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专利号: 2020101589269
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种真三维应力下复合煤岩顶板压裂抽采模拟试验方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一、试样制备;

(1)、原煤试样制备;

选取原煤块进行切割打磨,使其断面平整度在±0.02mm以内,在原煤试样右表面中部打抽采孔(16),在105±15°温度下烘干24±4小时后,冷却至常温备用;

(2)、砂岩试样制备;

选取砂岩块进行切割打磨,使其断面平整度在±0.02mm以内,在试样上表面中心位置打压裂孔(17),在105±15°温度下烘干24±4小时后,冷却至常温备用;其中,砂岩试样的厚度小于原煤试样的厚度,抽采孔的长度大于压裂孔的长度;

(3)、复合煤岩试样制备;

将砂岩试样的下表面均匀涂抹高强度环氧树脂胶粘剂,在原煤试样的上表面均匀涂抹高强度环氧树脂胶粘剂,然后将砂岩试样与原煤试样上下重叠后压实贴合在一起;

步骤二、试样在真三轴试验测试装置上安装;

所述真三轴试验测试装置包括主机(A)、主机支撑组件(B)、滑轨(C)、滑轨支撑组件(D)和伺服油缸(E),六套所述伺服油缸(E)布置在主机(A)外的上下、左右、前后方向,所述滑轨(C)在主机(A)下方前后延伸设置,且穿过主机(A)后通过滑轨支撑组件(D)支撑在地面上,所述主机(A)包括铸造成型的整体环形框架(1),所述整体环形框架(1)的前后两侧开孔,并在每个开孔位置外侧配备有盖板(2),所述整体环形框架(1)和盖板(2)围成主机壳,主机内腔用于放置复合煤岩试样(3),复合煤岩试样(3)的上、下、左、右、前、后侧外分别配备有试样垫块(4),位于下侧的所述试样垫块(4)下方设置有能在滑轨(C)上前后移动的试样移动支架(5);前后侧的伺服油缸(E)下方均设置有能在滑轨(C)上前后移动的油缸移动支架(6),所述盖板(2)能随着对应侧的伺服油缸(E)一起移动,上下左右侧的伺服油缸(E)固设在整体环形框架(1)的对应侧外,伺服油缸(E)的活塞杆(7)前端居中位置处设置有载荷传感器(8),所述载荷传感器(8)的前端穿过主机壳后安装有压头;

将复合煤岩试样放入六块试样垫块(4)围成的腔体内并通过快锁(14)组合安装后再结合试样垫块(4)接缝处的棱边密封胶密封成一个试样密封垫,从而将复合煤岩试样(3)密封其中;所述棱边密封胶采用在需要密封的棱边刷涂液态硅橡胶,待硅橡胶固化后便能实现试样垫块(4)之间的密封;

上压头的下方固设有正对压裂孔(17)的压裂管,右压头的左方固设有正对抽采孔(16)的抽采管,在压裂管、抽采管外壁分别均匀涂抹硅橡胶,首先将试样密封垫安装在下压头上,再控制上压头下移,使上压头与试样密封垫上表面贴合的同时压裂管插入压裂孔(17)粘合密封,最后分别控制前、后、左、右四个压头移动,使对应的压头分别贴合到试样密封垫的对应表面,同时抽采管插入抽采孔(16)粘合密封,其中,前、后、左、下压头及对应的试样垫块(4)上均布置有注气孔(15);

步骤三、施加三轴应力;

通过前、后、左、右、上、下六个压头对复合煤岩试样施加应力至预定值;

步骤四、加瓦斯压力;

关闭抽采孔(16)、压裂孔(17),通过前、后、左、下四个注气孔(15)同时向复合煤岩试样注瓦斯,使瓦斯压力达到预定值并保持稳定24±4小时;

步骤五、瓦斯首次抽采;

关闭前、后、下、左四个面的注气孔(15),打开抽采孔(16),记录瓦斯流量变化与各压头压力与位移变化,直至瓦斯抽采结束;

步骤六、上岩层压裂;

重复步骤四,再打开压裂孔(17)向砂岩试样高压注水,使高压水进入对复合煤岩试样(3)上部进行水力压裂,待水压降低50%后,关闭压裂孔(17)停止压裂,记录该过程中前、后、左、右、上、下六个压头的压力与位移变化;

步骤七、瓦斯二次抽采;

打开抽采孔(16)进行瓦斯抽采,记录其瓦斯流量变化以及各向压头压力与位移变化;

步骤八、同组其他试验;

更换复合煤岩试样,改变原煤试验和砂岩试样的厚度,或者改变岩样、三轴压力、瓦斯压力,重复步骤一至步骤七;

步骤九、整理试验数据。

2.按照权利要求1所述的真三维应力下复合煤岩顶板压裂抽采模拟试验方法,其特征在于:所述前、后、左、下压头所对应的试样垫块的注气孔(15)包括靠近外侧的主注气孔(15a)和靠近内侧的若干呈矩阵分布的小注气孔(15b),且所有小注气孔(15b)与主注气孔(15a)通过纵横交错设置的注气连通沟槽(15c)连通。

3.按照权利要求1所述的真三维应力下复合煤岩顶板压裂抽采模拟试验方法,其特征在于:所述复合煤岩试样为正方体,复合煤岩试样尺寸为200×200×200mm,原煤试样尺寸为200×200×140mm,砂岩试样尺寸为200×200×60mm。

4.按照权利要求1所述的真三维应力下复合煤岩顶板压裂抽采模拟试验方法,其特征在于:所述抽采孔(16)直径为10mm,深度为105mm;压裂孔(17)直径为10mm,深度为35mm,抽采管长度为95mm,压裂管长度为25mm。

5.按照权利要求1所述的真三维应力下复合煤岩顶板压裂抽采模拟试验方法,其特征在于:所述抽采孔(16)、压裂孔(17)的外侧端安装有万向密封接头(18)。