一种煤岩强度参数劈裂试验模拟装置的制作方法

1.本发明涉及劈裂试验技术领域，具体涉及一种煤岩强度参数劈裂试验模拟装置。


背景技术：

2.煤岩强度参数通常可以通过劈裂试验来获得，此类试验模拟了煤岩在应力作用下的裂纹扩展行为。然而，现有的劈裂实验模拟装置存在一些问题，首先，现有的劈裂实验模拟装置在进行试验时需要频繁更换煤岩样品，这一过程相对繁琐；其次，现有的劈裂实验模拟装置无法准确模拟实际情况下的煤岩强度。煤岩在地质条件下受到多种力学作用，如水压、岩体断裂等。然而，现有的模拟装置无法真实地再现煤岩在复杂应力环境下的强度。
3.因此，有必要提供一种煤岩强度参数劈裂试验模拟装置以解决上述问题。


技术实现要素：

4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种煤岩强度参数劈裂试验模拟装置，包括：
5.外筒，其上设置有进出液管，用于调节外筒内的液体压力；
6.内膜，其位于所述外筒的内部，且与所述外筒保持一定的间隙，所述内膜用于装载待试验的柱状煤岩；
7.多个嵌入至所述外筒中的劈裂管，其一端与控压管相连通，另一端连接至所述内膜的外表面；以及
8.第一密封组件和第二密封组件，其中，所述第一密封组件用于密封外筒和内膜的一端端部，第二密封组件用于密封外筒和内膜的另一端端部。
9.进一步，作为优选，多个所述劈裂管被构建为沿外筒轴向阵列分布的三组，每组为沿外筒周向阵列分布的多个。
10.进一步，作为优选，所述内膜的两端端部内侧固定有导向密封环。
11.进一步，作为优选，所述内膜的两端端部外侧固定有支撑杆，所述支撑杆的另一端支撑于所述外筒的内壁上。
12.进一步，作为优选，所述第一密封组件和第二密封组件的结构相同，均包括：
13.限位座；
14.滑座，其滑动设置于所述限位座上，且所述滑座的滑动方向与外筒的轴向相同；
15.安装座，其固定于所述滑座上；
16.臂体，其固定于所述安装座上；
17.密封槽，其固定于所述臂体上，且所述密封槽的中心轴线与外筒的中心轴线共线设置，以便密封套设于所述外筒的外部；以及
18.加压盘，其可拆卸的固定于所述密封槽的内部，且所述加压盘的中心轴线与密封槽的中心轴线共线设置，以便密封嵌入于内膜的内部。
19.进一步，作为优选，所述加压板中嵌入有渗流仓，所述渗流仓靠近外筒一侧的表面
与加压盘靠近外筒一侧的表面齐平，所述渗流仓靠近外筒一侧的表面开设有多个渗流孔，所述渗流孔沟通至渗流仓的内部，所述渗流仓还与罐体相连通，所述罐体固定于所述安装座上。
20.进一步，作为优选，所述加压板中贯穿滑动设置有劈裂杆，所述劈裂杆的滑动方向与外筒的轴向相同，所述劈裂杆由驱动件所驱动，所述驱动件设置于所述安装座中。
21.进一步，作为优选，所述控压管与第一液压控制器相连，所述进出液管与第二液压控制器相连，所述控压管的数量为n，其中m个控压管内的液压与进出液管内的液压持平，n-m个控压管内的液压大于进出液管内的液压(n，m均为大于1的整数，n-m大于0)。
22.进一步，作为优选，所述外筒和内膜均为透明材质。
23.与现有技术相比，本发明提供了一种煤岩强度参数劈裂试验模拟装置，具有以下有益效果：
24.本发明实施例中，第一密封组件、第二密封组件以及内膜之间所构成的空间能够密封放置待试验的柱状煤岩，并且，第一密封组件和第二密封组件还可为柱状煤岩提供轴压；
25.本发明实施例中，第一密封组件、第二密封组件、内膜以及外筒之间所构成的空间能够充入油液从而可以为柱状煤岩提供围压；
26.本发明实施例中，通过为柱状煤岩提供轴压和围压可以模拟煤岩在地质条件下受到的多种力学作用，之后通过调节控压管内的液压便可实现对于劈裂试验的模拟；
27.本发明实施例中，第一密封组件和第二密封组件可快速实现对于外筒的定位锁紧以及解除锁紧，从而提升了对于柱状煤岩的更换效率，简化更换过程。
附图说明
28.图1为一种煤岩强度参数劈裂试验模拟装置的平面结构示意图；
29.图2为一种煤岩强度参数劈裂试验模拟装置的立体结构示意图；
30.图3为一种煤岩强度参数劈裂试验模拟装置中外筒和内膜的结构示意图；
31.图4为一种煤岩强度参数劈裂试验模拟装置中第一密封组件的平面结构示意图；
32.图5为一种煤岩强度参数劈裂试验模拟装置中第一密封组件的立体结构示意图；
33.图中：1、外筒；2、内膜；3、劈裂管；4、第一密封组件；5、第二密封组件；6、底座；7、定位座；8、控压管；9、进出液管；10、限位座；11、滑座；12、安装座；13、臂体；14、密封槽；15、加压盘；16、渗流仓；17、罐体；18、劈裂杆；19、驱动件。
具体实施方式
34.请参阅图1～5，本发明提供了一种煤岩强度参数劈裂试验模拟装置，包括：
35.外筒1，安装于定位座上7上，所述定位座7定位于底座6上，所述外筒1上设置有进出液管9，用于调节外筒1内的液体压力；
36.内膜2，其位于所述外筒1的内部，且与所述外筒1保持一定的间隙，所述内膜2用于装载待试验的柱状煤岩，且所述内膜2为柔性材质，可传递其外部的力至待试验的柱状煤岩上；
37.多个嵌入至所述外筒1中的劈裂管3，其一端与控压管8相连通，另一端连接至所述
内膜2的外表面；以及
38.安装于底座6上的第一密封组件4和第二密封组件5，其中，所述第一密封组件4用于密封外筒1和内膜2的一端端部，第二密封组件5用于密封外筒1和内膜2的另一端端部。
39.也就是说，本实施例中，第一密封组件4、第二密封组件5以及内膜之间所构成的空间能够密封放置待试验的柱状煤岩，并且，第一密封组件4和第二密封组件5在对柱状煤岩的端部进行密封时还可为柱状煤岩提供轴压，实际上，第一密封组件4、第二密封组件5、内膜2以及外筒1之间所构成的空间能够充入油液从而可以为柱状煤岩提供围压，如此设置可以实现模拟煤岩在地质条件下受到的多种力学作用，之后通过调节控压管内的液压便可实现对于劈裂试验的模拟；
40.作为较佳的实施例，多个所述劈裂管3被构建为沿外筒1轴向阵列分布的三组，每组为沿外筒1周向阵列分布的多个。
41.实际上，所述控压管8与第一液压控制器相连，所述进出液管9与第二液压控制器相连，所述控压管8的数量为n，其中m个控压管8内的液压与进出液管9内的液压持平，n-m个控压管8内的液压大于进出液管9内的液压(n，m均为大于1的整数，n-m大于0)；
42.需要注意的是，各个控压管8中的液压为独立控制调节，而控压管8中的液压作用于对应的内膜2上并传递至待试验的柱状煤岩上，也就是说，通过调节控压管8内部的液压即可模拟对于待试验的柱状煤岩的施力效果，进而能够完成劈裂试验；
43.并且，由于配置了多个劈裂管3，多个所述劈裂管3被构建为沿外筒1轴向阵列分布的三组，每组为沿外筒1周向阵列分布的多个，因此还可以实现对于待试验的柱状煤岩的不同位置、不同角度、不同施力数量、不同施力大小的劈裂试验；
44.更进一步的，所述外筒1和内膜2均为透明材质，如此则便于从外部直接观测待试验的柱状煤岩的实时情况；
45.另外，在实际实施时，还可以调节进入至外筒1中油液的温度，例如在进出液管9位置处设置控温机构等，在此不再赘述；
46.为了提升内膜2与第一密封组件4之间、与第二密封组件5之间的密封效果；所述内膜2的两端端部内侧固定有导向密封环。
47.为了提升内膜2与第一密封组件4之间、与第二密封组件5之间的密封效果；所述内膜2的两端端部外侧固定有支撑杆，所述支撑杆的另一端支撑于所述外筒1的内壁上。
48.本实施例中，所述第一密封组件4和第二密封组件5的结构相同，均包括：
49.限位座10；
50.滑座11，其滑动设置于所述限位座10上，且所述滑座11的滑动方向与外筒1的轴向相同；
51.安装座12，其固定于所述滑座11上；
52.臂体13，其固定于所述安装座12上；
53.密封槽14，其固定于所述臂体13上，且所述密封槽14的中心轴线与外筒1的中心轴线共线设置，以便密封套设于所述外筒1的外部；以及
54.加压盘15，其可拆卸的固定于所述密封槽14的内部，且所述加压盘15的中心轴线与密封槽14的中心轴线共线设置，以便密封嵌入于内膜2的内部。
55.加压盘15应对应于导向密封环；
56.在实施时，当驱动滑座11朝向外筒1方向移动时，密封槽14能够逐步密封套设于所述外筒1的外部，而加压盘15则能够逐步密封嵌入于导向密封环中，反之，密封槽14则能够逐步解除对于外筒1的密封，加压盘15则能够逐步解除对于导向密封环的密封，以便更换待试验的柱状煤岩。
57.本实施例中，所述加压板15中嵌入有渗流仓16，所述渗流仓16靠近外筒1一侧的表面与加压盘15靠近外筒1一侧的表面齐平，所述渗流仓16靠近外筒1一侧的表面开设有多个渗流孔，所述渗流孔沟通至渗流仓16的内部，所述渗流仓16还与罐体17相连通，所述罐体17固定于所述安装座12上。
58.需要解释的是，第一密封组件4中的罐体17可用于向待试验的柱状煤岩中提供液体，而第二密封组件5中的罐体可用于向待试验的柱状煤岩中提供气体，二者相互配合则可以进一步模拟地层中煤岩的实际状态。
59.本实施例中，所述加压板15中贯穿滑动设置有劈裂杆18，所述劈裂杆18的滑动方向与外筒1的轴向相同，所述劈裂杆18由驱动件19所驱动，所述驱动件19设置于所述安装座12中。
60.通过劈裂杆18还可以模拟从待试验的柱状煤岩的轴向方向进行的劈裂试验。
61.以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种煤岩强度参数劈裂试验模拟装置，其特征在于：包括：外筒(1)，其上设置有进出液管(9)，用于调节外筒(1)内的液体压力；内膜(2)，其位于所述外筒(1)的内部，且与所述外筒(1)保持一定的间隙，所述内膜(2)用于装载待试验的柱状煤岩；多个嵌入至所述外筒(1)中的劈裂管(3)，其一端与控压管(8)相连通，另一端连接至所述内膜(2)的外表面；以及第一密封组件(4)和第二密封组件(5)，其中，所述第一密封组件(4)用于密封外筒(1)和内膜(2)的一端端部，第二密封组件(5)用于密封外筒(1)和内膜(2)的另一端端部。2.根据权利要求1所述的一种煤岩强度参数劈裂试验模拟装置，其特征在于：多个所述劈裂管(3)被构建为沿外筒(1)轴向阵列分布的三组，每组为沿外筒(1)周向阵列分布的多个。3.根据权利要求1所述的一种煤岩强度参数劈裂试验模拟装置，其特征在于：所述内膜(2)的两端端部内侧固定有导向密封环。4.根据权利要求1所述的一种煤岩强度参数劈裂试验模拟装置，其特征在于：所述内膜(2)的两端端部外侧固定有支撑杆，所述支撑杆的另一端支撑于所述外筒(1)的内壁上。5.根据权利要求1所述的一种煤岩强度参数劈裂试验模拟装置，其特征在于：所述第一密封组件(4)和第二密封组件(5)的结构相同，均包括：限位座(10)；滑座(11)，其滑动设置于所述限位座(10)上，且所述滑座(11)的滑动方向与外筒(1)的轴向相同；安装座(12)，其固定于所述滑座(11)上；臂体(13)，其固定于所述安装座(12)上；密封槽(14)，其固定于所述臂体(13)上，且所述密封槽(14)的中心轴线与外筒(1)的中心轴线共线设置，以便密封套设于所述外筒(1)的外部；以及加压盘(15)，其可拆卸的固定于所述密封槽(14)的内部，且所述加压盘(15)的中心轴线与密封槽(14)的中心轴线共线设置，以便密封嵌入于内膜(2)的内部。6.根据权利要求5所述的一种煤岩强度参数劈裂试验模拟装置，其特征在于：所述加压板(15)中嵌入有渗流仓(16)，所述渗流仓(16)靠近外筒(1)一侧的表面与加压盘(15)靠近外筒(1)一侧的表面齐平，所述渗流仓(16)靠近外筒(1)一侧的表面开设有多个渗流孔，所述渗流孔沟通至渗流仓(16)的内部，所述渗流仓(16)还与罐体(17)相连通，所述罐体(17)固定于所述安装座(12)上。7.根据权利要求5所述的一种煤岩强度参数劈裂试验模拟装置，其特征在于：所述加压板(15)中贯穿滑动设置有劈裂杆(18)，所述劈裂杆(18)的滑动方向与外筒(1)的轴向相同，所述劈裂杆(18)由驱动件(19)所驱动，所述驱动件(19)设置于所述安装座(12)中。8.根据权利要求1所述的一种煤岩强度参数劈裂试验模拟装置，其特征在于：所述控压管(8)与第一液压控制器相连，所述进出液管(9)与第二液压控制器相连，所述控压管(8)的数量为n，其中m个控压管(8)内的液压与进出液管(9)内的液压持平，n-m个控压管(8)内的液压大于进出液管(9)内的液压(n，m均为大于1的整数，n-m大于0)。9.根据权利要求1所述的一种煤岩强度参数劈裂试验模拟装置，其特征在于：所述外筒
(1)和内膜(2)均为透明材质。

技术总结
本发明公开了一种煤岩强度参数劈裂试验模拟装置，包括：外筒，其上设置有进出液管，用于调节外筒内的液体压力；内膜，其位于所述外筒的内部，且与所述外筒保持一定的间隙，所述内膜用于装载待试验的柱状煤岩；多个嵌入至所述外筒中的劈裂管，其一端与控压管相连通，另一端连接至所述内膜的外表面；以及第一密封组件和第二密封组件，其中，所述第一密封组件用于密封外筒和内膜的一端端部，第二密封组件用于密封外筒和内膜的另一端端部。于密封外筒和内膜的另一端端部。于密封外筒和内膜的另一端端部。


技术研发人员：时宝 包若羽 刘懿 邸帅 伦嘉云 牛阔
受保护的技术使用者：应急管理部信息研究院
技术研发日：2023.07.24
技术公布日：2023/10/15