[发明专利]一种裂隙试样渗流-传热过程中的数据测量装置与测量方法

说明书

本发明公开了一种裂隙试样渗流‑传热过程中的数据测量装置与测量方法，在进行单裂隙试件渗流‑传热试验过程中通过入口假岩芯的检测通道中的测温线可测得裂隙入口水温Tin2，出口假岩芯的检测通道中的测温线可实时测得裂隙出口水温Tout、通孔中的测温线可实测裂隙内沿程水温Tf、沉孔中的测温线可实测裂隙沿程内表面岩温Ti；通过设计的裂隙隙宽测量装置可以准确测量到裂隙隙宽b的变化量，垂直裂隙面的探头紧贴试样的外表面，消除了胶套变形产生的影响，大大消除了测量误差。本发明对夹持器入口端进行了特别设计，在入口端预先进行温度标定，先研究夹持器入口水温和裂隙入口水温在不同环境状态下的关系，从而可以准确控制裂隙入口水温达到标准设计值。

技术领域

本发明涉及一种测量装置，具体是一种裂隙试样渗流-传热过程中的数据测量装置与测量方法，属于矿山地热与热害防治领域。

背景技术

随着我国东部及部分中部地区进入深地开采，高地温矿井越来越普遍，针对深循环上升地下水引起的高热异常矿井，其地热资源进行主动利用或被动防治成为绿色矿山新方向。该课题需要解决的关键科学问题包括岩体裂隙网络中水-热迁移特性研究，其中进行单裂隙岩样渗流过程中的传热试验研究是基础工作。研究时可将岩样装入夹持部件中，对相关参数进行测量，继而通过计算和规律总结得到岩体裂隙网络中水-热迁移特性。

在实际工作中发现，水流进入夹持部件后会明显受到传热的影响，导致夹持部件入口水温与进入岩样的裂隙入口水温会有很大的不同，在这种情况下如果简单的以夹持部件入口水温来代表裂隙入口水温会有很大的误差。另外，在当前对于单裂隙岩石试样渗流过程中的传热问题的研究中，基本都视岩样内部温度为黑箱，即对裂隙沿程水温和裂隙沿程内表面岩温是不做研究的，且裂隙的隙宽b的测量也存在较大的误差。综上，由于试验变量的不统一、对岩石内部温度情况不了解等都将导致单裂隙渗流过程中的传热问题研究不充分，无法为生产实际提供足够的参考价值。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种能够准确测量裂隙入口水温，且能够对岩样内部温度和裂隙变化情况准确了解的裂隙试样渗流-传热过程中的数据测量装置与测量方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种裂隙试样渗流-传热过程中的数据测量装置，包括夹持器，所述夹持器包括套筒，所述套筒中与其同轴设有胶套，套筒内壁与胶套外壁之间设有围压腔，且套筒外设有围压加载装置；一入口假岩芯和一入口堵头依次从夹持器的入口侧塞入胶套中，且夹持器的入口侧设有入口端盖，一出口假岩芯和一出口堵头依次从夹持器的出口侧塞入胶套中，所述入口假岩芯和出口假岩芯沿各自中轴线分别设有水流通道，且入口假岩芯和出口假岩芯彼此相对的侧面上各自从中心沿径向发散设有多个渗流槽；

所述入口堵头中与其中轴线平行设有两条水流通孔，一条水流通孔通过管线Ⅰ连通至外部注水装置，管线Ⅰ上设有阀门Ⅰ和温度传感器，另一条水流通孔通过管线Ⅱ连通至外部，管线Ⅱ上设有阀门Ⅱ；

所述入口假岩芯、出口假岩芯、胶套围成的空腔中设有单裂隙试样，单裂隙试样中沿其长度方向间隔分布设有多个测试孔组，所述测试孔组包括一从单裂隙试样外壁沿其径向通至裂隙面的通孔和一从单裂隙试样外壁向内开设的沉孔，所述沉孔的底部靠近裂隙面；所述入口假岩芯和出口假岩芯中各自以水流通道为起点沿径向延伸设有检测通道，所述各检测通道、通孔和沉孔中皆设有测温线，所述测温线皆通过出口堵头中设置的布线槽共同引出夹持器，所述出口堵头中心沿其轴向设有水流引出孔，水流引出孔露出出口堵头的一端通过出水管连接至一出水流量计，所述出水管上设有三通阀和背压阀；所述套筒外部设有隙宽测量装置，所述隙宽测量装置的探头垂直于裂隙面穿过套筒和胶套并顶住单裂隙试样的外壁；

所述温度传感器、测温线引出夹持器的端部、隙宽测量装置、出水流量计共同连接至一数据采集器上。