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原文传递一种破碎岩体多场耦合试验及监测系统

专利名称：	一种破碎岩体多场耦合试验及监测系统
摘要：	本发明公开了一种破碎岩体多场耦合试验及监测系统，可以精确地获得静载荷、冲击载荷、长时稳定载荷、周期性脉冲及振动载荷、实测扰动载荷等复杂扰动条件下崩落破碎岩体的渗流场、温度场、应力场、应变场等多场耦合试验数据，便于研究不同岩样的完整岩体岩性、完整岩体热源温度、破碎岩体岩性、粒径、级配、组合分布形式等在不同的施加载荷、扰动条件、渗流液初始温度、渗流液初始压力等条件下岩‑岩、水‑岩的热交换规律、破碎岩体渗流场分布规律、破碎岩体内部应力场演化规律，以及应力场、变形场、渗流场、温度场等多场耦合作用机理，为复杂载荷条件下的深部地热开采技术的研究提供更准确的试验数据。
专利类型：	发明专利
申请人：	中国矿业大学
发明人：	龚鹏;马占国;鞠杨;周跃进;陈登红;倪晓燕;陈永珩;刘飞;戚福周
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T10:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T08:00:00+0805
申请号：	CN202010026126.1
公开号：	CN111122340A
代理机构：	北京淮海知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	杨晓亭
分类号：	G01N3/12;G01N3/30;G01N3/32;G01N15/08;G01N33/24;G;G01;G01N;G01N3;G01N15;G01N33;G01N3/12;G01N3/30;G01N3/32;G01N15/08;G01N33/24
申请人地址：	221000 江苏省徐州市大学路1号
主权项：	1.一种破碎岩体多场耦合试验及监测系统，包括整体式框架(1)、压力室部分、压力加载控制部分、渗透液体供给控制部分和集中电控部分；其特征在于，还包括原位扰动激励控制部分和试样内部检测部分；所述的压力加载控制部分固定设置在整体式框架(1)的内底部，包括液压泵站(2)和加载液压缸(3)，加载液压缸(3)竖直固定设置在整体式框架(1)上、且加载液压缸(3)的伸缩端竖直向上顶出设置，加载液压缸(3)通过液压管路和控制阀组与液压泵站(2)连接；所述的压力室部分包括设置在整体式框架(1)内部的压力室(38)，压力室(38)包括压力室底座(4)、夹层筒壁(9)和压力室顶压头(14)；压力室底座(4)通过压力室底座定位安装部件同轴可拆卸定位安装在加载液压缸(3)的伸缩端顶端，压力室底座(4)内部设有贯穿压力室底座(4)设置的渗液出口通道(5)，渗液出口通道(5)的入口端与压力室底座(4)的顶平面贯通，渗液出口通道(5)的出口端通过出口渗液流量传感器连接渗液处理装置(6)，夹层筒壁(9)的底部同轴密闭固定设置在压力室底座(4)上，夹层筒壁(9)与压力室底座(4)共同围成桶型结构，夹层筒壁(9)内部沿其径向方向自内向外依次设有刚性导热内筒壁(9-1)、环形岩筒夹层(9-2)、环形供热夹层(9-4)和刚性绝热外筒壁，刚性导热内筒壁(9-1)上设有筒壁侧压力动态传感器，环形岩筒试样(9-5)通过环形岩筒夹层盖(9-6)配合安装在环形岩筒夹层(9-2)内、且环形岩筒试样(9-5)的上下两端均设有隔热垫圈(9-7)，环形供热夹层(9-4)内部设有供热夹层温度传感器(12)和自下而上均布设置的电加热丝；刚性导热内筒壁(9-1)的内腔底部设有外径尺寸与刚性导热内筒壁(9-1)的内径尺寸配合的下透水板(11)，且下透水板(11)上均布设有多个与渗液出口通道(5)连通设置的透水通孔；压力室顶压头(14)同轴设置在夹层筒壁(9)的顶部、且压力室顶压头(14)底部的外径尺寸与刚性导热内筒壁(9-1)的内径尺寸配合，压力室顶压头(14)上设有贯穿压力室顶压头(14)的液体入孔(15)、且液体入孔(15)的孔口位置设有孔口注液温度压力流量传感器(25)，压力室顶压头(14)的底端设有外径尺寸与刚性导热内筒壁(9-1)的内径尺寸配合的上透水板(10)、且上透水板(10)上均布设有多个与液体入孔(15)连通设置的透水通孔，压力室顶压头(14)的顶端的对称中心位置设有凹形球面结构、且压力室顶压头(14)的顶部设有直流励磁线圈(17)；渗液处理装置(6)包括固液分离机构，固液分离机构上设有用于称量排出的试样岩粒的电子称；所述的渗透液体供给控制部分包括渗流液泵送装置(30)和与渗流液泵送装置(30)电连接的渗流泵送电控装置(32)，渗流液泵送装置(30)的输入端通过管路与渗流液供给箱(29)连接，渗流液泵送装置(30)的输出端通过管路与入口液体加热装置(40)的输入端连接，入口液体加热装置(40)的输出端通过入口液体温度调控装置(41)和管路与液体入孔(15)连通连接；所述的原位扰动激励控制部分包括扰动信号执行装置和扰动信号激励电控装置(35)；扰动信号执行装置包括定位压头(21)，定位压头(21)对应压力室顶压头(14)的位置竖直安装在整体式框架(1)上、且定位压头(21)上设有定位压头升降结构，定位压头(21)的底端是配合压力室顶压头(14)顶端的凹形球面结构设置的凸形球面结构，定位压头(21)上设有交流励磁线圈(20)，定位压头(21)或压力室顶压头(14)上还设有原位扰动动态压力传感器(19)；扰动信号激励电控装置(35)包括可控交流激励模块(34)和直流供电模块(33)，可控交流激励模块(34)与交流励磁线圈(20)电连接，直流供电模块(33)与直流励磁线圈(17)电连接；所述的试样内部检测部分包括设置在压力室部分桶型结构内的多个非接触式动态固液分离传感装置(27)和设置在刚性导热内筒壁(9-1)上的磁场定位部件(42)；非接触式动态固液分离传感装置(27)包括围成方形立体框架结构的支撑固定骨架(27-1)和包裹设置于支撑固定骨架(27-1)上的固液分离刚性隔离网(27-2)，以方形立体框架结构空间对置的两个顶点为基准点，方形立体框架结构被划分为分别以顶点为中心、具有空间相邻三个面的第一部分和第二部分两个部分，第一部分的支撑固定骨架(27-1)是刚性支撑固定骨架，刚性支撑固定骨架的内表面上固定设有电子陀螺仪(27-3)、试样水压传感器(27-4)、试样温度传感器(27-5)、空间电磁定位传感器(27-6)、数据同步集成处理电控机构(27-7)，且空间电磁定位传感器(27-6)定位设置在方形立体框架结构的空间几何中心位置，数据同步集成处理电控机构(27-7)包括传感控制器、电源回路，传感控制器分别与电子陀螺仪(27-3)、试样水压传感器(27-4)、试样温度传感器(27-5)、空间电磁定位传感器(27-6)电连接，第二部分的支撑固定骨架(27-1)是弹性支撑固定骨架，弹性支撑固定骨架位于空间相邻三个面的外表面上分别设有空间三向应力传感器(27-8)、且弹性支撑固定骨架的内表面上固定设有分别与三向应力传感器(27-8)电连接的应力测试解调器(27-9)，应力测试解调器(27-9)与数据同步集成处理电控机构(27-7)的传感控制器电连接，相邻的刚性支撑固定骨架与弹性支撑固定骨架固定安装连接形成整体方形立体框架结构；磁场定位部件(42)包括固定设置于刚性导热内筒壁(9-1)顶端平面内的上磁场定位部件和固定设置于刚性导热内筒壁(9-1)底端平面内的下磁场定位部件，上磁场定位部件和下磁场定位部件分别设置为沿刚性导热内筒壁(9-1)径向方向布置的两件，两件上磁场定位部件的连线与两件下磁场定位部件的连线空间垂直设置；所述的集中电控部分包括计算机(36)、数据采集模块(28)、压力加载控制回路、温度控制回路、注液控制回路、原位扰动激励控制回路、试样内部检测控制回路、数据分析计算回路，计算机(36)分别与液压泵站(2)、渗流泵送电控装置(32)、入口液体温度调控装置(41)、扰动信号激励电控装置(35)、数据采集模块(28)、磁场定位部件(42)和环形供热夹层(9-4)的电加热丝电连接，数据采集模块(28)分别与孔口注液温度压力流量传感器(25)、出口渗液流量传感器、筒壁侧压力动态传感器、供热夹层温度传感器(12)、原位扰动动态压力传感器(19)、数据同步集成处理电控机构(27-7)、渗液处理装置(6)的电子称电连接。 2.根据权利要求1所述的破碎岩体多场耦合试验及监测系统，其特征在于，夹层筒壁(9)的底部可拆卸固定安装在压力室底座(4)上；破碎岩体多场耦合试验及监测系统还包括压力室顶压头拆卸部分，压力室顶压头拆卸部分包括设置在整体式框架(1)上的压力室顶压头升降控制机构和安装在压力室顶压头升降控制机构上的定位压座夹持机构，定位压座夹持机构用于在试验完成后拆卸压力室顶压头(14)时对压力室顶压头(14)进行夹持定位，压力室顶压头升降控制机构用于在试验完成后拆卸压力室顶压头(14)时对压力室顶压头(14)进行升降动作，压力室顶压头升降控制机构和定位压座夹持机构分别与计算机(36)电连接。 3.根据权利要求2所述的破碎岩体多场耦合试验及监测系统，其特征在于，压力室顶压头升降控制机构是相对于压力室顶压头(14)中心对称设置的齿轮齿条结构，包括齿条导轨(24)和驱动齿轮(22)，齿条导轨(24)竖直固定安装在整体式框架(1)上，具有驱动电机的驱动齿轮(22)啮合配合设置在齿条导轨(24)上、且驱动齿轮(22)通过驱动齿轮支撑架竖直方向滑移配合安装在整体式框架(1)上，驱动齿轮支撑架与整体式框架(1)之间设有可以限制驱动齿轮支撑架脱离整体式框架(1)的水平限位结构；定位压座夹持机构是水平伸缩夹持结构，包括水平安装在驱动齿轮支撑架上的伸缩式装卸臂(23)，压力室顶压头(14)上对应伸缩式装卸臂(23)的位置上还设有顶盖装卸孔(16)。 4.根据权利要求2所述的破碎岩体多场耦合试验及监测系统，其特征在于，压力室顶压头升降控制机构是相对于压力室顶压头(14)中心对称设置的液压缸结构，包括定位压座升降液压缸，定位压座升降液压缸是缸底端低、伸缩端高倾斜设置，定位压座升降液压缸的缸底端铰接安装在整体式框架(1)上，定位压座升降液压缸通过液压管路和控制阀组与液压泵站(2)连接；定位压座夹持机构是卡口夹持结构，包括铰接安装在定位压座升降液压缸的伸缩端端部的夹持卡块，压力室顶压头(14)上对应夹持卡块的位置上还设有限位卡环结构。 5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的破碎岩体多场耦合试验及监测系统，其特征在于，整体式框架(1)表面设有磁屏蔽包裹层。 6.根据权利要求1至4任一权利要求所述的破碎岩体多场耦合试验及监测系统，其特征在于，渗液处理装置(6)的固液分离机构上还设有烘干机构。 7.根据权利要求1至4任一权利要求所述的破碎岩体多场耦合试验及监测系统，其特征在于，下透水板(11)上方还设有可更换的流失颗粒粒径控制网(39)，且流失颗粒粒径控制网(39)的孔径小于下透水板(11)的透水通孔的孔径。 8.根据权利要求1至4任一权利要求所述的破碎岩体多场耦合试验及监测系统，其特征在于，环形岩筒夹层(9-2)与环形供热夹层(9-4)之间还设有中部隔离层(9-3)。 9.根据权利要求1至4任一权利要求所述的破碎岩体多场耦合试验及监测系统，其特征在于，数据同步集成处理电控机构(27-7)还包括与传感控制器电连接的传感数据存储器。 10.根据权利要求1至4任一权利要求所述的破碎岩体多场耦合试验及监测系统，其特征在于，数据同步集成处理电控机构(27-7)和数据采集模块(28)均设有无线收发模块，数据同步集成处理电控机构(27-7)和数据采集模块(28)无线电连接。
所属类别：	发明专利