[发明专利]一种破碎岩体渗流特性模拟装置、系统及方法

说明书

本发明公开了一种破碎岩体渗流特性模拟装置、系统及方法，属于破碎岩石渗流测试技术领域。本发明通过利用控制器控制激振器带动干扰棒对破碎岩体试样进行不同频率的应力扰动模拟，同时，通过控温管路、导流风扇、热电制冷片和散热风扇的设置，实现对破碎岩样温度场模拟，解决了现有技术中不能同时实现扰动场和温度场耦合作用下对深度开采渗流性能的模拟，导致的无法得到现场模拟的准确依据的问题，以及不能够实现试验完成后对装置的降温处理，导致的高温条件下的设备损耗的问题。提高了实验操作的效率以及模拟的准确性，为研究破碎岩体在不同温度、不同扰动频率下的渗流特性测试提供准确依据。

技术领域

本发明属于破碎岩石渗流测试技术领域，涉及一种破碎岩体渗流特性模拟装置、系统及方法，尤其是一种温度和扰动应力耦合作用下破碎岩体渗流特性模拟装置、系统及方法。

背景技术

近年来，矿产资源开采逐渐向深部转移，深部矿井煤岩面临着复杂的力学环境，由于地热、地下水和开采扰动等的相互作用，围岩处于极其复杂的渗流场、温度场和扰动场内。目前，关于研究深部开采工程中高温条件下破碎岩石渗透率的演化过程以及多场耦合问题尚不充分，多场耦合问题研究中，多利用软件进行数值模拟，而在模拟过程中所使用的参数以及数值模拟结果的可靠性，需要一定的实验数据予以支撑。

目前关于破碎岩石渗流测试功能的相关专利较少，现有的装置大部分仅仅能够满足扰动或高温中的一项功能，针对深部开采时高温以及扰动条件下破碎岩石渗透率测试研究基本无法实施，由于无法对破碎岩体同时进行渗流、温度、应力扰动的耦合试验。因此，应力扰动的控制和施加不精准，无法将现场测试得到的复杂、真实的振动、冲击等动载的波信号在实验室精确的施加到破碎岩体。其次，由于传统温度加载范围有限，实验时无法复刻现场真实温度，且仅有加温装置而无降温装置，导致试验完成后实验仪器无法快速降温，仪器长期处于高温条件下损耗度增加，无法人工降温导致实验效率降低。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种破碎岩体渗流特性模拟装置、系统及方法，可成功对渗流、温度、应力扰进行耦合模拟，提高破碎岩体渗流特性测试的准确性。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明提供一种破碎岩体渗流特性模拟装置，包括机架和控制器，所述机架上设置有若干激振器，所述激振器连接有干扰棒；机架内部设置有样品室，所述样品室内部设置有试样套筒；所述试样套筒内部设置有活塞；所述活塞的下方设置有上透水板；所述上透水板连接有进水口，且上透水板的下方设置有下透水板；所述下透水板上铺设有控温管路，且通过出水口与外部排水管相连接；破碎岩样置于试样套筒中的上透水板和下透水板之间；所述干扰棒的自由端依次穿过样品室和试样套筒，插置破碎岩样中；样品室的侧壁由内而外依次连接有导流风扇、热电制冷片和散热风扇，导流风扇、热电制冷片和散热风扇与温控管路相连接，且与控制器电连接或通讯连接；所述热电制冷片还连接有加热制冷循环机，所述加热制冷循环机与控制器相通讯连接或电连接。

优选地，所述出水口连接的排水管上设置有流量计。

优选地，所述样品室的内部还设置有温控器，所述温控器与热电制冷片及控制器相通讯连接或电连接。

优选地，该装置还包括底座，所述底座与样品室固定连接，用于支撑和固定样品室。

优选地，所述样品室内部还设置有温度传感器，所述温度传感器与控制器相通讯连接或电连接。

优选地，所述样品室的外部套设有保温箱或保温层，用于对样品室内的温度进行保温。

优选地，所述样品室包括导热内筒壁、岩筒夹层和绝热外筒壁，所述导热内筒、岩筒夹层和绝热外筒自内而外依次设置。