相交；背板(2)，所述背板(2)设置于所述透明试验箱(1)的后侧面，当所述透明试验箱(1)内填充煤样后，在所述煤样内设置应力传感器(3)和声发射传感器(4)，所述应力传感器(3)和声发射传感器(4)的接电线贯穿所述背板(2)并延伸至所述透明试验箱(1)以外，所述接电线与计算机电连接；水力致裂机构，水力致裂机构能够贯穿所述背板(2)并伸入所述透明试验箱(1)中；超声CT，所述超声CT与所述透明试验箱(1)相邻设置，所述超声CT能够对所述透明试验箱(1)顶部进行扫描；高速摄像机(20)，所述高速摄像机(20)与所述透明试验箱(1)相邻设置，所述高速摄像机(20)能够对所述透明试验箱(1)内部的煤样进行拍摄。2.根据权利要求1所述的一种水平切缝二氧化碳爆破相似煤体致裂评价装置，其特征在于，所述驱动机构包括：加载活塞(5)和加压油缸，所述加载活塞(5)固定安装在所述透明加载板(101)的外侧面，所述加压油缸的输出端与所述加载活塞(5)固定连接。3.根据权利要求1所述的一种水平切缝二氧化碳爆破相似煤体致裂评价装置，其特征在于，还包括：移动板(6)，所述移动板(6)设置于所述透明试验箱(1)的右侧面，所述移动板(6)在第一位置与第二位置之间与所述透明试验箱(1)滑动连接，当所述移动板(6)位于第一位置时，所述移动板(6)将所述透明试验箱(1)密封，当所述移动板(6)位于第二位置时，所述移动板(6)将所述透明试验箱(1)打开；送料机构，所述送料机构靠近所述移动板(6)设置并能够在所述移动板(6)位于第二位置时向所述透明试验箱(1)内送料。4.根据权利要求3所述的一种水平切缝二氧化碳爆破相似煤体致裂评价装置，其特征在于，所述送料机构包括：第一滑轨(7)，所述第一滑轨(7)一端靠近所述移动板(6)设置，另一端沿所述透明试验箱(1)的左右方向向外延伸；放置板(8)，所述放置板(8)与所述第一滑轨(7)滑动连接，所述放置板(8)能够将煤样放置在上表面并输送至所述透明试验箱(1)内。5.根据权利要求1所述的一种水平切缝二氧化碳爆破相似煤体致裂评价装置，其特征在于，所述水力致裂机构包括：第二滑轨(9)，所述第二滑轨(9)一端靠近所述背板(2)，另一端沿所述透明试验箱(1)的前后方向向外延伸；钻机(10)，所述钻机(10)与所述第二滑轨(9)滑动连接，所述钻机(10)的输出端连接有钻杆，所述钻杆能够贯穿所述背板(2)以及所述透明试验箱(1)内的煤样，所述钻杆在所述煤样内钻出水平切缝钻孔(202)；
水力水平切缝管道(11)，所述水力水平切缝管道(11)固定安装于所述水平切缝钻孔(202)内并与所述背板(2)密封连接，所述水力水平切缝管道(11)与压裂泵(18)连通。6.根据权利要求5所述的一种水平切缝二氧化碳爆破相似煤体致裂评价装置，其特征在于，所述水力水平切缝...

【专利技术属性】
技术研发人员：张义平，吴莲花，郑禄林，李波波，李希建，兰红，张林，
申请(专利权)人：贵州一和科技有限公司贵州一和矿业有限公司，
类型：发明
国别省市：