[发明专利]煤矿井下水力压裂实验实验室模拟系统及方法

摘要

本发明公开了一种煤矿井下水力压裂实验实验室模拟系统及方法，其系统包括电子万能试验机、水力压裂条件模拟装置、气体压力系统、围压液压系统、水力压裂系统和计算机，水力压裂条件模拟装置由巷帮模拟机构和巷帮周围环境模拟机构组成，巷帮模拟机构包括挡板、透气板、煤岩样和顶卡套管，巷帮周围环境模拟机构包括底座、缸筒、筒盖、下压头、上半凹面压头、上半凸面压头和活塞；其方法包括步骤：一、组装煤矿井下水力压裂实验实验室模拟系统，二、给煤岩样加载轴压，三、给煤岩样加载围压，四、给煤岩样加载气体压力，五、在顶卡套管内露出的煤岩样处进行水力压裂实验。本发明能够依据不同矿井地质情况，真实模拟井下水力压裂条件，性能稳定可靠。

主权项

一种煤矿井下水力压裂实验实验室模拟系统，其特征在于：包括电子万能试验机（40）、水力压裂条件模拟装置（41）、气体压力系统、围压液压系统、水力压裂系统和计算机（42），所述水力压裂条件模拟装置（41）对中放置在电子万能试验机（40）的底座上，所述电子万能试验机（40）与计算机（42）相接；所述水力压裂条件模拟装置（41）由巷帮模拟机构和巷帮周围环境模拟机构组成，所述巷帮模拟机构包括依次对接的挡板（1）、透气板（2）、煤岩样（3）和顶卡套管（4），所述顶卡套管（4）的外壁上设置有刻度，所述挡板（1）、透气板（2）、煤岩样（3）和顶卡套管（4）通过电工胶带缠绕固定为一整体，所述挡板（1）中部设置有第一进气通道（5），所述透气板（2）中部设置有与第一进气通道（5）相连通的第二进气通道（6），所述透气板（2）上位于第二进气通道（6）的四周设置有辐射状的透气孔道（7）；所述巷帮周围环境模拟机构包括底座（8）、固定连接在底座（8）顶部的缸筒（9）和固定连接在缸筒（9）顶部的筒盖（10），所述缸筒（9）中部侧壁上开有供巷帮模拟机构插入的巷帮模拟机构插入孔，所述底座（8）顶部中间位置处设置有凹槽，所述凹槽内放置有下压头（11），所述下压头（11）的正上方从下到上依次设置有上半凹面压头（39）、上半凸面压头（12）和活塞（13），所述活塞（13）向上穿出到筒盖（10）外部，且筒盖（10）的中间位置处设置有供活塞（13）穿过的通孔，所述活塞（13）的上端面位于所述电子万能试验机（40）的压头的正下方，所述巷帮模拟机构从所述巷帮模拟机构插入孔插入缸筒（9）内部，且煤岩样（3）对正位于下压头（11）的上端面与上半凹面压头（39）的下端面之间，顶卡套管（4）卡合连接在所述巷帮模拟机构插入孔内；所述底座（8）上设置有第三进气通道（14）和与第三进气通道（14）相连通的气体入口（15），所述下压头（11）上设置有与第三进气通道（14）相连通的第四进气通道（16），所述第四进气通道（16）通过第一气体传输管路（17）与第一进气通道（5）相连通；所述底座（8）上设置有与缸筒（9）内部空间相连通的围压液流入通道（18），所述底座（8）侧部设置有与围压液流入通道（18）相连通的围压液入口（19），所述缸筒（9）侧面设有排气口（20），所述排气口（20）上连接有排气口塞（21）；所述气体压力系统包括压缩气体罐（22），所述压缩气体罐（22）的出气口通过第二气体传输管路（23）与气体入口（15）连接，所述第二气体传输管路（23）上设置有减压阀（24）和气压表（25）；所述围压液压系统包括围压液箱（26）和一端与围压液箱（26）连接的围压液流入管（27），所述围压液流入管（27）的另一端与围压液入口（19）连接，所述围压液流入管（27）上连接有液压泵（28）和单向阀（43），位于液压泵（28）和单向阀（43）之间的一段围压液流入管（27）上连接有围压液溢流管（29），所述围压液溢流管（29）上连接有围压液压力表（30）和围压液溢流阀（31），位于单向阀（43）和围压液入口（19）之间的一段围压液流入管（27）上连接有围压液回流管（32），所述围压液回流管（32）上连接有围压液回流阀（33）；所述水力压裂系统包括水箱（34），所述水箱（34）通过输水管路（35）与对煤岩样（3）进行水力压裂实验时插入设置在煤岩样（3）上的钻孔中的钢管（47）连接，所述输水管路（35）上设置有水泵（36）、水阀（37）和水压表（38）。