一种真三轴随钻煤岩力学参数测定实验装置及方法，装置包括支撑框架、真三轴机构及钻进机构，真三轴机构与钻进机构并列设置在支撑框架上，真三轴机构配置有加热控温垫板，可以完成多耦合条件下的钻进实验，用以探究在多耦合条件下不同含煤岩层试样在钻进实验中的钻机运动参数的变化，实验获取的参数与工程现场条件下获得的参数更接近，可大幅提升对含煤地层的岩石性质和岩层组合的分辨准确率；满足真三轴应力加载的同时将温度因素考虑在内，可精确模拟煤岩真实应力环境，实现多因素条件耦合下的实验研究，能够检测到钻机钻进过程中的转速、扭矩、位移、钻机钻进压力、真三轴应力大小等参数，还可一机多用，通过更换钻杆可实现不同种类的钻进实验。同种类的钻进实验。同种类的钻进实验。
【技术实现步骤摘要】
一种真三轴随钻煤岩力学参数测定实验装置及方法
[0001]本专利技术属于煤炭开采
，特别是涉及一种真三轴随钻煤岩力学参数测定实验装置及方法。
技术介绍
[0002]我国煤矿地质条件复杂多样，含煤地层中的岩石性质和岩层组合呈现明显的空间差异性，在煤矿巷道掘进过程中对含煤地层地质条件实现超前精准探测，已经成为实现煤矿绿色、安全开采的重要手段之一。
[0003]为了探测含煤地层中的煤、岩及煤岩组合的力学特性，种类诸多的随钻煤岩力学参数测定装置被相继研发，通过在钻机上安装各类传感器，用以采集钻机运动过程中的扭矩、转速、钻进位移等各类参数，通过处理钻机运动参数，以获得含煤地层的煤、岩及煤岩组合的力学特性。
[0004]然而，现有的随钻煤岩力学参数测定装置存在基础理论匮乏的问题，不能对所测得的钻机运动参数进行精确解释，导致不能准确分辨含煤地层的岩石性质及岩层组合，为了研究不同地层条件下的钻机运动参数特有规律，开展实验研究势在必行。
[0005]目前，用于相关研究的实验装置较为匮乏，已有的实验装置功能比较单一，不具备在多耦合条件下开展相关实验，导致获得的实验数据和现场条件下采集的数据差距往往过大，因此总结的经验规律也不能准确的运用到现场实践中。
技术实现思路
[0006]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种真三轴随钻煤岩力学参数测定实验装置及方法，可以完成多耦合条件下的钻机钻进实验，用以探究在多耦合条件下不同含煤岩层试样在钻机钻进实验中的钻机运动参数的变化，在多耦合条件下获得的钻机运动参数，其与工程现场条件下获得的参数更加接近，可以大幅提升对含煤地层的岩石性质和岩层组合的分辨准确率；本专利技术能够满足真三轴应力的加载，并将温度因素考虑在内，可以精确的模拟煤岩的真实应力环境，从而实现多因素条件耦合下的实验研究，能够检测到钻机钻进过程中的转速、扭矩、位移、钻机钻进压力、真三轴应力大小等参数；通过本专利技术还可单独开展岩石单轴抗压强度实验以及岩石真三轴实验，实现了一机多用；本专利技术通过更换不同类型的钻杆，还可实现多种不同种类的钻进实验。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种真三轴随钻煤岩力学参数测定实验装置，包括支撑框架、真三轴机构及钻进机构；所述真三轴机构与钻进机构并列设置在支撑框架上；所述真三轴机构包括压力室、轴向液压作动器、第一侧向液压作动器、第二侧向液压作动器、第三侧向液压作动器及第四侧向液压作动器；所述轴向液压作动器设置在压力室的前端；所述第一侧向液压作动器和第二侧向液压作动器镜像对称设置在压力室的上端和下端；所述第三侧向液压作动器及第四侧向液压作动器镜像对称设置在压力室的左端和右端；所述压力室的后端设有可拆卸的反力封门盖板；所述钻进机构位于反力封门
盖板的后方。
[0008]所述轴向液压作动器、第一侧向液压作动器、第二侧向液压作动器、第三侧向液压作动器及第四侧向液压作动器的活塞均为中空结构；在所述轴向液压作动器的中空活塞内部同轴固装有轴向液压缸，轴向液压缸的缸杆朝后并延伸至压力室内侧，在轴向液压缸的缸杆顶端分别安装有轴向压头和轴向垫块；在所述第一侧向液压作动器的中空活塞内部同轴固装有第一侧向液压缸，第一侧向液压缸的缸杆朝下并延伸至压力室内侧，在第一侧向液压缸的缸杆顶端分别安装有第一侧向压头和第一侧向垫块；在所述第二侧向液压作动器的中空活塞内部同轴固装有第二侧向液压缸，第二侧向液压缸的缸杆朝上并延伸至压力室内侧，在第二侧向液压缸的缸杆顶端分别安装有第二侧向压头和第二侧向垫块；在所述第三侧向液压作动器的中空活塞内部同轴固装有第三侧向液压缸，第三侧向液压缸的缸杆朝右并延伸至压力室内侧，在第三侧向液压缸的缸杆顶端分别安装有第三侧向压头和第三侧向垫块；在所述第四侧向液压作动器的中空活塞内部同轴固装有第四侧向液压缸，第四侧向液压缸的缸杆朝左并延伸至压力室内侧，在第四侧向液压缸的缸杆顶端分别安装有第四侧向压头和第四侧向垫块；在所述反力封门盖板的内端中心处固定安装有反力垫块，在反力封门盖板和反力垫块的中心开设有贯通式孔道，贯通式孔道与轴向液压缸同轴分布。
[0009]所述钻进机构包括钻进液压缸、伺服电机、夹头及钻头；所述钻进液压缸固定安装在支撑框架上，钻进液压缸的缸杆朝向压力室，钻进液压缸与贯通式孔道及轴向液压缸同轴分布；所述伺服电机固定安装在钻进液压缸的缸杆顶端，在伺服电机上固定连接有滑架，在所述支撑框架上固定安装有滑轨，滑架滑动连接在滑轨上，滑轨与钻进液压缸平行分布；所述夹头同轴固装在伺服电机的电机轴上，所述钻头同轴固装在夹头上。
[0010]在所述轴向液压作动器、第一侧向液压作动器、第二侧向液压作动器、第三侧向液压作动器、第四侧向液压作动器、轴向液压缸、第一侧向液压缸、第二侧向液压缸、第三侧向液压缸、第四侧向液压缸及钻进液压缸上均安装有位移传感器和压力传感器；在所述伺服电机上分别安装有转速传感器和扭矩传感器。
[0011]在所述第一侧向垫块、第二侧向垫块、第三侧向垫块及第四侧向垫块与煤岩试样接触的表面均设置有加热控温垫板；所述加热控温垫板内部开设有流体流通孔道，流体流通孔道通过管路与装置外部流体控温设备相连。
[0012]一种真三轴随钻煤岩力学参数测定实验方法，采用了所述的真三轴随钻煤岩力学参数测定实验装置，包括如下步骤：
[0013]步骤一：将制备好的煤岩试样送入压力室内，并先行放置到第二侧向垫块上表面，煤岩试样表面已经预先贴装有贴片式温度传感器，之后调整控制第二侧向液压缸的缸杆向上伸出，调整煤岩试样的高度，煤岩试样的中轴线与轴向液压缸的中轴线一致；
[0014]步骤二：将反力封门盖板装回到压力室上，先同步控制第三侧向液压缸和第四侧向液压缸的缸杆伸出，完成煤岩试样在左右方向上的对中夹持，然后控制轴向液压缸的缸杆伸出，完成煤岩试样在前后方向上的对中夹持，之后控制第一侧向液压缸的缸杆伸出，完成煤岩试样在上下方向上的对中夹持；
[0015]步骤三：启动装置外部流体控温设备，使恒定设计温度的流体在加热控温垫板内部的流体流通孔道内循环流动，进而通过热交换方式对煤岩试样进行加热，直到贴片式温度传感器检测的煤岩试样的温度达到设计温度；
[0016]步骤四：控制轴向液压缸、第一侧向液压缸、第二侧向液压缸、第三侧向液压缸及第四侧向液压缸对达到设计温度下的煤岩试样开展真三轴加载，直到煤岩试样承受的真三轴载荷达到设计值；
[0017]步骤五：控制钻进液压缸的缸杆伸出，在滑架和滑轨的辅助配合导向下，带动伺服电机、夹头及钻头同步向前移动，使钻头依次穿过反力封门盖板和反力垫块中心处的贯通式孔道，直到钻头顶端顶靠在煤岩试样表面；
[0018]步骤六：启动伺服电机，通过夹头带动钻头转动，之后控制钻进液压缸的缸杆继续伸出，使钻头逐渐钻入煤岩试样，直到钻头的钻入深度达到设计值；
[0019]步骤七：控制钻进液压缸的缸杆回缩，同时关闭伺服电机，直到钻进液压缸的缸杆从反力封门盖板和反力垫块中心处的贯通式孔道退出并回缩到初始位置，之后卸载掉本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种真三轴随钻煤岩力学参数测定实验装置，其特征在于：包括支撑框架、真三轴机构及钻进机构；所述真三轴机构与钻进机构并列设置在支撑框架上；所述真三轴机构包括压力室、轴向液压作动器、第一侧向液压作动器、第二侧向液压作动器、第三侧向液压作动器及第四侧向液压作动器；所述轴向液压作动器设置在压力室的前端；所述第一侧向液压作动器和第二侧向液压作动器镜像对称设置在压力室的上端和下端；所述第三侧向液压作动器及第四侧向液压作动器镜像对称设置在压力室的左端和右端；所述压力室的后端设有可拆卸的反力封门盖板；所述钻进机构位于反力封门盖板的后方。2.根据权利要求1所述的一种真三轴随钻煤岩力学参数测定实验装置，其特征在于：所述轴向液压作动器、第一侧向液压作动器、第二侧向液压作动器、第三侧向液压作动器及第四侧向液压作动器的活塞均为中空结构；在所述轴向液压作动器的中空活塞内部同轴固装有轴向液压缸，轴向液压缸的缸杆朝后并延伸至压力室内侧，在轴向液压缸的缸杆顶端分别安装有轴向压头和轴向垫块；在所述第一侧向液压作动器的中空活塞内部同轴固装有第一侧向液压缸，第一侧向液压缸的缸杆朝下并延伸至压力室内侧，在第一侧向液压缸的缸杆顶端分别安装有第一侧向压头和第一侧向垫块；在所述第二侧向液压作动器的中空活塞内部同轴固装有第二侧向液压缸，第二侧向液压缸的缸杆朝上并延伸至压力室内侧，在第二侧向液压缸的缸杆顶端分别安装有第二侧向压头和第二侧向垫块；在所述第三侧向液压作动器的中空活塞内部同轴固装有第三侧向液压缸，第三侧向液压缸的缸杆朝右并延伸至压力室内侧，在第三侧向液压缸的缸杆顶端分别安装有第三侧向压头和第三侧向垫块；在所述第四侧向液压作动器的中空活塞内部同轴固装有第四侧向液压缸，第四侧向液压缸的缸杆朝左并延伸至压力室内侧，在第四侧向液压缸的缸杆顶端分别安装有第四侧向压头和第四侧向垫块；在所述反力封门盖板的内端中心处固定安装有反力垫块，在反力封门盖板和反力垫块的中心开设有贯通式孔道，贯通式孔道与轴向液压缸同轴分布。3.根据权利要求2所述的一种真三轴随钻煤岩力学参数测定实验装置，其特征在于：所述钻进机构包括钻进液压缸、伺服电机、夹头及钻头；所述钻进液压缸固定安装在支撑框架上，钻进液压缸的缸杆朝向压力室，钻进液压缸与贯通式孔道及轴向液压缸同轴分布；所述伺服电机固定安装在钻进液压缸的缸杆顶端，在伺服电机上固定连接有滑架，在所述支撑框架上固定安装有滑轨，滑架滑动连接在滑轨上，滑轨与钻进液压缸平行分布；所述夹头同轴固装在伺服电机的电机轴上，所述钻头同轴固装在夹头上。4.根据权利要求3所述的一种真三轴随钻煤岩力学参数测定实验装置，其特征在于：在所述轴向液压作动器、第一侧向液压作动器、第二侧向液压作动器、第三...
【专利技术属性】
技术研发人员：范超军，赖鑫峰，罗明坤，文海欧，富向，徐令金，朱志洁，周丽君，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：
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