一种静态破碎剂径向膨胀压间接测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于岩土工程技术领域，具体涉及一种静态破碎剂径向膨胀压间接测试装置及方法，包括外部约束系统，外部约束系统包括无缝圆管，无缝圆管为一端封闭一段开放的管体；刚性约束框架，刚性约束框架内部安装有无缝圆管，无缝圆管内安装有径向膨胀压测试管，径向膨胀压测试管内填充有静态破碎剂；数据采集与分析系统，所述数据采集与分析系统包括阵列式薄膜压力传感器，所述阵列式薄膜压力传感器粘贴于无缝圆管管外壁上，阵列式薄膜压力传感器与工控一体机的输入端连接，通过工控一体机对阵列式薄膜压力传感器各测点压力值进行记录及分析

【技术实现步骤摘要】
一种静态破碎剂径向膨胀压间接测试装置及方法


[0001]本专利技术属于岩土工程
，具体涉及一种静态破碎剂径向膨胀压间接测试装置及方法
。

技术介绍

[0002]静态破碎技术是将静态破碎剂与水混合后
(static crushing agent
，简称
SCA)
填充在岩石孔内，利用静态破碎剂水化反应过程中产生的高径向膨胀压力“静悄悄”破碎岩石的技术
。
静态破碎剂在破碎过程中同时会释放出大量的热，温度可达
140
～
150℃。
[0003]径向膨胀压力大小决定了岩石破碎效果，国内外学者在径向膨胀压力测试方面做了诸多工作
。
电阻应变片测量法是静态破碎剂径向膨胀压测试常用方法
。
其原理是通过在钢管外壁或内壁粘贴电阻应变片测得应变值反推得到静态破碎剂产生的径向膨胀压
。
电阻应变片测量法原理较为简单，但测试结果受温度影响较大，且电阻应变片粘贴工艺复杂，无法重复使用，测试成本偏高
。
[0004]现有的静态破碎剂径向膨胀压测量设备，利用周边块及顶底部挡片构成封闭腔室，在封闭腔室里充填静态破碎剂，并通过固定块与周边块间的测力计示数除以封闭腔室剖面积计算静态破碎剂径向膨胀压
。
现有的静态破碎剂径向膨胀压测试方法，基于数值模拟建立径向膨胀压测试模拟管内部径向膨胀压与径向膨胀压测试模拟管外壁压力间的数值关系，之后通过压力传感器测试径向膨胀压测试模拟管外壁压力值反推径向膨胀压测试模拟管内部静态破碎剂的径向膨胀压
。
[0005]上述两种方式虽然解决了电阻应变片粘贴工艺复杂，无法重复使用的问题
。
但现有径向膨胀压测试方法无法以较低的成本实现多点径向膨胀压值的测试，实际上由于静态破碎剂装填工艺的原因，各点径向膨胀压值并不相同，因此，以其中一点径向膨胀压值作为静态破碎剂径向膨胀压测试结果并不准确
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种静态破碎剂径向膨胀压间接测试装置及方法，可以快速解算静态破碎剂的径向膨胀压，并实时记录径向膨胀压随时间变化的规律，提高了测量结果的准确性
。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种静态破碎剂径向膨胀压间接测试装置，包括
[0009]外部约束系统，所述外部约束系统包括无缝圆管，无缝圆管为一端封闭一段开放的管体；
[0010]刚性约束框架，所述刚性约束框架内部安装有无缝圆管，无缝圆管内安装有径向膨胀压测试管，径向膨胀压测试管内填充有静态破碎剂；
[0011]数据采集与分析系统，所述数据采集与分析系统包括阵列式薄膜压力传感器，所述阵列式薄膜压力传感器粘贴于无缝圆管管外壁上，阵列式薄膜压力传感器与工控一体机
的输入端连接，通过工控一体机对阵列式薄膜压力传感器各测点压力值进行记录及分析
。
[0012]所述刚性约束框架包括位于底部的底部约束钢板以及位于顶部的顶部约束钢板，在底部约束钢板中心留有大直径凹槽，在顶部约束钢板中心留有出油孔以及与大直径凹槽相对设置的小直径凹槽，底部约束钢板和顶部约束钢板边缘开设通孔，螺杆两端分别穿过底部约束钢板的通孔以及顶部约束钢板的通孔，并通过六角螺母锁紧
。
[0013]所述无缝圆管开放端端面开设有环状凹槽，无缝圆管的封闭端安装于大直径凹槽内，开放端与顶部约束钢板配合，且在环状凹槽内安装有
O
型圈
。
[0014]所述径向膨胀压测试管为分体式，由轴向平分成相互对称的两个半圆形管片组成，其顶端嵌入顶部约束钢板的小直径凹槽内，采用分体式结构便于测试完毕后，通过拆开分体式径向膨胀压测试管将膨胀后固化的静态破碎剂取出，使分体式径向膨胀压测试管可重复使用
。
[0015]所述一种静态破碎剂径向膨胀压间接测试装置，还包括伺服油源控制系统，所述伺服油源控制系统包括伺服油源和连接头，连接头安装于顶部约束钢板的出油孔上，伺服油源通过液压油管与连接头连接，当设置伺服油源控制系统时，径向膨胀压测试管内不填充静态破碎剂
。
[0016]一种静态破碎剂径向膨胀压间接测试装置测试静态破碎剂径向膨胀压的方法，包括以下步骤：
[0017]步骤1：组装静态破碎剂径向膨胀压间接测试装置，并在分体式径向膨胀压测试管内装填静态破碎剂；
[0018]将螺杆穿过底部约束钢板，并通过螺母将底部约束钢板固定；将无缝圆管置于底部约束钢板中的大直径凹槽内，并将阵列式薄膜压力传感器通过胶结物粘贴于无缝圆管外壁；将两个半圆形管片嵌接为分体式径向膨胀压测试管放入无缝圆管内；将与分体式径向膨胀压测试管内径相同的静态破碎剂药卷浸水后放入分体式径向膨胀压测试管内；或将浆状静态破碎剂即加水后的静态破碎剂灌入分体式径向膨胀压测试管内；将顶部约束钢板上的小直径凹槽嵌入分体式径向膨胀压测试管上端，并通过六角螺母将分体式径向膨胀压测试管
、
无缝圆管固定于底部约束钢板与顶部约束钢板之间；上述工作完成后，通过导线将阵列式薄膜压力传感器与工控一体机相接；
[0019]步骤2：建立各测点径向膨胀压随静态破碎剂水化反应时间变化曲线
[0020]打开工控一体机调用分体式径向膨胀压测试管内部静态破碎剂产生的径向膨胀压
P
r
与阵列式薄膜压力传感器所测无缝圆管平均外壁压力
F
o
之间的数值模型；点击开始采集径向膨胀压按钮，工控一体机实时显示阵列式薄膜压力传感器各测点测得分体式径向膨胀压测试管内的静态破碎剂产生的径向膨胀压
P
r
随静态破碎剂水化反应时间
h
的变化曲线；
[0021]步骤3：计算平均最大径向膨胀压值
[0022]采集结束后，自动输出平均最大径向膨胀压值，其计算公式为：
[0023][0024]式中：
‑
平均最大径向膨胀压，
MPa
；
N
‑
阵列式薄膜压力传感器测点个数；
P
r1max
、P
r2max
……
P
rNmax
‑
第
N
个薄膜压力传感器测点所测得的最大径向膨胀压值
。
[0025]步骤2中，所述的分体式径向膨胀压测试管内部静态破碎剂产生的径向膨胀压
P
r
与阵列式薄膜压力传感器所测无缝圆管平均外壁压力
F
o
之间的数值模型，具体依照如下方法建立：
[0026]步骤
2.1
，组装静态破碎剂径向膨胀压间接测试装置，并在分体式径向膨胀压测试管内装填液压油；
[0027]将螺杆穿过底部约束钢板，并通过螺母将底部约束钢板固定；将无缝圆管置于底部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种静态破碎剂径向膨胀压间接测试装置，其特征在于，包括外部约束系统，所述外部约束系统包括无缝圆管，无缝圆管为一端封闭一段开放的管体；刚性约束框架，所述刚性约束框架内部安装有无缝圆管，无缝圆管内安装有径向膨胀压测试管，径向膨胀压测试管内填充有静态破碎剂；数据采集与分析系统，所述数据采集与分析系统包括阵列式薄膜压力传感器，所述阵列式薄膜压力传感器粘贴于无缝圆管管外壁上，阵列式薄膜压力传感器与工控一体机的输入端连接，通过工控一体机对阵列式薄膜压力传感器各测点压力值进行记录及分析
。2.
根据权利要求1所述的一种静态破碎剂径向膨胀压间接测试装置，其特征在于：所述刚性约束框架包括位于底部的底部约束钢板以及位于顶部的顶部约束钢板，在底部约束钢板中心留有大直径凹槽，在顶部约束钢板中心留有出油孔以及与大直径凹槽相对设置的小直径凹槽，底部约束钢板和顶部约束钢板边缘开设通孔，螺杆两端分别穿过底部约束钢板的通孔以及顶部约束钢板的通孔，并通过六角螺母锁紧
。3.
根据权利要求1所述的一种静态破碎剂径向膨胀压间接测试装置，其特征在于：所述无缝圆管开放端端面开设有环状凹槽，无缝圆管的封闭端安装于大直径凹槽内，开放端与顶部约束钢板配合，且在环状凹槽内安装有
O
型圈
。4.
根据权利要求1所述的一种静态破碎剂径向膨胀压间接测试装置，其特征在于：所述径向膨胀压测试管为分体式，由轴向平分成相互对称的两个半圆形管片组成，其顶端嵌入顶部约束钢板的小直径凹槽内，采用分体式结构便于测试完毕后，通过拆开分体式径向膨胀压测试管将膨胀后固化的静态破碎剂取出，使分体式径向膨胀压测试管可重复使用
。5.
根据权利要求1所述的一种静态破碎剂径向膨胀压间接测试装置，其特征在于：所述一种静态破碎剂径向膨胀压间接测试装置，还包括伺服油源控制系统，所述伺服油源控制系统包括伺服油源和连接头，连接头安装于顶部约束钢板的出油孔上，伺服油源通过液压油管与连接头连接，当设置伺服油源控制系统时，径向膨胀压测试管内不填充静态破碎剂
。6.
根据权利要求1所述的一种静态破碎剂径向膨胀压间接测试装置测试静态破碎剂径向膨胀压的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：组装静态破碎剂径向膨胀压间接测试装置，并在分体式径向膨胀压测试管内装填静态破碎剂；将螺杆穿过底部约束钢板，并通过螺母将底部约束钢板固定；将无缝圆管置于底部约束钢板中的大直径凹槽内，并将阵列式薄膜压力传感器通过胶结物粘贴于无缝圆管外壁；将两个半圆形管片嵌接为分体式径向膨胀压测试管放入无缝圆管内；将与分体式径向膨胀压测试管内径相同的静态破碎剂药卷浸水后放入分体式径向膨胀压测试管内；或将浆状静态破碎剂即加水后的静态破碎剂灌入分体式径向膨胀压测试管内；将顶部约束钢板上的小直径凹槽嵌入分体式径向膨胀压测试管上端，并通过六角螺母将分体式径向膨胀压测试管
、
无缝圆管固定于底部约束钢板与顶部约束钢板之间；上述工作完成后，通过导线将阵列式薄膜压力传感器与工控一体机相接；步骤2：建立各测点径向膨胀压随静态破碎剂水化反应时间变化曲线打开工控一体机调用分体式径向膨胀压测试管内部静态破碎剂产生的径向膨胀压
P
r
与阵列式薄膜压力传感器所测无缝圆管平均外壁压力
F
o
之间的数值模型；点击开始采集径向
膨胀压按钮，工控一体机实时显示阵列式薄膜压力传感器各测点测得分体式径向膨胀压测试管内的静态破碎剂产生...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄梦龙，徐帅，张景轩，杨正明，程海，郭玟志，刘子涵，纪旭波，王瑞强，李章超，刘伟，李志军，张理蒙，陈桥，熊国庆，
申请(专利权)人：中国国家铁路集团有限公司，
类型：发明
国别省市：