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原文传递一种煤岩心损伤的定量评价测试方法

专利名称：	一种煤岩心损伤的定量评价测试方法
摘要：	一种煤岩心损伤的定量评价测试方法，本发明利用三轴加载系统对煤岩心施加围压和孔压，通过应变片实时记录煤岩心基质的轴向应变，通过位移传感器记录煤岩心整体轴向位移，经过计算可得到煤岩心微裂纹演化产生的体积应变，由于体积应变与损伤程度密切相关，根据连续介质损伤力学理论即可定量计算出煤岩心的损伤变量；根据脉冲衰减法实时测定损伤过程中的渗透率变化规律，通过与计算出的损伤变量对比，可以直接建立损伤与渗透率的对应关系。本发明测试所需设备结构，测试步骤简单，计算方法准确直观，具有明确物理意义，可用于循环脉冲气压增透、蠕变损伤和三轴压缩等实验过程中的损伤变量和渗透率演化的定量评价。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	中国矿业大学
发明人：	魏明尧;刘应科;康建宏;刘春
专利状态：	有效
申请日期：	2019-09-02T00:00:00+0800
发布日期：	2019-12-31T00:00:00+0800
申请号：	CN201910823087.5
公开号：	CN110631936A
代理机构：	北京淮海知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	周淑淑
分类号：	G01N3/36(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	221000 江苏省徐州市大学路1号
主权项：	1.一种煤岩心损伤的定量评价测试方法，其特征在于，包括以下步骤： ①将煤岩样品加工成圆柱体的煤岩心；将煤岩心放在45℃烘箱中进行干燥处理；在煤岩心中段外表面粘贴应变片(14)，粘贴位置避免存在裂纹；将应变片(14)的导线与应变片引线(15)焊接； ②将煤岩心装入橡胶套筒(13)后置于承压腔(12)内；将应变片引线(15)穿过堵头Ⅱ(18)，将应变片引线(15)接入应变采集仪(21)，将应变采集仪(21)、位移传感器(24)连接控制计算机(26)； ③检查位移传感器(24)、应变采集仪(21)、压力传感器Ⅰ(8)、压力传感器Ⅱ(9)和电子压力控制器(7)的工作状态；通过轴压柱塞加载泵(1)和环压柱塞加载泵(2)对煤岩心以1MPa/min的速度分别加载到P1MPa的轴向压力、P2 MPa的环向压力，并检查装置的各个接口处是否漏液；关闭阀门Ⅱ(6)，打开阀门Ⅰ(5)和阀门Ⅲ(10)，待围压稳定后，打开真空泵(4)，对样品抽真空24h；关闭阀门Ⅰ(5)，打开阀门Ⅱ(6)、阀门Ⅲ(10)和CH4气瓶(3)，通过控制计算机(26)设定电子压力控制器(7)出气端气压为P3MPa，待压力传感器Ⅰ(8)和压力传感器Ⅱ(9)的压力相等后，通过电子压力控制器(7)设定出气端气压保持为P3MPa+0.1MPa，实现前端的脉冲压力；待压力传感器Ⅱ(9)的测定压力数据上升到P3MPa+0.1MPa后，通过公式(1)对压力传感器Ⅰ(8)和压力传感器Ⅱ(9)的数据进行拟合得到压力差斜率v，对公式(2)进行变换得到公式(3)，再由公式(3)计算得到未进行循环脉冲疲劳损伤前的渗透率k的值；式中： pup(t)-pdn(t)为压力传感器Ⅰ和压力传感器Ⅱ实测压力差值； Δp为0.1MPa的初始压差； t为测试经过时间； v为压力传感器Ⅰ、压力传感器Ⅱ的压力差斜率； A为样品横截面积； μ为气体粘滞系数； β为气体压缩系数； L为样品长度； Vdn为标准容器体积，50mL； k为渗透率； ④将位移传感器(24)和应变采集仪(21)清零；然后对煤岩心进行加载应力或孔压的损伤破坏测试，同时监测记录测试过程中煤岩心的四组应变片(14)和位移传感器(24)的变化，得到损伤测试后的应变和位移量增量分别为：Δε1、Δε2、Δε3、Δε4和Δd； ⑤关闭阀门Ⅰ(5)，打开阀门Ⅱ(6)和阀门Ⅲ(10)，重复按照步骤③的脉冲衰减法，再次测试煤岩心的渗透率，对比两次的测量结果即可得到煤岩心损伤后的增透效果； ⑥由于应变片(14)的黏贴位置无裂隙，可以认为测得应变为基质产生的应变，得到基质轴向应变量Δεm为：由位移传感器(24)测得的变形量可得到样品整体轴向应变为Δεd：由于Δεd为样品整体变形，包括裂隙和基质的共同变形，故由公式(4)和公式(5)可得到裂隙产生的轴向应变Δεf为：由于煤岩心处于轴压和环压相同的静水压力环境下，所以煤岩心在三个方向上的变形应为均匀的，因此裂隙体积应变为3Δεf，煤体损伤过程中的变形特征是其内部微裂纹演化的宏观表现，计算出的裂隙体积应变即为煤体产生微裂纹和裂纹扩展的体积膨胀，由于微孔洞和微裂纹的形成和扩展使煤体产生大的塑性应变，因此损伤的宏观直接表现为不可恢复的塑性变形，即可认为在体积应变3Δεf在弹性极限对应的体积应变阀值内不存在损伤，根据连续介质损伤力学，岩石内部的损伤发展与不可逆的塑性体积应变密切相关，因此可定义损伤变量D为：式中：Δεv0为弹性极限对应的体积应变阀值； m为损伤演化系数；测试过程实时计算损伤变量，并连续测量渗透率，建立损伤变量与渗透率随测试过程的对应关系，通过函数拟合可得到渗透率随损伤程度的演化函数为k＝f(D)； ⑦保持数据；关闭气瓶(3)，通过电子压力控制器(7)将气压降为0，然后将轴压柱塞加载泵(1)和环压柱塞加载泵(2)降为0；拆卸电子压力控制器(7)、监测系统和围压加载系统，取出煤岩心。 2.根据权利要求1所述的一种煤岩心损伤的定量评价测试方法，其特征在于，加工煤岩心时分别沿着煤岩心的层理方向和垂直层理方向加工两个煤岩心，分别进行损伤定性测试，可以得到煤岩心不同方向的损伤程度，定量的描述层理结构的各向异性特征。 3.根据权利要求2所述的一种煤岩心损伤的定量评价测试方法，其特征在于，电子压力控制器(7)由电动气动控制器ER5000和调压阀26-2065V24A181组成，调压阀更新率25ms/s，1立方英尺体积由0.7bar到6.2bar的升压时间为350ms，压力范围0.07～10MPa，压力精度±0.05％FSO。 4.根据权利要求3所述的一种煤岩心损伤的定量评价测试方法，其特征在于，应变片引线(15)为扁片型。 5.根据权利要求3所述的一种煤岩心损伤的定量评价测试方法，其特征在于，应变采集仪(21)采用TST3820静态信号测试系统，共16个通道，最高采样频率为5Hz，分辨率1με，零漂小于等于3με/24h。 6.根据权利要求3所述的一种煤岩心损伤的定量评价测试方法，其特征在于，位移传感器(24)采用SPNL12A回弹式短小尺寸LVDT位移传感器，量程为0-10mm，精度为1μm，动态特性为10Hz。 7.根据权利要求3所述的一种煤岩心损伤的定量评价测试方法，其特征在于，应变片(14)的型号为BX120-0.5AA，基底尺寸3.63.6mm，丝栅尺寸0.50.5mm，灵敏系数2.0±1％。 8.根据权利要求3所述的一种煤岩心损伤的定量评价测试方法，其特征在于，压力传感器Ⅰ(8)、压力传感器Ⅱ(9)为UNIK5000系列通用型工业用压力传感器，型号为PTX5072，量程为0.1～10MPa，测量精度为0.1％FS。 9.根据权利要求3所述的一种循环吸附膨胀变形对煤体疲劳损伤增透的测试装置，其特征在于，轴压柱塞加载泵(1)和环压柱塞加载泵(2)采用的均是计量泵；气瓶(3)为试验用甲烷气体储存容器；真空泵(4)为普通活塞式气体真空泵；阀门Ⅰ(5)、阀门Ⅱ(6)和阀门Ⅲ(10)为高压气体针形阀。
所属类别：	发明专利