申請(qǐng)?zhí)枺?01710056506.8
　　申請(qǐng)人：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）
　　發(fā)明人：王宏語(yǔ) 楊潤(rùn)澤 范雪松

　　摘要： 一種頁(yè)巖巖樣取芯模擬試驗(yàn)裝置，包括試驗(yàn)臺(tái)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和取芯電機(jī)，試驗(yàn)臺(tái)上設(shè)置有試驗(yàn)筒，試驗(yàn)筒內(nèi)壁上固定設(shè)有巖石柱定位結(jié)構(gòu)和位于巖石柱周向定位結(jié)構(gòu)上方的巖石柱軸向定位結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)筒上端外側(cè)邊沿設(shè)置有安裝盤(pán)，安裝盤(pán)上表面設(shè)置有密封蓋，密封蓋上連接有注水管、放空管和計(jì)量管，試驗(yàn)筒底部連接有排水管；驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)取芯電機(jī)，取芯電機(jī)的主軸同軸向傳動(dòng)連接有鉆筒。本發(fā)明還公開(kāi)了一種頁(yè)巖巖樣取芯模擬試驗(yàn)裝置的模擬試驗(yàn)方法，本發(fā)明通過(guò)模擬實(shí)現(xiàn)取芯過(guò)程，同時(shí)采集計(jì)量在取芯過(guò)程中破碎巖芯時(shí)巖芯所釋放的氣量，更加準(zhǔn)確的解決頁(yè)巖氣層含氣性的問(wèn)題，更加有利于頁(yè)巖氣層的評(píng)價(jià)。 　　主權(quán)利要求：1.一種頁(yè)巖巖樣取芯模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于：包括立柱，立柱上水平設(shè)置有試驗(yàn)臺(tái)，試驗(yàn)臺(tái)上固定設(shè)有呈圓筒形結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)筒，試驗(yàn)筒的中心線沿垂直方向設(shè)置，試驗(yàn)筒內(nèi)壁上固定設(shè)有巖石柱定位結(jié)構(gòu)和位于巖石柱周向定位結(jié)構(gòu)上方的巖石柱軸向定位結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)筒上端外側(cè)邊沿水平設(shè)置有安裝盤(pán)，安裝盤(pán)上表面通過(guò)緊固螺栓可拆卸連接有將試驗(yàn)筒密封的密封蓋，密封蓋下表面與安裝盤(pán)上表面之間第一密封圈，密封蓋上設(shè)有下端均與試驗(yàn)筒內(nèi)部連通的注水管、放空管和計(jì)量管；試驗(yàn)臺(tái)下表面連接有與試驗(yàn)筒內(nèi)部連通的排水管，排水管上設(shè)有排水閥；安裝盤(pán)下表面固定設(shè)有兩個(gè)關(guān)于試驗(yàn)筒中心線對(duì)稱的升降電機(jī)，每個(gè)升降電機(jī)的主軸均垂直向上穿過(guò)安裝盤(pán)并同軸向傳動(dòng)連接有一根絲杠，每根絲杠上均螺紋連接有一個(gè)套筒，兩個(gè)套筒之間通過(guò)一塊安裝板連接，安裝板的中部上表面固定設(shè)有一個(gè)取芯電機(jī)，取芯電機(jī)的主軸垂直向下穿過(guò)安裝板并同軸向傳動(dòng)連接有鉆筒，鉆筒下端圓周邊沿設(shè)置有齒狀的金剛石鉆削刃，鉆筒自上而下穿過(guò)密封蓋伸入到試驗(yàn)筒內(nèi)，密封蓋上設(shè)置有與鉆筒外壁密封配合的第二密封圈；安裝盤(pán)上表面沿垂直方向固定設(shè)有兩根關(guān)于試驗(yàn)筒中心線對(duì)稱的導(dǎo)桿，安裝板上連接有分別對(duì)應(yīng)滑動(dòng)套設(shè)在一根導(dǎo)桿上的導(dǎo)向板。
　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種頁(yè)巖巖樣取芯模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于：安裝盤(pán)上表面垂直設(shè)有沿試驗(yàn)筒中心線圓形陣列布置的至少四根支桿，所有支桿上端連接有一個(gè)整體呈圓環(huán)形的水箱，絲杠和導(dǎo)桿均位于水箱的內(nèi)側(cè)，注水管的進(jìn)水口連接在水箱的底部，注水管上設(shè)置有注水閥；水箱上設(shè)置有真空泵、安裝盤(pán)上設(shè)有儲(chǔ)氣箱，儲(chǔ)氣箱上連接有壓力表，計(jì)量管的上端與儲(chǔ)氣箱連接，計(jì)量管上設(shè)置有計(jì)量球閥，放空管上設(shè)置有放空球閥；試驗(yàn)臺(tái)上設(shè)置有用于控制升降電機(jī)、取芯電機(jī)以及真空泵啟閉及轉(zhuǎn)速的控制裝置。
　　3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種頁(yè)巖巖樣取芯模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于：巖石柱定位結(jié)構(gòu)設(shè)置有兩層，每層的巖石柱定位結(jié)構(gòu)均包括四根沿試驗(yàn)筒徑向設(shè)置的定位桿，四根定位桿沿試驗(yàn)筒的中心線方向圓周陣列布置，每根定位桿的外端均固定設(shè)在試驗(yàn)筒內(nèi)壁上，每根定位桿內(nèi)端均固定設(shè)有一塊弧形板，四塊弧形板的中心線與試驗(yàn)筒的中心線重合。
　　4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種頁(yè)巖巖樣取芯模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于：巖石柱軸向定位結(jié)構(gòu)包括定位環(huán)板和三塊固定板，定位環(huán)板的圓周外壁固定設(shè)有三塊連接板，三塊沿試驗(yàn)筒中心線圓形陣列布置的固定板，固定板固定設(shè)在試驗(yàn)筒內(nèi)壁上，三塊連接板上分別對(duì)應(yīng)與一塊固定板通過(guò)定位螺栓連接。
　　5.使用如權(quán)利要求4所述的頁(yè)巖巖樣取芯模擬試驗(yàn)裝置的模擬試驗(yàn)方法，其特征在于：包括以下步驟：（1）先在實(shí)際工程地點(diǎn)制備巖石柱，巖石柱采用致密頁(yè)巖氣層最中心的部位，在氣體沒(méi)有逸出的情況下，對(duì)巖石柱進(jìn)行密封處理，運(yùn)送到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)；（2）將制備好的巖石柱放入試驗(yàn)筒中，采集的巖石柱的外徑等于或稍小于弧形板的內(nèi)徑，上下兩層共8塊弧形板的內(nèi)弧面與巖石柱外弧面貼合對(duì)巖石柱進(jìn)行徑向限位，然后將定位環(huán)板放置到巖石柱上端，使用定位螺栓連接固定板和連接板，定位環(huán)板與巖石柱壓接配合，對(duì)巖石柱起軸向限位；（3）打開(kāi)放空球閥及注水閥，關(guān)閉排水閥和計(jì)量球閥，水箱中的水在高度差作用下經(jīng)注水管流入到試驗(yàn)筒體中，隨著試驗(yàn)筒內(nèi)水面的升高，空氣由放空管排出，第一密封圈和第二密封圈起到避免漏氣和漏水的作用，當(dāng)試驗(yàn)筒體中排完空氣充滿水后，關(guān)閉放空球閥和注水閥；（4）保持計(jì)量球閥為關(guān)閉狀態(tài)，開(kāi)啟真空泵，對(duì)儲(chǔ)氣箱進(jìn)行抽真空處理，通過(guò)儲(chǔ)氣箱頂部連接的壓力表進(jìn)行儲(chǔ)氣箱內(nèi)部壓力顯示，待儲(chǔ)氣箱抽真空完成后打開(kāi)計(jì)量球閥；（5）啟動(dòng)取芯電機(jī)及兩個(gè)升降電機(jī)，兩個(gè)升降電機(jī)的轉(zhuǎn)速相同，升降電機(jī)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，由于導(dǎo)向板套設(shè)在導(dǎo)桿上限定套筒隨絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)，套筒沿絲杠向下運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)套筒之間的安裝板帶動(dòng)取芯電機(jī)實(shí)現(xiàn)向下軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，取芯電機(jī)帶動(dòng)鉆筒旋轉(zhuǎn)，鉆筒下端的金剛石鉆削刃切割巖石柱進(jìn)行取芯；（6）鉆筒在旋轉(zhuǎn)切割巖石柱的過(guò)程中，試驗(yàn)筒內(nèi)的水對(duì)剛石鉆削刃起到潤(rùn)滑降溫作用，同時(shí)巖石柱內(nèi)部破碎巖石會(huì)釋放氣體，所釋放氣體由于壓差作用進(jìn)入儲(chǔ)氣箱內(nèi)并通過(guò)壓力表顯示儲(chǔ)氣箱內(nèi)氣體壓力變化，從而實(shí)現(xiàn)在取芯過(guò)程中對(duì)巖石柱所釋放的氣體進(jìn)行收集及顯示；（7）通過(guò)儲(chǔ)氣箱固有體積及壓力表顯示的壓力換算得到采集氣體的體積；（8）打開(kāi)排水閥，試驗(yàn)筒內(nèi)的水通過(guò)排水管排出，然后將切割分離的巖芯取出。