[发明专利]煤矿井下超声波与水力压裂复合致裂煤体模拟实验方法

摘要

本发明公开了一种煤矿井下超声波与水力压裂复合致裂煤体模拟装置及方法，包括封闭三轴加压装置、超声波水力压裂复合致裂装置、抽气注气装置和监测监控装置；所述超声波水力压裂复合致裂装置包括超声波致裂设备和水力压裂设备，所述抽气注气装置包括真空抽气泵和带压力表的瓦斯注气瓶；所述三轴加压装置内放置有煤样，所述超声波水力压裂复合致裂装置通过h形钢管将超声波致裂设备和水力压裂设备分别与封闭三轴加压装置内的煤样连接；所述抽气注气装置中的真空抽气泵和带压力表的瓦斯注气瓶分别与封闭三轴加压装置内的煤样连接；所述监测监控装置与封闭三轴加压装置内的煤样连接。本发明可以真实准确地模拟煤矿井下超声波与水力压裂复合致裂煤体过程。

主权项

1.煤矿井下超声波与水力压裂复合致裂煤体模拟实验方法，其特征在于，所述实验方法采用煤矿井下超声波与水力压裂复合致裂煤体模拟装置，该装置包括封闭三轴加压装置、超声波水力压裂复合致裂装置(4)、抽气注气装置(5)和监测监控装置(3)；所述超声波水力压裂复合致裂装置(4)包括超声波致裂设备(4-1)和水力压裂设备(4-2)，所述抽气注气装置(5)包括真空抽气泵(5-2)和带压力表的瓦斯注气瓶(5-1)；所述三轴加压装置内放置有煤样(10)，所述超声波水力压裂复合致裂装置(4)通过h形钢管(18)将超声波致裂设备(4-1)和水力压裂设备(4-2)分别与封闭三轴加压装置内的煤样(10)连接；所述抽气注气装置(5)中的真空抽气泵(5-2)和带压力表的瓦斯注气瓶(5-1)分别与封闭三轴加压装置内的煤样(10)连接；所述监测监控装置(3)与封闭三轴加压装置内的煤样(10)连接；所述封闭三轴加压装置包括密封槽(1)和密封盖(2)，所述的密封槽(1)采用厚度为17cm的钢板焊接而成；所述密封槽(1)和密封盖(2)通过八个螺栓(16)连接构成内部空间为边长45cm的正方体；所述密封槽(1)的一侧钻有三个通孔，分别为上孔(9-1)、中孔(9-2)和下孔(9-3)；三个通孔中心由上至下与密封槽(1)底部的距离分别为26cm、16cm和6cm，孔径从上到下分别为1cm、3cm和1cm，监测监控装置(3)、超声波水力压裂复合致裂装置(4)和抽气注气装置(5)从上至下分别连接穿过三个通孔；所述密封槽(1)的两个相互垂直的侧面分别设有一个推力杆通孔，所述密封盖(2)设有一个推力杆通孔，三个所述推力杆通孔中分别设置有推力杆(6)，密封槽(1)内部对应的三个推力杆(6)的一端垂直连接推力板(11)，所述推力板(11)为长30cm、宽30cm、厚3cm的长方体钢块，所述推力板(11)与煤样(10)紧贴挤压作用；所述推力杆(6 )与密封槽(1)和密封盖(2)之间通过橡胶环(8-1)密封，所述橡胶环(8-1)镶嵌在密封槽(1)和密封盖(2)钢壁预先铣出的槽内；实验方法包括以下步骤：S1：依据实验所需的测量设备的不同，在边长为30cm的正方体煤样(10)的一面刻槽，刻槽完成后以刻槽面中心为圆心，施工一个直径为3cm，深度为15cm的钻孔(21)；S2：将实验所需的监测监控装置(3)的探头及电线埋设在预先刻好的槽内，将长度为15cm，外径为3cm的h形钢管(18)插入钻孔(21)内，插入深度为5cm，h形钢管(18)与煤壁之间用植筋胶(17)密封，将连接有电线的超声波换能器(20)送入钻孔(21)内，超声波换能器(20)与h形钢管(18)内壁之间通过镂空钢环(19)连接，保持超声波换能器(20)与h形钢管(18)之间存在间隙；S3：将连接好监测监控装置(3)的煤样(10)放在密封槽(1)内，h形钢管(18)与密封槽(1)的中孔(9-2)对准插入，直至煤样(10)壁面与密封槽(1)内壁面贴合为止，实验测量所需监测监控装置(3)的电线通过密封槽上的上孔(9-1)穿出，电线与孔壁之间通过植筋胶密封；S4：使用螺栓(16)将密封盖(2)与密封槽(1)连接在一起，将3个推力杆(6)推向煤样(10)，完成后将封闭三轴加压装置安置在三轴压力机上，3个推力杆(6)与三轴压力机的3个压力杆对应，实现煤样三轴加压；S5：使用真空泵(5-2)通过下孔(9-3)对封闭三轴加压装置内抽真空12小时，根据实验的不同使用带压力表的瓦斯注气瓶(5-1)通过下孔(9-3)向封闭三轴加压装置内充入不同体积的瓦斯，充瓦斯完成后关闭气阀(12)，调节三轴压力机使得煤样达到实验所需的三轴应力；S6：依据实验的不同，选择合适的方式使用超声波致裂设备和水力压裂设备(4)对煤样进行复合致裂，并通过监测监控装置(3)实时采集实验数据。