一种废弃井巷压气储能对井筒破坏的模拟装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种废弃井巷压气储能对井筒破坏的模拟装置及方法，涉及矿井利用及模拟试验技术领域。该装置包括井筒模型、地层模型、监测装置、压气储能装置和立体模型架，在立体模型架上铺设井筒模型和地层模型，监测装置监测模型的温度、压力、气压变化，压气储能装置配合模拟储气对井筒的破坏。利用该装置进行模拟试验时，分别控制气压变化及温度变化，声发射探头监测地层声发射特征，振动传感器检测冲击力或加速度，获取井筒破坏时的压力、温度临界值范围。该装置及方法模拟压气储能的输气和放气过程，通过模拟判断确定压气储能过程对井筒、岩层及地表造成的影响，为研究压气储能井巷的破坏主要因素提供了方便。巷的破坏主要因素提供了方便。巷的破坏主要因素提供了方便。

【技术实现步骤摘要】
一种废弃井巷压气储能对井筒破坏的模拟装置及方法


[0001]本专利技术涉及矿井利用及模拟试验
，尤其是一种废弃井巷压气储能对井筒破坏的模拟装置及方法。

技术介绍

[0002]废弃矿井的数量逐年增长，废弃矿井治理不及时，将会造成资源的浪费以及环境的污染，从能源、土地、生态环境和物资储备等方面考虑，开发利用废弃矿井的地下空间资源意义重大。压缩空气储能和抽水储能是公认较为适合大容量、长时间储能的方法，抽水储能存在地域限制，压缩空气储能技术解决了稳定性和地域限制的问题。
[0003]中国专利(CN110057121A)公开了一种利用废弃井工煤矿地热进行高效压气储能的方法及装置，现有技术虽然可以近似模拟压缩空气储能系统运行过程，但不能用于研究储能过程对井筒、岩层及地表造成的影响。中国专利(CN115142828A)公开了水平井分段压裂模拟井筒、其实验装置及实验方法，该专利技术可以模拟压裂过程，检测裂隙扩展情况，但不涉及压气储能对井筒的影响。
[0004]现有技术中，没有准确的用于废弃矿井模拟试验的装置及方法，为了更好的研究废弃矿井的围岩应力对井筒的影响，以及压气储能过程中气压、温度变化对井巷造成破坏的影响，需要对现有的模拟装置及方法做进一步的改进。

技术实现思路

[0005]为了模拟压气储能的输气和放气过程，分析压气储能过程对井筒、岩层及地表造成的影响，方便研究压气储能井巷的破坏，本专利技术提供了一种废弃井巷压气储能对井筒破坏的模拟装置及方法，具体的技术方案如下。
[0006]一种废弃井巷压气储能对井筒破坏的模拟装置，包括井筒模型、地层模型、监测装置、压气储能装置和立体模型架，所述立体模型架上铺设有井筒模型和地层模型，井筒模型和地层模型模拟井巷的储气环境；所述监测装置监测温度、压力和气压变化，所述压气储能装置配合立体模型架模拟储气对井筒输气和放气过程。
[0007]优选的是，井筒模型利用3D打印构筑，包括井筒内的裂纹、脱落和破裂；所述底层模型利用相似材料构筑，包括砂、石膏、碳酸钙和水。
[0008]优选的是，压气储能装置包括输气瓶、储气瓶、气泵、温度控制仪、空气压缩机，输气瓶通过软管连接气压室，气泵通过软管连接井筒模型和储气瓶，温度控制仪和空气压缩机设置在气压室内，气压室与井筒模型相连。
[0009]还优选的是，监测装置包括声发射探头、振动传感器、应变片、压力传感器、温度传感器，应变片贴紧井筒模型设置，在铺设的地层模型中埋设声发射探头和振动传感器；声发射探头、振动传感器、应变片、压力传感器、温度传感器将监测数据传输至数据采集分析仪。
[0010]一种废弃井巷压气储能对井筒破坏的模拟试验方法，利用上述的一种废弃井巷压气储能对井筒破坏的模拟装置，步骤包括：
[0011]S1.制作井筒模型；
[0012]S2.铺设地层模型；
[0013]S3.连接监测装置及压气储能装置并调试；
[0014]S4.模拟压气储能过程，通过压气室控制温度，通过减压阀门调节气压，至井筒模型发生破坏，监测装置监测并记录温度、压力和气压；
[0015]S5.重复步骤S1至S3模拟压气储能过程，通过减压阀门控制气压，通过压气室调节温度，至井筒模型发生破坏，监测装置监测并记录温度、压力和气压。
[0016]进一步优选的是，井筒模型的制作过程包括：利用跨孔CT法探测废弃矿井的井筒变形破坏特征，配置相似材料，制作圆柱形标准试件，干燥后脱模进行单轴压缩试验；3D打印制作井筒模型。
[0017]进一步优选的是，地层模型的铺设包括：利用钻探和物探方法探测区域地层的分布，确定各个岩层的抗压强度和抗拉强度，确定相似材料配比和材料用量，混合搅拌材料后自下网上铺设各层相似材料，利用木块压平相似材料后撒云母粉分割各层，铺设过程中放置监测装置，直至铺设相似材料到设定高度。
[0018]进一步优选的是，声发射探头监测地层模型中的声发射源，模拟岩层和模拟松散层发生位移，声发射探头将监测信号传输至数据采集分析仪，分析监测数据确定断裂类型和损伤状态。
[0019]进一步优选的是，压气储能过程的模拟包括输气过程和排气过程，所述输气过程中，打开输气瓶连接管路上的阀门，关闭储气瓶连接管路上的阀门，将气体压入井筒模型内；所述放气过程中，打开储气瓶连接管路上的阀门，关闭输气瓶连接管路上的阀门，通过气泵将井筒模型中的气体压入储气瓶内。
[0020]进一步优选的是，振动传感器用于检测冲击力和加速度，输气过程中气体压力作用于井筒模型，根据振动的速度、频率和加速度确定破坏程度。
[0021]本专利技术提供的一种废弃井巷压气储能对井筒破坏的模拟装置及方法有益效果是：该装置可以模拟废弃矿井压气储能的输气和放气过程，其中储气瓶和输气瓶可以通过互换位置实现资源循环利用，井筒模型通过3D打印制作从而可以模拟井筒在不同条件的破坏情况；该方法综合判断压气储能过程中对井筒、岩层及地表造成的破坏，通过声发射监测底层的变形，监测振动判断气压变化对井筒的影响，通过试验可以确定井筒破坏的温度临界值范围，以及气压临界值范围。
附图说明
[0022]图1是废弃井巷压气储能对井筒破坏的模拟装置结构示意图；
[0023]图2是井筒模型构建的方法流程图；
[0024]图中：1
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井筒模型，2
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岩石层，3
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松散层，4
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螺母，5
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盖板，6
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密封圈，7
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护板，8
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检测系统，9
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应变片，10
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声发射探头，11
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压力传感器，12
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振动传感器，13
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温度传感器，14
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立体模型架，15
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输气瓶，16
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连接软管，17
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输气气泵，18
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储气气泵，19
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输气开关，20
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储气开关，21
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压气室，22
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温度控制仪，23
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空气压缩机，24
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储气瓶，25
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云母粉，26
‑
数据线。
具体实施方式
[0025]结合图1和图2所示，对本专利技术提供的一种废弃井巷压气储能对井筒破坏的模拟装置及方法的具体实施方式进行说明。
[0026]一种废弃井巷压气储能对井筒破坏的模拟装置，包括井筒模型、地层模型、监测装置、压气储能装置和立体模型架。其中，在立体模型架14上铺设有井筒模型和地层模型，井筒模型1和地层模型模拟井巷的储气环境。监测装置监测温度、压力和气压变化。压气储能装置配合立体模型架模拟储气对井筒输气和放气过程。利用该装置可通过3D打印技术得到有细小裂纹和破裂等损伤形式的井筒模型，根据相似条件要求，采用正交实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种废弃井巷压气储能对井筒破坏的模拟装置，其特征在于，包括井筒模型、地层模型、监测装置、压气储能装置和立体模型架，所述立体模型架上铺设有井筒模型和地层模型，井筒模型和地层模型模拟井巷的储气环境；所述监测装置监测温度、压力和气压变化，所述压气储能装置配合立体模型架模拟储气对井筒输气和放气过程。2.根据权利要求1所述的一种废弃井巷压气储能对井筒破坏的模拟装置，其特征在于，所述井筒模型利用3D打印构筑，包括井筒内的裂纹、脱落和破裂；所述底层模型利用相似材料构筑，包括砂、石膏、碳酸钙和水。3.根据权利要求1所述的一种废弃井巷压气储能对井筒破坏的模拟装置，其特征在于，所述压气储能装置包括输气瓶、储气瓶、气泵、温度控制仪、空气压缩机，输气瓶通过软管连接气压室，气泵通过软管连接井筒模型和储气瓶，温度控制仪和空气压缩机设置在气压室内，气压室与井筒模型相连。4.根据权利要求1所述的一种废弃井巷压气储能对井筒破坏的模拟装置，其特征在于，所述监测装置包括声发射探头、振动传感器、应变片、压力传感器、温度传感器，应变片贴紧井筒模型设置，在铺设的地层模型中埋设声发射探头和振动传感器；声发射探头、振动传感器、应变片、压力传感器、温度传感器将监测数据传输至数据采集分析仪。5.一种废弃井巷压气储能对井筒破坏的模拟试验方法，其特征在于，利用权利要求1至4任一项所述的一种废弃井巷压气储能对井筒破坏的模拟装置，步骤包括：S1.制作井筒模型；S2.铺设地层模型；S3.连接监测装置及压气储能装置并调试；S4.模拟压气储能过程，通过压气室控制温度，通过减压阀门调节气压，至井筒模型发生破坏，监测装置监测并记录温度、压力和气压；S5.重复步骤S1至S3模拟压气储能过程，通过减压...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹大伟，孙玉，陈绍杰，江宁，丁屹松，李宗蓄，余振宇，苑啸天，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：