[发明专利]煤岩体气液两相流体介质传导致裂模拟实验装置及方法

权利要求书

1.煤岩体气液两相流体介质传导致裂模拟实验的方法，利用煤岩体气液两相流体介质传导致裂模拟实验装置进行煤岩体气液两相流体介质传导致裂模拟实验，其特征在于：所述煤岩体气液两相流体介质传导致裂模拟实验装置包括煤岩体实验平台、液态流体介质传导致裂机构和气态流体介质传导致裂机构，所述煤岩体实验平台包括计算机（8）、实验箱（1）和设置在实验箱（1）内的相似模拟煤岩体（2），实验箱（1）的侧壁和顶板上均安装有用于向相似模拟煤岩体（2）施加压力的气缸（3），气缸（3）通过气缸驱动器（13）由计算机（8）控制，相似模拟煤岩体（2）为立方体相似模拟煤岩体，所述立方体相似模拟煤岩体的边缘位置处布设有多个用于监测立方体相似模拟煤岩体裂纹扩展情况的声发射传感器（4），所述立方体相似模拟煤岩体内预先埋设有数据检测层（5），所述立方体相似模拟煤岩体的顶部中心位置处竖直向内开设有钻孔（6），数据检测层（5）包括围绕钻孔（6）中心对称设置的多个传感器组件（7），传感器组件（7）由用于检测所述液态流体介质传导致裂机构对所述立方体相似模拟煤岩体传导致裂产生的压力的压力传感器（7-1）和用于检测所述气态流体介质传导致裂机构对所述立方体相似模拟煤岩体传导致裂产生的温度的温度传感器（7-2）组成，压力传感器（7-1）、温度传感器（7-2）和声发射传感器（4）均与计算机（8）进行数据通信；

所述液态流体介质传导致裂机构包括向钻孔（6）内注入液体且用于调节所述液体压力参数的注液机（12），所述液体为与所述立方体相似模拟煤岩体颜色不同的带色液体，注液机（12）与计算机（8）进行通信；

所述气态流体介质传导致裂机构包括向钻孔（6）内填装的炸药、起爆所述炸药的起爆器和用于采集所述立方体相似模拟煤岩体爆破气体传播扩散的情况的红外热像仪（14），红外热像仪（14）与计算机（8）进行通信；

计算机（8）上连接有用于设定所述液态流体介质传导致裂机构传导致裂后裂隙发育时间的计时器（9）、用于提示实验人员裂隙发育充分的提示器（10）和用于显示气液两相流体介质传导致裂的裂纹扩展情况的显示器（11）；

该方法包括以下步骤：

步骤一、预制立方体相似模拟煤岩体：根据实际待模拟的煤岩体的物理特性，利用相似模拟方法向立方体容器内注入预制材料，养护t时间后建立立方体相似模拟煤岩体，并在建立立方体相似模拟煤岩体的过程中，在立方体相似模拟煤岩体内埋设数据检测层（5），在立方体相似模拟煤岩体的顶部中心位置处竖直向内开设钻孔（6）；

所述立方体容器的数量为多个，可同时预制多个所述立方体相似模拟煤岩体；

步骤二、煤岩体实验平台的搭建，过程如下：

步骤201、取一个所述立方体相似模拟煤岩体放置在实验箱（1）内，利用计算机（8）控制气缸驱动器（13）使实验箱（1）的侧壁和顶板上安装的多个气缸（3）向所述立方体相似模拟煤岩体施加压力，模拟所述实际待模拟的煤岩体受环境周围岩体的压力；

步骤202、在所述立方体相似模拟煤岩体的边缘位置处布设多个用于监测立方体相似模拟煤岩体裂纹扩展情况的声发射传感器（4），所述声发射传感器（4）的数量为六个，六个所述声发射传感器（4）分别为第一声发射传感器（4-1）、第二声发射传感器（4-2）、第三声发射传感器（4-3）、第四声发射传感器（4-4）、第五声发射传感器（4-5）和第六声发射传感器（4-6），第一声发射传感器（4-1）和第二声发射传感器（4-2）分别安装在所述立方体相似模拟煤岩体底面和前侧面的相交边的两个顶点位置处，第三声发射传感器（4-3）安装在所述立方体相似模拟煤岩体底面和后侧面的相交边的中点位置处，第四声发射传感器（4-4）安装在所述立方体相似模拟煤岩体顶面和前侧面的相交边的中点位置处，第五声发射传感器（4-5）和第六声发射传感器（4-6）分别安装在所述立方体相似模拟煤岩体顶面和后侧面的相交边的两个顶点位置处，六个所述声发射传感器（4）全范围实时探测所述立方体相似模拟煤岩体内裂缝情况；

步骤203、将数据检测层（5）和声发射传感器（4）与计算机（8）连接，实现数据检测层（5）和声发射传感器（4）与计算机（8）的数据通信，完成煤岩体实验平台的搭建；

步骤三、液态介质传导致裂：通过注液机（12）调节注入液体的压力参数，使用注液机（12）向钻孔（6）内注入液体，直至注入的液体渗漏出所述立方体相似模拟煤岩体或注入的液体压力降低，所述液体为与所述立方体相似模拟煤岩体颜色不同的带色液体，同时建立注液机（12）与计算机（8）的通信；

步骤四、固液耦合态的立方体相似模拟煤岩体的形成：通过计时器（9）设定所述立方体相似模拟煤岩体注入液体后静置的时间阈值，利用计时器（9）计时，当所述立方体相似模拟煤岩体注入液体后静置时间达到计时器（9）设定的时间阈值时，计算机（8）控制提示器（10）提示实验人员静置时间完成，实现液态介质传导致裂的裂隙的充分发育，得到固液耦合态的立方体相似模拟煤岩体；

步骤五、气态介质传导致裂：向固液耦合态的立方体相似模拟煤岩体的钻孔（6）内填装炸药，利用起爆器起爆所述炸药，竖向均分切开固液耦合态的立方体相似模拟煤岩体，采用两个红外热像仪（14）分别对爆破后切开的固液耦合态的立方体相似模拟煤岩体的腔体进行扫描，获取所述腔体内气体温度分布值，并将红外热像仪（14）扫描后得到的温度分布值传输至计算机（8），计算机（8）利用温度分布值和温度传感器（7-2）采集的温度数据，绘制温度分布图，得到爆破时气体在固液耦合态的立方体相似模拟煤岩体中的传导致裂数据，同时可观察带色液体在固液耦合态的立方体相似模拟煤岩体裂纹中的方向、深度和范围；

步骤六、煤岩体实验平台的更新：拆卸声发射传感器（4），计算机（8）控制气缸驱动器（13）使气缸（3）缩回，清除实验箱（1）内固液耦合态的立方体相似模拟煤岩体的残留物；

步骤七、多次循环步骤二至步骤六，获取注入液体的不同压力参数和固液耦合态的立方体相似模拟煤岩体的钻孔（6）内填装炸药的不同单耗量导致的传导致裂数据。