本发明专利技术公开了一种煤岩高温高压变形试验装置及试验方法，将煤岩样品套设在石墨管组中，在其上下两端分别设置上轴压加载单元和下轴压加载单元以对煤岩样品产生轴压，在石墨管组的周围由内至外依次套设有第一保护套、第二保护套和水冷套管，且在上轴压单元上由上至下依次套设有围压油腔、围压活塞和围压压头，通过向围压油腔内注入液压油，使液压油推动围压活塞向下运动，并带动位于围压活塞下端的围压压头向下运动，由围压压头压缩叶蜡石套，使叶蜡石套压缩变形向横向传递压力，对煤岩样品产生围压，通过该试验装置可以实现轴压与围压的同步加载，取样时可以保证煤岩样品结构的完整性，能够精确模拟地质环境性，结构合理，便于拆卸，安全系数高。
【技术实现步骤摘要】
一种煤岩高温高压变形试验装置与试验方法
本专利技术涉及煤岩变形试验设备领域，尤其涉及一种煤岩高温高压变形试验装置与试验方法。
技术介绍
随着浅部煤炭及油气资源的不断开发利用，其赋存量逐渐趋于萎缩，深部成为我国未来有利的找矿靶区。深部煤岩体物理与化学结构特征的研究能够有力支撑深部能源的勘探开发。中国地处欧亚、太平洋以及印度板块的交汇处，总体构造复杂程度高于美国、澳大利亚等西方国家。多期构造运动叠加改造作用使煤岩体的物理性质与化学性质发生显著分异。强变形构造煤岩与煤炭开采过程中煤(岩)与瓦斯突出灾害的发生息息相关，是制约我国煤炭工业健康安全发展的瓶颈；同时煤岩的强烈变形极大增加了非常规油气储层的非均质性，加大了开采利用难度。因此模拟不同原位地质条件下的煤岩体变形特征对不同地质赋存条件下的煤炭及油气资源的勘探开发与利用也具有重要的实际意义。现有技术中，公开号为CN103884604的中国专利技术专利公开了一种多功能高温高压三轴煤岩试验装置及方法，首先该装置结构不合理，试验结束后在拆卸装置取出煤岩试验样品的过程中容易将其破坏，无法获取完整的样品结构，不利于对试验后的样品进行分析和研究；而且该装置的加载方式单一，难以实现轴压与围压的同步加载，对于地质环境模拟的精确性较低；再者该装置安全系数不高。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术的一个目的在于提供一种煤岩高温高压变形试验装置，该试验装置可以实现轴压与围压的同步加载，结构合理，取样时可以保证煤岩样品结构的完整性，能够准确模拟地质环境性，便于拆卸，安全系数高。为了实现上述目的，本专利技术提供一种煤岩高温高压变形试验装置，所述实验装置可移动地设于轨道上，包括：平板小车，所述平板小车可移动的设于轨道上，且其上设有上下贯通的第一中心孔；壳体，所述壳体内部限定出容纳腔室，且其下端部与所述平板小车之间相连接；围压端盖，所述围压端盖固定于所述容纳腔室上端部，其上设有上下贯通的第二中心孔和进油孔；围压活塞，所述围压活塞包括与所述第二中心孔相适配的杆部和一体形成于所述杆部下端的活塞部，所述围压活塞上设有上下贯通的第三中心孔；围压压头，所述围压压头固定于所述活塞部的下端，其上设有上下贯通的第四中心孔，第四中心孔、第三中心孔、第二中心孔和第一中心孔同轴设置；石墨管组件，所述石墨管组件包括：样品套管、第一石墨管、第二石墨管和叶蜡石套，所述样品套管同轴设于所述第一中心孔的上端，且与所述平板小车固定连接；所述第一石墨管沿着所述样品套管的内壁设置，所述第二石墨管套设于所述第一石墨管内部且与所述第一石墨管之间形成空腔，所述围压压头适于与所述空腔配合；所述叶蜡石套填充于所述空腔内；下轴压加载单元，所述下轴压加载单元包括：底座和下压杆，所述底座与所述平板小车相连，所述下压杆与所述第一中心孔相配合，且其一端与所述底座相连接，其另一端与所述第二石墨管相配合，煤岩样品置于所述下压杆的上端，与所述下压杆同轴设置且位于所述第二石墨管下端还设有围压垫块，所述围压垫块与所述样品套管之间设有绝缘环；所述叶蜡石套与所述围压垫块之间还设有云母片，所述第一中心孔与所述下压杆之间还设有绝缘套；水冷套管、第一保护套和第二保护套由外至内依次套设在所述壳体与所述样品套管之间，所述第一保护套内壁的上端内径大于其下端内径，所述第二保护套的外壁与所述第一保护套相配合；所述水冷套管的外壁设有通水槽；上轴压加载单元，所述上轴压单元包括：上压头和上压杆，所述上压头与所述第三中心孔相配合；所述上压杆与所述第四中心孔相配合，且其一端连接于所述上压头的下端，其另一端与所述第二石墨管相配合并与所述煤岩样品相抵止；采集管组，采集管组包括第一采集管和第二采集管，第一采集管依次贯穿所述上压头和所述上压杆，其一端连接至所述煤岩样品的上端，其另一端为位于所述上压头上的第一采集口；第二采集管依次贯穿所述底座和所述下压杆，其一端连接至煤岩样品的下端，其另一端为位于底座上的第二采集口；以及电极板组，所述电极板组包括与所述上压头相连的上电极板和与所述支撑座相连的下电极板，电源的正极通过上电极板依次连通上压头、上压杆、围压压头至石墨管组的上端；电源的负极通过下电极板依次连通底座、下压杆、围压垫块至石墨管组的下端，以对所述煤岩样品进行加热。在该技术方案中，在试验前，先将石墨管组件安装在平板小车上，将煤岩样品置于第二石墨管内，且其下端抵止在下压杆上，在所述壳体与所述样品套管之间，且由外至内依次套设水冷套管、第一保护套和第二保护套；将围压活塞套设入第二中心孔，围压压头上端连接于围压活塞的下端；然后将组合后的围压端盖、围压活塞、围压压头由所述壳体的容纳腔室的上敞开口进入容纳腔室，使所述围压压头的下端抵止在所述叶蜡石套上；最后使相连的上压头和上压杆依次穿过第三中心孔和第四中心孔，抵止在煤岩样品的上端；试验时，可以通过位于底座下端的液压升降台向上顶升、位于上压头上端的压力机向下压上压头实现对煤岩样品的轴向压力；可以通过由进油口处注入液压油，液压油推动围压活塞沿着第二中心孔向下运动，带动位于围压活塞下端的围压压头向下运动，由围压压头压缩叶蜡石套，使叶蜡石套压缩变形向横向传递压力，对煤岩样品产生围压；通过电极板组对煤岩样品进行加热来实现高温环境；试验完成后，将壳体与平板小车拆开，将平板小车上部的装置整体起吊，即将壳体、围压端盖、围压活塞、围压压头、水冷套管、第一保护套、第二保护套以及上压头和上压杆一同起吊，然后利用模具将样品套管内部的第一石墨管、叶蜡石套、第二石墨管、煤岩样品和刚玉垫取出，使用切开工具将煤岩样品取出。该试验装置可以实现轴压与围压的同步加载，取样时不会破坏煤岩样品的结构，能够准确模拟地质环境性，安全系数高。另外，根据本专利技术的煤岩高温高压变形试验装置与方法，还可以具有如下技术特征：进一步地，所述试验装置还包括导向杆，所述平板小车与所述壳体之间通过所述导向杆连接，所述平板小车上至少配置两个对称设置的第一定位孔，所述壳体上设有与所述第一定位孔相对应的第二定位孔，所述导向杆依次穿过所述第二定位孔和第一定位孔。进一步地，所述平板小车包括：轴径，所述第一中心孔设于所述轴径上；法兰，所述法兰由所述轴径的外周壁向外延伸，所述多个第一定位孔设于所述法兰上。进一步地，所述壳体上设有内延板，所述内延板沿着所述壳体的内壁背离所述壳体并向壳体的中心方向延伸以形成第五中心孔，所述第五中心孔与所述轴径相配合，且所述水冷套管、所述第一保护套均抵止在内延板上。优选地，所述底座和所述平板小车之间通过调节螺栓可调节地连接。进一步地，所述围压端盖的上端固定有挂耳。优选地，所述水槽呈螺旋状，由所述水冷套管的上端缠绕至所述水冷套管的下端。优选地，所述活塞部、所述水冷套管的外周壁上还套设有密封圈。本专利技术的另一个目的在于提供一种煤岩高温高压变形试验方法，该方法能够获得完整的煤岩样品，操作方便，更加地安全可靠。为了实现上述目的，本专利技术的一种煤岩高温高压变形试验方法，所述方法包括如下步骤：S1：装样：先在第一石墨管的内壁与第二石墨管的外壁上喷洒耐高温高压的润滑剂，在第一石墨管与第二石墨管之间所形成的空腔内套设模具，然后在模具内填入石蜡套，为了更加真实的模拟地质条件，将叶蜡石粉末进行分段压制成多个叶蜡石套；在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种煤岩高温高压变形试验装置，其特征在于，包括：平板小车(1A)，平板小车(1A)可移动的设于轨道上，且其上设有上下贯通的第一中心孔(1A11)；壳体(2A)，所述壳体(2A)内部设有容纳腔室，且其下端部与平板小车(1A)相连接；围压端盖(3A)，所述围压端盖(3A)固定于容纳腔室上端部，其上设有上下贯通的第二中心孔(3A1)和进油孔(3A2)；围压活塞(4A)，所述围压活塞(4A)包括与第二中心孔(3A1)相适配的杆部(4A1)和一体形成于杆部(4A1)下端的活塞部(4A2)，所述围压活塞(4A)上设有上下贯通的第三中心孔(4AA)；围压压头(5A)，所述围压压头(5A)固定于活塞部(4A2)的下端，其上设有上下贯通的第四中心孔(5A1)，第四中心孔(5A1)、第三中心孔(4AA)、第二中心孔(3A1)和第一中心孔(1A11)同轴设置；石墨管组件(6A)，所述石墨管组件(6A)包括：样品套管(6A1)、第一石墨管(6A2)、第二石墨管(6A3)和叶蜡石套(6A4)，所述样品套管(6A1)同轴设于第一中心孔(1A11)的上端，且与所述平板小车(1A)固定连接；所述第一石墨管(6A2)沿着所述样品套管(6A1)的内壁设置，第二石墨管(6A3)套设于第一石墨管(6A2)内部且与第一石墨管(6A2)之间形成空腔(6AA)，所述围压压头(5A)与空腔(6AA)配合；所述叶蜡石套(6A4)填充于空腔(6AA)内；下轴压加载单元(7A)，下轴压加载单元(7A)包括：底座(7A1)和下压杆(7A2)，所述底座(7A1)与所述平板小车(1A)相连，所述下压杆(7A2)与所述第一中心孔(1A11)相配合，且其一端与底座(7A1)相连接，其另一端与第二石墨管(6A3)相配合，煤岩样品(8A)置于下压杆(7A2)的上端，与所述下压杆(7A2)同轴设置且位于第二石墨管(6A3)下端还设有围压垫块(7A3)，所述围压垫块(7A3)与样品套管(6A1)之间设有绝缘环(10A)；叶蜡石套(6A4)与围压垫块(7A3)之间还设有云母片(11A)，第一中心孔(1A11)与下压杆(7A2)之间还设有绝缘套(20A)；水冷套管(12A)、第一保护套(13A)和第二保护套(14A)由外至内依次套设在所述壳体(2A)与所述样品套管(6A1)之间，水冷套管(12A)、第一保护套(13A)与壳体(2A)连接，第一保护套(13A)内壁的上端内径大于其下端内径，第二保护套(14A)的外壁与第一保护套(13A)相配合；水冷套管(12A)的外壁设有通水槽(12A1)；上轴压加载单元(15A)，所述上轴压单元包括：上压头(15A1)和上压杆(15A2)，上压头(15A1)与所述第三中心孔(4AA)相配合；上压杆(15A2)与所述第四中心孔(5A1)相配合，且其一端连接于所述上压头(15A1)的下端，其另一端与所述第二石墨管(6A3)相配合并与所述煤岩样品(8A)相抵止；采集管组(AA)，采集管组(AA)包括第一采集管(AA1)和第二采集管(AA2)，第一采集管(AA1)依次贯穿所述上压头(15A1)和所述上压杆(15A2)，其一端连接至所述煤岩样品(8A)的上端，其另一端为位于所述上压头(15A1)上的第一采集口(AA11)；第二采集管(AA2)依次贯穿所述底座(7A1)和所述下压杆(7A2)，其一端连接至煤岩样品(8A)的下端，其另一端为位于底座(7A1)上的第二采集口(AA21)；以及电极板组(16A)，所述电极板组(16A)包括与所述上压头(15A1)相连的上电极板(16A1)和与所述底座(7A1)相连的下电极板(16A2)，电源的正极通过上电极板(16A1)依次连通上压头(15A1)、上压杆(15A2)、围压压头(5A)至石墨管组(6A)的上端；电源的负极通过下电极板(16A2)依次连通底座(7A1)、下压杆(7A2)、围压垫块(7A3)至石墨管组(6A)的下端，以对所述煤岩样品(8A)进行加热。...
【技术特征摘要】
1.一种煤岩高温高压变形试验装置，其特征在于，包括：平板小车(1A)，平板小车(1A)可移动的设于轨道上，且其上设有上下贯通的第一中心孔(1A11)；壳体(2A)，所述壳体(2A)内部设有容纳腔室，且其下端部与平板小车(1A)相连接；围压端盖(3A)，所述围压端盖(3A)固定于容纳腔室上端部，其上设有上下贯通的第二中心孔(3A1)和进油孔(3A2)；围压活塞(4A)，所述围压活塞(4A)包括与第二中心孔(3A1)相适配的杆部(4A1)和一体形成于杆部(4A1)下端的活塞部(4A2)，所述围压活塞(4A)上设有上下贯通的第三中心孔(4AA)；围压压头(5A)，所述围压压头(5A)固定于活塞部(4A2)的下端，其上设有上下贯通的第四中心孔(5A1)，第四中心孔(5A1)、第三中心孔(4AA)、第二中心孔(3A1)和第一中心孔(1A11)同轴设置；石墨管组件(6A)，所述石墨管组件(6A)包括：样品套管(6A1)、第一石墨管(6A2)、第二石墨管(6A3)和叶蜡石套(6A4)，所述样品套管(6A1)同轴设于第一中心孔(1A11)的上端，且与所述平板小车(1A)固定连接；所述第一石墨管(6A2)沿着所述样品套管(6A1)的内壁设置，第二石墨管(6A3)套设于第一石墨管(6A2)内部且与第一石墨管(6A2)之间形成空腔(6AA)，所述围压压头(5A)与空腔(6AA)配合；所述叶蜡石套(6A4)填充于空腔(6AA)内；下轴压加载单元(7A)，下轴压加载单元(7A)包括：底座(7A1)和下压杆(7A2)，所述底座(7A1)与所述平板小车(1A)相连，所述下压杆(7A2)与所述第一中心孔(1A11)相配合，且其一端与底座(7A1)相连接，其另一端与第二石墨管(6A3)相配合，煤岩样品(8A)置于下压杆(7A2)的上端，与所述下压杆(7A2)同轴设置且位于第二石墨管(6A3)下端还设有围压垫块(7A3)，所述围压垫块(7A3)与样品套管(6A1)之间设有绝缘环(10A)；叶蜡石套(6A4)与围压垫块(7A3)之间还设有云母片(11A)，第一中心孔(1A11)与下压杆(7A2)之间还设有绝缘套(20A)；水冷套管(12A)、第一保护套(13A)和第二保护套(14A)由外至内依次套设在所述壳体(2A)与所述样品套管(6A1)之间，水冷套管(12A)、第一保护套(13A)与壳体(2A)连接，第一保护套(13A)内壁的上端内径大于其下端内径，第二保护套(14A)的外壁与第一保护套(13A)相配合；水冷套管(12A)的外壁设有通水槽(12A1)；上轴压加载单元(15A)，所述上轴压单元包括：上压头(15A1)和上压杆(15A2)，上压头(15A1)与所述第三中心孔(4AA)相配合；上压杆(15A2)与所述第四中心孔(5A1)相配合，且其一端连接于所述上压头(15A1)的下端，其另一端与所述第二石墨管(6A3)相配合并与所述煤岩样品(8A)相抵止；采集管组(AA)，采集管组(AA)包括第一采集管(AA1)和第二采集管(AA2)，第一采集管(AA1)依次贯穿所述上压头(15A1)和所述上压杆(15A2)，其一端连接至所述煤岩样品(8A)的上端，其另一端为位于所述上压头(15A1)上的第一采集口(AA11)；第二采集管(AA2)依次贯穿所述底座(7A1)和所述下压杆(7A2)，其一端连接至煤岩样品(8A)的下端，其另一端为位于底座(7A1)上的第二采集口(AA21)；以及电极板组(16A)，所述电极板组(16A)包括与所述上压头(15A1)相连的上电极板(16A1)和与所述底座(7A1)相连的下电极板(16A2)，电源的正极通过上电极板(16A1)依次连通上压头(15A1)、上压杆(15A2)、围压压头(5A)至石墨管组(6A)的上端；电源的负极通过下电极板(16A2)依次连通底座(7A1)、下压杆(7A2)、围压垫块(7A3)至石墨管组(6A)的下端，以对所述煤岩样品(8A)进行加热。2.根据权利要求1所述的煤岩高温高压变形试验装置，其特征在于，试验装置(100)还包括导向杆(17A)，所述平板小车(1A)与所述壳体(2A)之间通过导向杆(17A)连接，所述平板小车(1A)上至少配置两个对称设置的第一定位孔，...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘杰刚，姜波，刘和武，李明，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。