CN104596909B - 多维加卸载多相孔隙介质强耦合损伤渗流实验方法 - Google Patents

多维加卸载多相孔隙介质强耦合损伤渗流实验方法 Download PDF

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CN104596909B CN201510052074.4A CN201510052074A CN104596909B CN 104596909 B CN104596909 B CN 104596909B CN 201510052074 A CN201510052074 A CN 201510052074A CN 104596909 B CN104596909 B CN 104596909B
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Abstract

本发明公开了一种多维加卸载多相孔隙介质强耦合损伤渗流实验方法。该系统包括轴向加卸载子系统、侧向加卸载子系统、围压加卸载子系统、裂隙损伤破坏监测子系统、中央密封腔体、充气子系统等,能够同时满足气、固、液三态孔隙介质力学变形破坏损伤特性实验、吸附膨胀变形破坏渗流实验、加卸载气、液、固耦合渗流实验和气/水压裂实验等实验要求;实现对具有时空变异性介质在X、Y、Z三维方向上的渗透率时空变异性的测定,并对实验过程中裂隙扩展和损伤进行同步实时监测。

Description

多维加卸载多相孔隙介质强耦合损伤渗流实验方法
技术领域
[0001] 本发明属于煤岩损伤渗流测试技术领域,具体涉及多维加卸载多相孔隙介质强親 合损伤渗流实验方法。
背景技术
[0002] 裂隙煤岩体中存在的节理裂隙等缺陷严重影响着煤岩体的强度特征和渗透特性。 煤岩体渗流特性的研宂在各种地质工程应用中占有重要的地位,比如水利水电工程、采矿 和石油工程、核废料储存工程。法国Malpasset拱坝(1%9)在初次蓄水时发生溃坝,意大利 的瓦依昂边坡失稳(1963)等事故引起了人们对裂隙岩体渗流问题的高度重视。
[0003] 裂隙岩体的渗流场受应力环境的影响,而渗流场的变化反过来又对应力场产生影 响,这种相互影响称之为应力渗流耦合。渗流场与应力场相互耦合是岩体力学中的一个重 要特性。在岩体工程实践中,节理变形影响节理开度及其渗流性质,从而使围岩的渗透和变 形性质也发生了变化。例如,煤矿生产中的工作面顶板或底板突水,就是岩体受到应力重分 布影响,改变了岩体渗透性,使地下水沿新裂隙进入工作面作业空间;在海底隧道建设中, 隧道开挖卸荷引起隧道围岩应力重分布,改变了节理裂隙的渗透特性,引起涌水和突水事 故的发生。
[0004] 因此研宄应力、渗流、损伤三者的耦合成为研宄热点,但目前已存在的岩石渗流试 验系统只能进行一维或三维加载下的渗流特性。一维加载下的渗流特性不能满足井下开采 真实的应力环境;三维加载压力室结构复杂、功能单一、操作复杂、难以完全保证系统的气 密性;现存的岩石渗流试验系统均不能满足对裂隙损伤演化的研宄,无法实现应力、渗流、 损伤三场耦合;随着煤炭资源开采进入深部阶段,高应力、低渗透问题越来越严重,为了增 加煤层透气性,采取水力化措施进行增透,增加裂隙和孔隙率,不仅需要实现气、固耦合渗 流,还要实现固、液耦合渗流,己存在的岩石渗流试验系统不能满足这种多功能需求。
发明内容
[0005] 发明目的:为了克服现有技术中存在的不足,本发明提供一种多维加卸载多相孔 隙介质强耦合损伤渗流实验方法,利用不同方向的受力,实时监测记录损伤参数,了解裂缝 的渗透特性,解决了现有技术的问题。
[0006] 技术方案:为了实现上述目的,本发明提出采用如下技术方案:
[0007] 一种多维加卸载多相孔隙介质强耦合损伤渗流实验系统,其特征在于,包括轴向 加卸载子系统、侧向加卸载子系统、围压加卸载子系统、裂隙损伤破坏监测子系统、中央密 封腔体、充气子系统。
[0008] 进一步的,所述中央密封腔体包括腔身、腔体顶盖、把手、加载杆、加载盘和气体进 出口;所述腔体顶盖位于腔身上方;
[0009] 所述加载杆由外部伸入腔体内部,加载杆位于腔体内部的一端均有一个加载盘; 加载杆包括顶部加载杆和四个完全相同的侧向加载杆;所述四个侧向加载杆位于同一个垂 直于顶部加载杆的平面,且相邻两个侧向加载杆相互垂直,这四个侧向加载杆形成一个十 字型,相对的两个侧向加载杆为同一组;所述加载盘上设置有密封圈;
[0010]顶部加载杆位于腔体顶部,侧向加载杆位于腔体侧壁;
[0011]所述气体进出口包括瓦斯气体进出口和氮气进出口;
[0012] 所述气体进出口一部分贯通加载盘和加载杆,气口分别位于加载杆露出腔体的一 端;另一部分贯通腔体底部,气口位于腔体底部侧壁。
[0013] 通过顶部和侧向的两部分加载杆,能够从多个方位上模拟损伤情况,可以更好的 对载荷作用下多相介质整个过程中的裂隙扩展和损伤进行实时监测。
[0014]进一步的,所述的裂隙损伤破坏监测子系统包括一组传感器、若干个前置放大器 和监测仪;所述一组传感器分别布置在所述中央密封腔体的各个加载杆上;每个前置放大 器分别连接一个传感y,并接入监测仪。通过传感器接收孔隙介质在加卸载过程中裂隙发 育和扩展产生的破坏信号,通过立体定位程序记录煤岩破裂过程的损伤事件数和发生位置 坐标,实现多相孔隙介质应力、损伤和渗流强耦合。
[0015]进一步的,所述轴向加卸载子系统包括控制计算机,液压油泵及加压装置;计算机 连接液压油缸向加压装置施压,所述加压装置作用于所述顶部加载杆上。
[0016]进一步的,所述侧向加卸载子系统包括液压油缸、位移传感器、负载应力传感器和 侧向控制计算机;侧向控制计算机控制液压油缸,每一个液压油缸控制所述一组侧向加载 杆。
[0017]轴向和侧向加卸载子系统分别作用于顶部加载杆和侧向加载杆,轴向加卸载子系 统和侧向加卸载子系统配合使用可实现多维加卸载过程,只启动轴向加卸载子系统,可实 现一维加卸载;只启动侧向加卸载子系统,可实现二维加卸载;轴向加卸载子系统和侧向加 卸载子系统配合加卸载可实现三维加卸载过程。
[0018] 进一步的,所述围压加卸载子系统包括氮气瓶、一个减压阀、若干个压力表、一个 六角阀、一个流量计和一个截止阀;所述氮气瓶依次通过减压阀、压力表、六角阀、流量计和 截止阀之后,接入所述位于腔体底部侧壁的一个气体进出口。
[0019] 进一步的,充气子系统包括瓦斯气瓶、放气管路、一个减压阀,一个六角阀,若干个 截止阀、若干个放气阀和压力表;所述瓦斯气瓶依次通过减压阀和压力表后,接入六角阀, 六角阀的每条出路分别依次通过放气阀、截止阀、压力表之后,分别接入所述中央密封腔体 的一个气体进出口;其中,用作出气口的管路上连接放气管路,该放气管路上设置有放气 阀。
[0020] 配合管路和围压加卸载子系统,能够同时满足多相(气、固、液)孔隙介质力学变形 破坏损伤特性实验、吸附膨胀变形破坏渗流实验、加卸载气、液、固親合渗流实验和气/水压 裂实验等实验要求。
[0021] 进一步的,所述把手为腔体顶盖上的可拆卸的手柄。该手柄能够方便的将腔体顶 盖掀起,便于放置试样。
[0022] 一种多维加卸载多相孔隙介质强耦合损伤渗流实验方法,其特征在于,该方法包 括以下步骤:
[0023] 步骤1)加工试样:将待测煤岩体加工为表面平整的立方体的试样;
[0024]步骤2)密封试样:先在试样表面均匆地涂抹一层密封胶,待密封胶风干后,再在密 封胶外封一层热缩管,最后,在试样的六个面上分别开一个圆形孔洞,使试样表面露出;所 述圆形孔洞的直径小于加载盘上的密封圈;
[0025]步骤3)连接管路并将试样放入中央密封腔体内,盖好顶盖,使得顶部加载杆正对 试样上表面;
[0026]步骤4)检查系统气密性:在充气子系统中,打开截止阀,关闭六角阀和减压阀;在 围压加卸载子系统中,打开减压阀、六角阀和截止阀,向中央密封腔体内充入2.5MPa的氮 气,待压力恒定后,关闭围压加卸载子系统的减压阀和六角阀,观察所有压力表示数是否下 降,如没有下降,则气密性良好;
[0027]步骤5)排氮气:打开放气管路上的放气阀,将中央密封腔体内的氮气排放干净; [0028]步骤6)抽真空:将放气管路接到真空泵上,开启真空栗,抽真空12小时,完成后关 闭真空泵,将围压加卸载子系统中的截止阀和充气子系统的截止阀和放气阀均关闭,并将 放气管路和真空泵断开;
[0029]步骤7)设定轴向加卸载子系统和侧向加卸载子系统,作用于中央密封腔体加载杆 上,待加载盘刚刚接触压紧试样,暂停加载;
[0030]步骤8)充氮气加围压:打开围压加卸载子系统的减压阀、六角阀和截止阀,给中央 密封腔体内充氮气加围压,氮气围压不小于待加的瓦斯压力,并向煤岩试样内填充适量压 力的瓦斯,进行48小时的吸附;
[0031]步骤9)进行限定围压试验:加载围压和氮气围压,设定围压值为X,此时加载的瓦 斯压力值为Y,取值时,Y〈X;待吸附平衡后,将需要测量方向的截止阀和放气阀打开,待进出 口的压力平衡后,记录下进口和出口方向的瓦斯压力pl、p2以及出口瓦斯流量Q;更新X、Y 值,进行多次试验;
[0032]、步骤10)进行等效围压试验:保证围压和瓦斯压力差值始终为LSMPa,每次进行完 围££加载和充瓦斯后,都要吸附48h,待吸附平衡后,测定各个方向的渗透性,将要测方向截 士阀和放气阀打开,压力示数平衡后,记录下进出口瓦斯压力pi、p2和出口瓦斯流量叭,测 芫此方向的渗透性后,关闭该方向的截止阀和放气阀,打开下一个要测方向的截止阀和放 气阀,进行相同的实验;
[0033]步骤n)进行损伤渗流试验:给定围压值和瓦斯压力值,待吸附平衡后,开启轴向 加载系统和侧向加载系统,同时启动损伤检测系统,测定不同应力下,试样损伤过程中的渗 流特性;
[00=]步骤12)完成试验后,将放气管路上的截止阀和放气阀打开,将瓦斯释放到空旷的 中,取出试验后被破坏的试样,清理干净中央密封腔体,关闭加载子系统和损伤监测子 系统。
[0035] 有益效果: 轴向触峨子織侧向触卩载子織配合使用可实现多维_载过程,只 力n载子系统,可实现一维加卸载;只启动侧向加卸载子系统,可实现二维加卸 加^卩^織_向_载子雜配合綱綱实现三维油载过程。 传感器接收孔隙介质在加卸载过程中裂隙发育和扩展产生的破坏信号,通过 岩織过麵损鶴倾職生健坐标,魏多相碰介质应力、 钿伤和渗流强耦合。 LUU〇〇」仅明此妙丨HJ町俩足多相(气、固、液)孔隙介质力学变形破坏损伤特性实验、吸附 膨胀变形破坏渗流实验、加卸载气、液、固耦合渗流实验和气/水压裂实验等实验要求;能够 实现对具有时空$异性介质在X、Y、Z三维方向上的渗透率时空变异性的测定,并对实验过 程中裂隙扩展和损伤进行同步实时监测;能够模拟真实的深部岩体应力环境和采动应力引 起的加卸载过程,通过轴向加卸载子系统和侧向加卸载子系统对中央密封腔体内煤岩样进 行多维加卸载,可实现一维、二维和三维应力环境的加卸载控制过程,同时损伤监测子系统 可对载荷作用下多相介质整个过程中的裂隙扩展和损伤进行实时监测。
附图说明
[0039]图1是本发明的示意图;
[0040]图2是中央密封腔体示意图;
[0041]图3是中央密封腔体的俯视图;
[0042]图4是中央密封腔体的主视图;
[0043]图5是中央密封腔体和侧向加载子系统的位置布置图;
[0044]图6中央密封腔体及周围管路示意图
具体实施方式
[0045]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0046]本发明多维加卸载多相孔隙介质强耦合损伤渗流实验系统包括轴向加卸载子系 统,侧向加卸载子系统、围压加卸载子系统、裂隙损伤破坏监测子系统、中央密封腔体、充气 子系统。其特征在于能够同时满足多相(气、固、液)孔隙介质力学变形破坏损伤特性实验、 吸附膨胀变形破坏渗流实验、加卸载气、液、固耦合渗流实验和气/水压裂实验等实验要求; 能够实现对具有时空变异性介质在X、Y、Z三维方向上的渗透率时空变异性的测定,并对实 验过程中裂隙扩展和损伤进行同步实时监测;能够模拟真实的深部岩体应力环境和采动应 力引起的加卸载过程,通过轴向力_载子系统和侧向加卸载子系统对中央密封腔体内煤岩 样进行多维加卸载,可实现一维、二维和三维应力环境的加卸载控制过程,同时损伤监测子 系统可对载荷作用下多相介质整个过程中的裂隙扩展和损伤进行实时监测。
[0047]如图1所示,一种多维加卸载多相孔隙介质强耦合损伤渗流实验系统,其特征在 于,包括轴向加卸载子系统,侧向加卸载子系统、围压加卸载子系统、裂隙损伤破坏监测子 系统、中央密封腔体、充气子系统。
[0048]如图2-图6所示,中央密封腔体包括腔身、腔体顶盖、把手、加载杆、加载盘和气体 进出口;所述腔体顶盖位于腔身上方;
[0049]所述加载杆由外部伸入腔体内部,加载杆位于腔体内部的一端均有一个加载盘; 加载杆包括顶部加载杆和四个完全相同的侧向加载杆;所述四个侧向加载杆位于同一个垂 直于顶部加载杆的平面,且相邻两个侧向加载杆相互垂直,这四个侧向加载杆形成一个十 字型,相对的两个侧向加载杆为同一组;所述加载盘上设置有密封圈;如图6所示,图6为顶 部加载杆和其中一组侧向加载杆。 '
[0050]顶部加载杆位于腔体顶部,侧向加载杆位于腔体侧壁,
[0051]所述气体进出口包括瓦斯气体进出口和氮气进出口。
[0052]所述气体进加-部分贯通加载盘和加载杆,气n分臟于加载杆露出腔体的— 端;另一部分贯通腔体底部,气口位于腔体底部侧壁。实际操作中,根据实际测试需要,分别 选择气口作为瓦斯气体进出口和氮气进出口。
[0053]通过顶部和侧向的两部分加载杆,能够从多个方位上觀损伤情况,可以更好的 对载荷作用下多相介质整个过程中的裂隙扩展和损伤进行实时监测。
[0054]、进二步的,所述的裂隙损伤破坏监测子系统包括一组传感器、若干个前置放大器 和监测仪;所述一组传感器分别布置在所述中央密封腔体加的各个载杆上;每个前置放大 器分别连接一个传感器,并接入监测伩。通过传感器接收孔隙介质在加卸载过程中裂隙发 育和扩展产生的破坏信号,通过立体定位程序记录煤岩破裂过程的损伤事件数和发生位置 坐标,实现多相孔隙介质应力、损伤和渗流强耦合。
[0055]^进一步的,所述轴向加卸载子系统包括控制计算机,液压油栗及加压装置;计算机 连接液压油缸向加压装置施压,所述加压装置作用于所述顶部加载杆上。
[0056]进一步的,所述侧向加卸载子系统包括液压油缸、位移传感器、负载应力传感器和 侧向控制计算机;侧向控制计算机控制液压油缸,每一个液压油缸控制所述一组侧向加载 杆。
[0057]轴向和侧向加卸载子系统分别作用于顶部加载杆和侧向加载杆,轴向加卸载子系 统和侧向加卸载子系统配合使用可实现多维加卸载过程,只启动轴向加卸载子系统,可实 现一维加卸载;只启动侧向加卸载子系统,可实现二维加卸载;轴向加卸载子系统和侧向加 卸载子系统配合加卸载可实现三维加卸载过程。
[0058]进一步的,所述围压加卸载子系统包括氮气瓶、一个减压阀、若干个压力表、一个 六角阀、一个流量计和一个截止阀;所述氮气瓶依次通过减压阀、压力表、六角阀、流量计和 截止阀之后,接入所述位于腔体底部侧壁的一个气体进出口。
[0059]进一步的,充气子系统包括瓦斯气瓶,放气管路,一个减压阀,一个六角阀,若干个 截止阀、若千个放气阀和压力表;所述瓦斯气瓶依次通过减压阀和压力表后,接入六角阀, 六角阀的每条出路分别依次通过放气阀、截止阀、压力表之后,分别接入所述中央密封腔体 的一个气体进出口;其中,用作出气口的管路上连接放气管路,该放气管路上设置有放气 阀。
[0060] 配合管路和围压加卸载子系统,能够同时满足多相(气、固、液)孔隙介质力学变形 破坏损伤特性实验、吸附膨胀变形破坏渗流实验、加卸载气、液、固耦合渗流实验和气/水压 裂实验等实验要求。
[0061] 进一步的,所述把手为腔体顶盖上的可拆卸的手柄。该手柄能够方便的将腔体顶 盖掀起,便于放置试样。
[0062] —种多维加卸载多相孔隙介质强耦合损伤渗流实验方法,其特征在于,该方法包 括以下步骤:
[0063]步骤1)加工试样:将待测煤岩体加工为表面平整的立方体的试样;
[0064]步骤2)密封试样:先在试样表面均匀地涂抹一层密封胶,待密封胶风干后,再在密 封胶外封一层热缩管,最后,在试样的六个面上分别开一个圆形孔洞,使试样表面露出;所 述圆形孔洞的直径小于加载盘上的密封圈;
[0065]步骤3)连接管路并将试样放入中央密封腔体内,盖好顶盖,使得顶部加载杆正对 试样上表面; _步骤4)检查系统气密性:在充气子系统中,打开截止阀,关闭六角阀和减压阀;在 围压加卸载子系统中,打开减压阀、六角阀和截止阀,向中央密封腔体内充入2.5MPa的氮 气,待压力恒定后,关闭围压加卸载子系统的减压阀和六角阀,观察所有压力表示数是否下 降,如没有下降,则气密性良好;
[0067]步骤5)排氮气:打开放气管路上的放气阀,将中央密封腔体内的氮气排放干净. [0068]步骤6)抽真空:将放气管路接到真空泵上,开启真空栗,抽真空12小时,完成后关 闭真空栗,将围压加卸载子系统中的截止阀和充气子系统的截止阀和放气阀均关闭,并将 放气管路和真空泵断开;
[0069]步骤7)设定轴向加卸载子系统和侧向加卸载子系统,作用于中央密封腔体加载杆 上,待加载盘刚刚接触压紧试样,暂停加载;
[0070]步骤8)充氮气加围压:打开围压加卸载子系统的减压阀、六角阀和截止阀,给中央 密封腔体内充氮气加围压,氮气围压不小于待加的瓦斯压力,并向煤岩试样内填充适量压 力的瓦斯,进行48小时的吸附;
[0071]步骤9)进行限定围压试验:加载围压和氮气围压,设定围压值为x,此时加载的瓦 斯压力值为Y,取值时,Y<X;待吸附平衡后,将需要测量方向的截止阀和放气阀打开,待进出 口的压力平衡后,记录下进口和出口方向的瓦斯压力pi、P2以及出口瓦斯流量Q;更新x、Y 值,进行多次试验;
[0072]步骤10)进行等效围压试验:保证围压和瓦斯压力差值始终为UMPa,每次进行完 围压加载和充瓦斯后,都要吸附48h,待吸附平衡后,测定各个方向的渗透性,将要测方向截 止阀和放气阀打开,压力示数平衡后,记录下进出口瓦斯压力P1、P2和出口瓦斯流量Q1,测 完此方向的渗透性后,关闭该方向的截止阀和放气阀,打开下一个要测方向的截止阀和放 气阀,进行相同的实验;
[0073]步骤11)进行损伤渗流试验:给定围压值和瓦斯压力值,待吸附平衡后,开启轴向 加载系统和侧向加载系统,同时启动损伤检测系统,测定不同应力下,试样损伤过程中的渗 流特性;
[0074]步骤12)完成试验后,将放气管路上的截止阀和放气阀打开,将瓦斯释放到空旷的 大气中,取出试验后被破坏的试样,清理干净中央密封腔体,关闭加载子系统和损伤监测子 系统。
[0075] —种多维加卸载多相孔隙介质强耦合损伤渗流实验方法的实施例:
[0076]图1-6中标号如下:损伤监测计算机⑴,放大器(2,4,6),传感器(15,17,30),侧向 控制计算机(3),负载传感器(9),负载传感器探头(10),位移传感器(33),液压油缸(32),顶 部加载杆(14),侧向加载杆(11,28),加载盘(12,23,25),顶盖(5),缸身(24),氮气进气口 (⑼,瓦斯进出气口(16,22,29,49),轴向控制计算机(21),瓦斯气瓶(46),氮气瓶(47),减 压阀(44,45),截止阀(7,18,26,34),压力表(8,20,27,34),流量计(51,52,53,54,55),放气 阀(36,41,似,43),六角阀(37,38)放气管路(48)。
[0077] 步骤1)加工试样:将待测煤岩体加工为表面平整的立方体的试样50;本例加工为 边长为100mm的正方体。试样表面平整使其能够更好的与加载盘接触。
[0078] 步骤2)密封试样:先在试样表面均匀地涂抹一层密封胶,待密封胶风千后,再在密 封胶外封一层热缩管,最后,在试样的六个面上分别开一个圆形孔洞,使试样表面露出;所 述圆形孔洞的直径小于加载盘上的密封圈;圆形的孔洞以便后续充瓦斯和测试渗流,孔洞 直径小于加载盘上的密封圈,确保试样50和腔体不联通;
[0079]步骤3)按图连接管路并将试样放入中央密封腔体内,盖好顶盖5,使得顶部加载杆 14正对试样50上表面;侧向加载杆11、28、56、58分别对着试样的一个侧面。加载杆11、28为 一组,加载杆56、58为一组。
[0080]步骤4)检查系统气密性:在充气中,打开截止阀7、26、34,关闭六角阀37和减压阀 45;在围压加卸载子系统中,打开减压阀44、六角阀38和截止阀18,向中央密封腔体内充入 2.5MPa的氮气,待压力恒定后,关闭围压加卸载子系统的减压阀44和六角阀38,观察所有压 力表示数是否下降,如没有下降,则气密性良好;
[0081] 步骤5)排氮气:打开放气管路48上的放气阀43,将中央密封腔体内的氮气排放干 净;
[0082]步骤6)抽真空:将放气管路48接到真空栗上,开启真空泵,抽真空12小时,完成后 关闭真空栗,将围压加卸载子系统中的截止阀18和充气子系统的截止阀7、26、34和放气阀 43均关闭,并将放气管路48和真空栗断开;
[0083] 步骤7)设定轴向加卸载子系统和侧向加卸载子系统,作用于中央密封腔体加载杆 上,待加载盘刚刚接触压紧试样,暂停加载;
[0084]步骤8)充氮气加围压:打开围压加卸载子系统的减压阀44、六角阀38和截止阀18, 给中央密封腔体内充氮气加围压,氮气围压不小于待加的瓦斯压力,并向煤岩试样内填充 适量压力的瓦斯,进行48小时的吸附;
[0085]步骤9)进行限定围压试验:加载围压和氮气围压,设定围压值为X,此时加载的瓦 斯压力值为Y,取值时,Y<X;待吸附平衡后,将需要测量方向的截止阀和放气阀打开,待进出 口的压力平衡后,记录下进口和出口方向的瓦斯压力P1、P2以及出口瓦斯流量Q;更新X、Y 值,进行多次试验;
[0086]本例选择加载围压和氮气围压2.25MPa、3MPa、4MPa、4.5MPa、5.5MPa,瓦斯压力 0 • 75MPa、1 • 5MPa、2 • 5MPa、3MPa、4MPa;因为Y<X,假设设定围压为4MPa,可进行瓦斯压力为 0.75MPa、1.5MPa、2.5MPa、3MPa的吸附渗流实验。
[0087]步骤10)进行等效围压试验:保证围压和瓦斯压力差值始终为丨.5Mpa,每次进行完 围压加载和充瓦斯后,都要吸附48h,待吸附平衡后,测定各个方向的渗透性,将要测方向截 止阀和放气阀打开,压力示数平衡后,记录下进出口瓦斯压力p 1、P2和出口瓦斯流量Q1,测 完此方向的渗透性后,关闭该方向的截止阀和放气阀,打开下一个要测方向的截止阀和放 气阀,进行相同的实验;
[0088] 步骤H)进行损伤渗流试验:给定围压值和瓦斯压力值,待吸附平衡后,开启轴向 加载系统和侧向加载系统,同时启动损伤检测系统,测定不同应力下,试样损伤过程中的渗 流特性;
[0089] 步骤12)完成试验后,将放气管路上的截止阀和放气阀打开,将瓦斯释放到空旷的 大气中,取出试验后被破坏的试样,清理干净中央密封腔体,关闭加载子系统和损伤监测子 系统。
[0090]上述限定围压试验和等效围压试验,损伤渗流实验均是在三维加载下进行的,本 仅刀多雄那却載多相孔隙介质强耦合损伤渗流实验系统同时可以实现一维、二维加载,一 维加载只开启轴向加卸载子系统,二维加载只开启侧向加卸载子系统,三维加载需轴向加 卸载子系统和侧向加卸载子系统同时运行。
[0091]即,试验中,可以单独启动轴向加卸载子系统,或单独启动侧向加卸载子系统,也 可以同时启动这两个子系统。在侧向加载子系统中,可以单独控制其中一组侧向加载杆工 作,也可以两组侧向加载杆同时工作。 ’、
[0092]以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人 员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1. 一种多维加卸载多相孔隙介质强耦合损伤渗流实验方法,其特征在于,该方法包括 以下步骤: 1) 加工试样:将待测煤岩体加工为表面平整的立方体的试样(50); 2) 密封试样:先在试样表面均匀地涂抹一层密封胶,待密封胶风干后,再在密封胶外封 一层热缩管,最后,在试样的六个面上分别开一个圆形孔洞,使试样表面露出;所述圆形孔 洞的直径小于加载盘上的密封圈; 3) 连接管路并将试样放入中央密封腔体内,盖好顶盖(5),使得顶部加载杆(14)正对试 样(50)上表面; 4) 检查系统气密性:在充气子系统中,打开截止阀,关闭六角阀和减压阀;在围压加卸 载子系统中,打开减压阀、六角阀和截止阀,向中央密封腔体内充入2.5MPa的氮气,待压力 恒定后,关闭围压加卸载子系统的减压阀和六角阀,观察所有压力表示数是否下降,如没有 下降,则气密性良好; 5) 排氮气:打开放气管路(4¾上的放气阀,将中央密封腔体内的氮气排放干净; 6) 抽真空:将放气管路(48)接到真空泵上,开启真空泵,抽真空以小时,完成后关闭真 空泵,将围压加卸载子系统中的截止阀和充气子系统的截止阀和放气阀均关闭,并将放气 管路(48)和真空泵断开; 7) 设定轴向加卸载子系统和侧向加卸载子系统,作用于中央密封腔体加载杆上,待加 载盘刚刚接触压紧试样,暂停加载; 8) 充氮气加围压:打开围压加卸载子系统的减压阀、六角阀和截止阀,给中央密封腔体 内充氮气加围压,氮气围压不小于待加的瓦斯压力,并向煤岩试样内填充适量压力的瓦斯, 进行48小时的吸附; 9) 进行限定围压试验:加载围压和氮气围压,设定围压值为X,此时加载的瓦斯压力值 为Y,取值时,Y<X;待吸附平衡后,将需要测量方向的截止阀和放气阀打开,待进出口的压力 平衡后,记录下进口和出口方向的瓦斯压力pi、p2以及出口瓦斯流量Q;更新X、Y值,进行多 次试验; 10) 进行等效围压试验:保证围压和瓦斯压力差值始终为1.5MPa,每次进行完围压加载 和充瓦斯后,都要吸附48h,待吸附平衡后,测定各个方向的渗透性,将要测方向截止阀和放 气阀打开,压力示数平衡后,记录下进出口瓦斯压力PI、P2和出口瓦斯流量Q1,测完此方向 的渗透性后,关闭该方向的截止阀和放气阀,打开下一个要测方向的截止阀和放气阀,进行 相同的实验; 11) 进行损伤渗流试验:给定围压值和瓦斯压力值,待吸附平衡后,开启轴向加载系统 和侧向加载系统,同时启动损伤检测系统,测定不同应力下,试样损伤过程中的渗流特性; 1¾完成试验后,将放气管路(48)上的截止阀和放气阀打开,将瓦斯释放到空旷的大气 中,取出试验后被破坏的试样,清理干净中央密封腔体,关闭加卸载子系统和损伤监测子系 统。
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