[发明专利]一种本煤层定向钻进过程模拟试验装置及方法

摘要

本发明公开了一种本煤层定向钻进过程模拟试验装置，包括钻机、模拟箱体、地应力模拟加载系统、瓦斯压力模拟加载系统、声发射系统、应力应变监测系统、钻进角度监测系统和回收系统；模拟箱体内设置有破碎区域、弹塑性区域和原始应力区域，地应力模拟加载系统包括第一液压加载系统、第二液压加载系统和第三液压加载系统；瓦斯压力模拟加载系统包括瓦斯气体罐、减压阀、瓦斯压力表和进气阀；声发射系统包括声发射前置放大器、声发射采集盒和多个声发射探头；应力应变监测系统包括应变数据采集仪、第一应变环、第二应变环、第三应变环和应力传感器；本发明还公开了一种本煤层定向钻进过程模拟试验方法。本发明为井下实际钻孔钻进时提供了有利的依据。

主权项

1.一种本煤层定向钻进过程模拟试验装置，其特征在于：包括钻机(1)、钻杆(4)、钻头(8)、模拟箱体(36)、计算机(28)、地应力模拟加载系统、瓦斯压力模拟加载系统、声发射系统、应力应变监测系统、钻进角度监测系统和回收系统；所述模拟箱体(36)内设置有破碎区域(10)、弹塑性区域(14)和原始应力区域(17)，所述模拟箱体(36)上设置有用于连接所述瓦斯压力模拟加载系统的箱体进气口(24)；所述地应力模拟加载系统包括处于破碎区域(10)的第一液压加载系统、处于弹塑性区域(14)的第二液压加载系统和处于原始应力区域(17)的第三液压加载系统；所述瓦斯压力模拟加载系统包括瓦斯气体罐(23)，所述瓦斯气体罐(23)通过气体输送管(38)以及设置在气体输送管(38)上的减压阀(22)、瓦斯压力表(21)和进气阀(25)与箱体进气口(24)连接；所述声发射系统包括分别设置在模拟箱体(36)两侧侧面的两根声发射系统管路(29)，以及设置在模拟箱体(36)外部且连接的声发射前置放大器(26)和声发射采集盒(27)，所述声发射采集盒(27)与计算机(28)连接，所述声发射前置放大器(26)的输入端接有设置在模拟箱体(36)两侧侧面外壁上的多个声发射探头(20)，所述声发射探头(20)的信号线穿过声发射系统管路(29)与声发射前置放大器(26)连接；所述应力应变监测系统包括应变数据采集仪(39)，放置于模拟箱体(36)内且处于破碎区域(10)的第一应变环(13)、处于弹塑性区域(14)的第二应变环(16)和处于原始应力区域(17)的第三应变环(19)，以及放置于模拟箱体(36)内底部的多个应力传感器(37)；所述第一应变环(13)、第二应变环(16)、第三应变环(19)和多个应力传感器(37)均与应变数据采集仪(39)连接，所述应变数据采集仪(39)与计算机(28)连接；所述钻进角度监测系统包括固定在钻杆(4)上且用于检测钻杆(4)倾角的电子罗盘(2)和与电子罗盘(2)连接并用于显示电子罗盘(2)检测到的钻杆倾角的电子罗盘数据读取器(3)；所述回收系统包括回收箱体(5)和接收罐(7)，所述回收箱体(5)套在钻杆(4)上，所述接收罐(7)通过导管(6)与回收箱体(5)连接。