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原文传递一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统及方法

专利名称：	一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统及方法
摘要：	一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统及方法，系统：顶板和底座上下相对地设置，并通过多根连接杆固定连接，在顶板、底座和多根连接杆之间形成圆柱形的夹持空间；所述岩心束缚套、液压缸同轴心地设置在夹持空间的上部、下部，且液压缸的缸筒座支设在底座的上部，岩心束缚套的上下两端分别与顶板的下端面、液压缸的活塞杆的端部抵接配合；顶板在对应夹持空间的轴心处开设有贯穿厚度方向的轴向中心孔，并在径向上开设有与轴向中心孔相连通的径向孔道A和B；方法：制造岩样；加载岩样；注入液氮，并记录实验数据；结束。该系统能得到岩性、液氮流量、液氮注入时间等因素对岩石损伤特性的影响，能获取岩石在液氮气化膨胀作用下的宏观破坏特征。
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：	蔡承政;任科达;杨玉贵;高峰;王建国;陈培见;张志镇;李庆华
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-22T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-21T00:00:00+0800
申请号：	CN201910058287.6
公开号：	CN109916725A
代理机构：	徐州市淮海专利事务所
代理人：	刘振祥
分类号：	G01N3/12(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	221000 江苏省徐州市泉山区南三环路18号徐州工程学院大学科技园(徐州市2·5产业园)
主权项：	1.一种液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统，包括岩样夹持单元、数据采集单元和液氮加载单元，所述液氮加载单元包括自增压式液氮罐(1)、液氮注入管路(12)和导管(13)，所述自增压式液氮罐(1)上连接有出液阀(29)，出液阀(29)通过液氮注入管路(12)与导管(13)的进液端连接，其特征在于，所述液氮加载单元还包括液氮排出管路(14)；所述岩样夹持单元包括顶板(5)、底座(8)、岩心束缚套(6)和液压缸(7)；所述顶板(5)和底座(8)上下相对地设置，并通过周向均匀分布的多根连接杆(15)固定连接，在顶板(5)、底座(8)和多根连接杆(15)之间形成圆柱形的夹持空间；所述岩心束缚套(6)、液压缸(7)同轴心地设置在夹持空间的上部、下部，且液压缸(7)的缸筒座支设在底座(8)的上部，岩心束缚套(6)的上下两端分别与顶板(5)的下端面、液压缸(7)的活塞杆(17)的端部抵接配合；顶板(5)在对应夹持空间的轴心处开设有贯穿厚度方向的轴向中心孔(20)，并在径向上开设有与轴向中心孔(20)相连通的径向孔道A(22)和径向孔道B(30)；液压缸(7)的无杆腔连接有动力源；所述数据采集单元包括压力传感器(9)、温度传感器(10)和智能终端(11)；压力传感器(9)连接在液氮排出管路(14)上，温度传感器(10)连接在径向孔道B(30)中，智能终端(11)分别与压力传感器(9)和温度传感器(10)连接；所述导管(13)的出液端穿过轴向中心孔(20)伸入到夹持空间中，导管(13)与轴向中心孔(20)上端之间的间隙通过密封件A(21)密封；液氮排出管路(14)的进液端与径向孔道A(22)的端部连接。 2.根据权利要求1所述的一种道液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统，其特征在于，所述动力源为手压泵(16)，所述手压泵(16)的出液端通过液压油液供应管路与液压缸(7)的无杆腔连通，所述液压油液供应管路上连接有压力表A(18)。 3.根据权利要求1或2所述的一种道液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统，其特征在于，所述自增压式液氮罐(1)上连接有压力表B(2)和安全阀(3)。 4.根据权利要求3所述的一种道液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统，其特征在于，所述液氮加载单元还包括耐低温球阀A(25)和耐低温球阀B(27)，耐低温球阀A(25)和耐低温球阀B(27)分别设置在液氮排出管路(14)和液氮注入管路(12)上。 5.根据权利要求4所述的一种道液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统，其特征在于，所述岩心束缚套(6)由两个半圆形套筒围合而成，两个半圆形套筒之间通过螺栓(24)固定连接。 6.根据权利要求5所述的一种道液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统，其特征在于，所述密封件A(21)为内卡套接头。 7.根据权利要求6所述的一种道液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统，其特征在于，所述压力表A(18)和压力表B(2)均与智能终端(11)连接。 8.根据权利要求7所述的一种道液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统，其特征在于，所述岩心束缚套(6)的内径为100mm，其高度为200mm。 9.根据权利要求8所述的一种道液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试系统，其特征在于，所述径向孔道A(22)和径向孔道B(30)均位于顶板(5)厚度方向的中心。 10.一种道液氮冷冻及气化膨胀致裂实验测试方法，其特征在于，包括收下步骤： S1:制作圆柱形的岩样(4)，并在岩样(4)一端的轴心处钻出岩样中心孔(19)； S2:在顶板(5)的中心开设轴向中心孔(20)、径向通道A(22)和径向通道B(30)；顶板(5)和底座(8)以上下相对的方式布置，并通过周向均匀分布的多根连接杆(15)固定连接形成夹持空间； S3：将液压缸(7)设置在底座(8)上，再将岩样(4)以岩样中心孔(19)朝上的方式放置在活塞杆(17)的上端，并保证岩样中心孔(19)对准轴向中心孔(20)； S4：将导管(13)通过轴向中心孔(20)插入岩样中心孔(19)的内部，并使导管(13)的出液端靠近岩样中心孔(19)底部，通过密封件A(21)将导管(13)与轴向中心孔(20)上端之间的间隙密封； S5:将两个半圆形套筒围合并包裹在岩样(4)的外侧，并通过螺栓(24)固定连接形成岩心束缚套(6)； S6:利用手压泵(16)向液压缸(7)的无杆腔中压入乳化液，推动活塞杆(17)向上移动，直至岩样(4)的上端与顶板(5)的下端面紧密接触； S7:关闭自增压式液氮罐(1)上的排空阀(28)，打开出液阀(29)，并打开液氮排出管路(14)上的耐低温球阀A(25)和液氮注入管路(12)上的耐低温球阀B(27)；液氮在自增压式液氮罐(1)内压力的作用下依次通过液氮注入管路(12)和导管(13)的通路进入岩样中心孔(19)内，然后再经导管(13)与岩样中心孔(19)壁面之间的环形间隙、径向孔道A(22)和液氮排出管路(14)的通路排出；智能终端(11)分别通过压力传感器(9)、温度传感器(10)实时采集并记录实验过程中排出液的压力、温度； S8:实验结束后，关闭自增压式液氮罐(1)上的出液阀(29)，并打开排空阀(28)，同时，关闭液氮排出管路(14)和液氮注入管路(12)上的耐低温球阀A(25)和耐低温球阀B(27)。
所属类别：	发明专利