[发明专利]高温高压流体作用下煤岩断裂韧度测试方法

权利要求书

1.高温高压流体作用下煤岩断裂韧度测试方法，其特征在于：具体步骤包括：

1）加工半圆盘待测试样（9），试样尺寸为Ф50×20mm或者Ф75×30mm，并根据需要预制裂纹；

2）将上堵头（6）和下堵头（11）安装于胶套（17）两侧，并将其装到压力釜筒体（5）内腔中，安装三点弯曲装置底座（10）于试样安装凸台顶面，将待测试样（9）设置于三点弯曲装置底座（10）上，然后将底座（12）从压力釜筒体（5）下部装入压力釜筒体（5）中，同时将固定支座（4）从压力釜筒体（5）上部装入压力釜筒体（5）中，并旋紧，通过固定支座（4）和底座（12）固定上堵头（6）和下堵头（11），实现围压内腔（18）的密封；

3）安装声发射传感器和位移传感器（16），通过耦合剂使声发射传感器（8）与待测试样（9）表面相贴合，待测试样（9）两侧分别安装两个声发射传感器（8），以进行破坏点的定位；调整待测试样的位置，将声发射引线从声发射引线通道（2）穿出后与声发射装置（24）连接，将上压头（1）装入压力釜筒体（5）内，然后对声发射引线通道（2）进行密封；

4）把压力釜系统安置在压力机（34）的压力机底座（32）上，调整压力机压头（33）位置，使压力机压头（33）与上压头（1）接触；

5）通过控制系统（31）启动升温控温装置，设置加热温度为T1，加热速率为2-5°C/min，对试样进行加热，达到预热温度后，进行保温；

6）通过控制系统（31）开启围压恒流恒压泵（26），打开阀门V4、V5，使围压介质通入到冷却装置（27）中，然后接入到围压内腔（18）内；同时开启阀门V1、V2，使流体接入到恒流恒压泵（29）到达预热器，达到预热温度后，开启阀门V3，使该流体接入到溶浸压内腔（19）内，并通过压力传感器进行测量渗透压力；围压恒流恒压泵（26）和恒流恒压泵（29）通过交替加载的方式，以0.5MPa为一个压力梯度，先进行围压内腔（18）的压力的施加，然后再加载溶浸压内腔（19）的压力，如此交替加载，即可完成；

6）打开声发射采集装置（24）和位移数据采集装置（23），检测破坏过程声发射信号特征和位移信息，并将该信息发送至控制系统（31）；

7）开启压力机（34），以0.02mm/min的加载速率进行加载，直至待测试样（9）破坏，完成高温高压流体作用下煤岩断裂韧度测试；

高温高压流体浸泡下煤岩断裂韧度测试装置包括压力釜试验系统、轴压和围压加载系统、溶浸压加载系统、升温控温系统、声发射系统、位移采集系统和控制系统（31）；

所述压力釜试验系统包括压力釜筒体（5）、上压头（1）、固定支座（4）、底座（12）和胶套（17）；

所述胶套（17）竖直设置在压力釜筒体（5）内腔中部且胶套（17）的上、下两端外侧壁与压力釜筒体（5）内壁之间分别设置有上堵头（6）和下堵头（11），胶套（17）外侧壁与压力釜筒体（5）内侧壁之间形成围压内腔（18）；所述压力釜筒体（5）内腔上部设有固定支座（4），所述压力釜筒体（5）内腔下部设有底座（12），所述固定支座（4）与底座（12）分别与压力釜筒体（5）内壁之间通过螺纹连接；所述固定支座（4）中部设有压头过孔，上压头（1）下端由上至下穿过压头过孔伸入胶套（17）内腔中；所述底座（12）顶面中部设有试样安装凸台，所述试样安装凸台由下至上伸入胶套（17）内腔中；所述试样安装凸台顶面设有三点弯曲装置支座（10），待测试样（9）安装在三点弯曲装置支座（10）上，所述三点弯曲装置支座（10）外侧设有支撑圆筒（7），所述上压头（1）下端设在支撑圆筒（7）上方；所述胶套（17）内腔中部、上压头（1）下端与试样安装凸台顶面之间为容浸压内腔（19）；

所述围压内腔（18）下部一侧的压力釜筒体（5）侧壁上设有围压内腔进液口（21），围压内腔（18）上部另一侧的压力釜筒体（5）侧壁上设有围压内腔出液口（14），围压内腔（18）中部的压力釜筒体（5）侧壁上设有温度传感器插口；所述上压头（1）内设有声发射引线通道（2），声发射引线通道（2）的进口设在上压头（1）侧壁上部，声发射引线通道（2）的出口设在上压头（1）下端端面；所述底座（12）内设有流体注入通道（13），流体注入通道（13）的进口设在底座（12）侧壁下部，流体注入通道（13）的出口设在底座（12）顶面中部；

所述轴压和围压加载系统包括压力机（34）、围压恒流恒压泵（26）、冷却装置（27）；所述压力釜试验系统设在压力机底座（32）上，上压头（1）上端与压力机压头（33）连接；所述围压恒流恒压泵（26）的进水口通过连接水管与供水系统连接，所述围压恒流恒压泵（26）的出水口通过连接水管与冷却装置（27）的进水口，所述冷却装置（27）的出水口通过连接水管与围压内腔进液口（21）连通；所述围压恒流恒压泵（26）的出水口与冷却装置（27）的进水口之间的连接水管上设有控制阀门，所述冷却装置（27）的出水口与围压内腔进液口（21）之间的连接水管上设有控制阀门和压力传感器（22）；所述围压内腔出液口（14）与排水管道连通，所述排水管道上设有排水阀门；

所述溶浸压加载系统包括流体源（30）、恒流恒压泵（29）和预热器（28），所述流体源（30）的出水口通过连接水管与恒流恒压泵（29）的进水口连接，所述恒流恒压泵（29）的出水口通过连接水管与预热器（28）的进水口连接，所述预热器（28）的出水口通过连接水管与流体注入通道（13）的进口连接；所述流体源（30）的出水口与恒流恒压泵（29）的进水口之间的连接水管、恒流恒压泵（29）的出水口与预热器（28）的进水口之间的连接水管和预热器（28）的出水口与流体注入通道（13）的进口之间的连接水管上均设有控制阀门，且所述预热器（28）的出水口与流体注入通道（13）的进口之间的连接水管上还设有溶浸压压力传感器（15）；

所述升温控温系统包括加热装置（3）、温度传感器（20）和控温装置（25），所述加热装置（3）设在压力釜筒体（5）外侧圆周方向；所述温度传感器（20）设在温度传感器插口处，所述温度传感器（20）和加热装置（3）分别与控温装置（25）电气连接；

所述声发射系统包括声发射传感器（8）、声发射装置（24）和声发射引线，所述声发射传感器（8）通过耦合剂贴在待测试样（9）表面，所述射传感器通过声发射引线穿过声发射引线通道（2）与声发射装置（24）连接；

所述位移采集系统，包括位移传感器（16）和位移数据采集装置（23），所述位移传感器（16）安装于上压头（1）上，所述位移传感器（16）与位移数据采集装置（23）电气连接；

所述控制系统（31）分别与围压恒流恒压泵（26）、冷却装置（27）、恒流恒压泵（29）、预热器（28）、控温装置（25）、声发射装置（24）和位移数据采集装置（23）电气连接。