一种水平切缝二氧化碳爆破相似煤体致裂评价装置及方法与流程

1.本发明涉及煤体致裂检测领域，特别是涉及一种水平切缝二氧化碳爆破相似煤体致裂效果评价方法。


背景技术：

2.我国煤炭资源赋存条件复杂多变，深部矿井普遍存在高瓦斯低渗透性而导致瓦斯抽采效果不佳的问题。目前，国内外煤层泄压增透方法主要有爆破致裂、水力致裂(水力压裂、水力割缝、水力冲孔)、保护层卸压开采等，其中水力致裂与co2爆破致裂协同致裂是一种既环保又安全的致裂方法，两者协同致裂形成更大范围的移动补偿空间，能有效促进煤体层裂，从而加大裂纹扩展、提高煤层增透率。
3.为了检测该方法的致裂效果，现有的方法是直接通过测定致裂后的煤岩体裂缝半长、形态和方位进行评价，其评价方法有大地微地震法、电位法、井温法、放射性示踪法等。再有将人工智能的思想和技术应用到致裂工程中，如使用神经网络技术与遗传算法结合、模拟退火和遗传算法结合或模糊综合评价方法完成对致裂施工参数预测、优化以及致裂效果分析。但以上致裂效果的评价方法大部分针对标准煤样，对于实验室中的稍大尺寸的相似模拟是不适用的。
4.有鉴于此，如何提供一种能够对实验室中相似模拟的煤层致裂效果进行检测的装置是本领域人员亟需解决的一个技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种水平切缝二氧化碳爆破相似煤体致裂效果评价方法，以解决现有技术存在的问题，可实现对实验室中相似模拟的煤层致裂效果进行检测。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种水平切缝二氧化碳爆破相似煤体致裂评价装置，包括：
7.透明试验箱，所述透明试验箱包括外框架和多个透明加载板，多个所述透明加载板分别位于所述透明试验箱的上侧面、前侧面和左侧面，所述透明加载板与所述外框架滑动连接且所述透明加载板相对于所述外框架滑动过程中始终与所述外框架之间密封；所述透明加载板与驱动机构连接，多个所述透明加载板的滑动路径不相交；
8.背板，所述背板设置于所述透明试验箱的后侧面，当所述透明试验箱内填充煤样后，在所述煤样内设置应力传感器和声发射传感器，所述应力传感器和声发射传感器的接电线贯穿所述背板并延伸至所述透明试验箱以外，所述接电线与计算机电连接；
9.水力致裂机构，水力致裂机构能够贯穿所述背板并伸入所述透明试验箱中；
10.超声ct，所述超声ct与所述透明试验箱相邻设置，所述超声ct能够对所述透明试验箱顶部进行扫描；
11.高速摄像机，所述高速摄像机与所述透明试验箱相邻设置，所述高速摄像机能够对所述透明试验箱内部的煤样进行拍摄。
12.进一步的，所述驱动机构包括：加载活塞和加压油缸，所述加载活塞固定安装在所述透明加载板的外侧面，所述加压油缸的输出端与所述加载活塞固定连接。
13.进一步的，还包括：
14.移动板，所述移动板设置于所述透明试验箱的右侧面，所述移动板在第一位置与第二位置之间与所述透明试验箱滑动连接，当所述移动板位于第一位置时，所述移动板将所述透明试验箱密封，当所述移动板位于第二位置时，所述移动板将所述透明试验箱打开；
15.送料机构，所述送料机构靠近所述移动板设置并能够在所述移动板位于第二位置时向所述透明试验箱内送料。
16.进一步的，所述送料机构包括：
17.第一滑轨，所述第一滑轨一端靠近所述移动板设置，另一端沿所述透明试验箱的左右方向向外延伸；
18.放置板，所述放置板与所述第一滑轨滑动连接，所述放置板能够将煤样放置在上表面并输送至所述透明试验箱内。
19.进一步的，所述水力致裂机构包括：
20.第二滑轨，所述第二滑轨一端靠近所述背板，另一端沿所述透明试验箱的前后方向向外延伸；
21.钻机，所述钻机与所述第二滑轨滑动连接，所述钻机的输出端连接有钻杆，所述钻杆能够贯穿所述背板以及所述透明试验箱内的煤样，所述钻杆在所述煤样内钻出水平切缝钻孔；
22.水力水平切缝管道，所述水力水平切缝管道固定安装于所述水平切缝钻孔内并与所述背板密封连接，所述水力水平切缝管道与压裂泵连通。
23.进一步的，所述水力水平切缝管道包括：
24.压裂段，所述压裂段位于所述透明试验箱内并靠近所述水平切缝钻孔深处；
25.封孔段，所述封孔段与所述压裂段衔接，所述封孔段贯穿所述背板并延伸至外，所述封孔段通过第一密封垫与所述背板内侧壁密封连接，通过第二密封垫与所述背板外侧壁密封连接；
26.外接接头，所述外接接头与所述封孔段衔接，所述外接接头与压裂泵连通。
27.进一步的，还包括液态二氧化碳相变爆破机构，所述液态二氧化碳相变爆破机构与液态二氧化碳相变爆破管连通，所述钻杆贯穿所述背板以及所述透明试验箱内的煤样在所述煤样内钻出二氧化碳爆破钻孔，所述液态二氧化碳相变爆破管安装于所述二氧化碳爆破钻孔内。
28.本发明还公开了一种水平切缝二氧化碳爆破相似煤体致裂评价方法，包括以下步骤：
29.s1：根据待测矿区的参数配比相似煤体，通过放置板将配比好的相似煤体送入透明试验箱，关闭并密封移动板，在透明试验箱底部埋设应力传感器，应力传感器的接电线从背板上的传感器孔伸出，并与第一计算机电连接；
30.s2：加压油缸从x轴、y轴和z轴方向通过加载活塞向内推动各个透明加载板，使相似煤体在固定加载压力下定型，定型后解除各个透明加载板对相似煤体的加压，得到相似模拟煤样；
31.s3：解除透明加载板的加载压力，将s2中的相似模拟煤样全部取出；
32.s4：在透明试验箱中自下而上铺设相似模拟煤样，铺设结束后在透明试验箱底部靠前的位置以及相似模拟煤样上方靠后的位置埋设声发射传感器，所述声发射传感器的接电线从背板上的传感器孔伸出，并与第二计算机电连接；
33.s5：将超声ct及高速摄像机安装固定，启动高速摄像机对透明试验箱进行拍摄；
34.s6：通过加压油缸对透明试验箱内的相似模拟煤样进行三轴应力加载，加载后通过超声ct对透明试验箱的顶部进行扫描，获得初始裂缝分布；
35.s7：通过钻机在相似模拟煤样内钻设水平切缝钻孔和二氧化碳爆破钻孔，并安装水力水平切缝管道和液态二氧化碳相变爆破管；通过压裂泵将水从水力水平切缝管道的外接接头输送至压裂段，并对相似模拟煤样进行注水；
36.s8：步骤s7注水过程中，应力传感器和声发射传感器将采集到的信号实时发送至第一计算机和第二计算机，注水结束后通过超声ct对透明试验箱的顶部进行扫描，获得二次裂隙分布；
37.s9：解除s6中对相似模拟煤样的三轴应力，通过液态二氧化碳相变爆破机构和液态二氧化碳相变爆破管对透明试验箱内的相似模拟煤进行co2爆破，爆破结束后关闭高速摄像机，通过超声ct对透明试验箱的顶部进行扫描，获得三次裂隙分布；
38.s10：将高速摄像机拍摄到的相似模拟煤样照片上传第三计算机，利用ps对照片中的煤样裂缝进行素描处理；第二计算机将声发射传感器传输的信号进行信息处理并形成图像。
39.本发明公开了以下技术效果：
40.1.可以通过透明试验箱上侧面、前侧面和左侧面的透明加载板模拟出三轴采动应力场条件下的大尺寸煤层压力情况，更加接近现场真实复杂的地质条件，适用于较大尺寸的相似模拟煤体模型。
41.2.使用声发射传感器对煤体致裂过程进行实时监测，使用高速摄像机可对透明试验箱中煤体表面的裂纹扩展进行实时监测，使用超声层析成像技术(超声ct)扫描的三次裂纹分布结果，结合应力传感器检测到的实时应力以及其他实验参数可对煤样裂纹扩展进行分析，最终得到一个整体的致裂效果评价结果。
附图说明
42.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
43.图1为本发明整体结构示意图；
44.图2为本发明背板结构示意图；
45.图3为传感器分布图；
46.图4为水力水平切缝管道安装示意图；
47.图5为应力传感器安装示意图(声发射传感器的安装方式与应力传感器的安装方式相同)；
48.其中，1、透明试验箱；101、透明加载板；102、外框架；2、背板；201、传感器孔；202、水平切缝钻孔；203、二氧化碳爆破钻孔；3、应力传感器；4、声发射传感器；5、加载活塞；6、移动板；7、第一滑轨；8、放置板；9、第二滑轨；10、钻机；11、水力水平切缝管道；1101、压裂段；1102、封孔段；1103、外接接头；12、第一密封垫；13、第二密封垫；14、第一计算机；15、第二计算机；16、滑架；17、转换接头；18、压裂泵；19、液态二氧化碳相变爆破机构；20、高速摄像机。
具体实施方式
49.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
50.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
51.参照图1-图5，本发明提供一种水平切缝二氧化碳爆破相似煤体致裂评价装置，包括：透明试验箱1，所述透明试验箱1包括外框架102和多个透明加载板101，多个所述透明加载板101分别位于所述透明试验箱1的上侧面、前侧面和左侧面，在透明试验箱1的上侧面和前侧面各有六个透明加载板101(上侧面为x轴加载力的施力位置，前侧面为y轴加载力的施力位置)，在左侧面设置一个透明加载板101(左侧面为z轴加载力的施力位置)，所述透明加载板101与所述外框架102滑动连接且所述透明加载板101相对于所述外框架102滑动过程中始终与所述外框架102之间密封，为实现上述效果，各个透明加载板101的移动距离均不超过外框架102的外边缘，透明加载板101移动过程中，透明加载板101的外边缘始终与外框架102保持密封；所述透明加载板101与驱动机构连接，多个所述透明加载板101的滑动路径不相交；背板2，所述背板2设置于所述透明试验箱1的后侧面，当所述透明试验箱1内填充煤样后，在所述煤样内设置应力传感器3和声发射传感器4，所述应力传感器3和声发射传感器4的接电线贯穿所述背板2并延伸至所述透明试验箱1以外，所述接电线与计算机电连接，其中应力传感器3的接电线从传感器孔201引至透明试验箱1外部，并依次连接转换接头17、数据采集箱和第一计算机14，声发射传感器4的接电线从传感器孔201引至透明试验箱1外部，并依次连接转换接头17、放大器、信号采集处理装置和第二计算机15；水力致裂机构，水力致裂机构能够贯穿所述背板2并伸入所述透明试验箱1中；超声ct，所述超声ct与所述透明试验箱1相邻设置，所述超声ct能够对所述透明试验箱1顶部进行扫描；高速摄像机20，所述高速摄像机20与所述透明试验箱1相邻设置，所述高速摄像机20能够对所述透明试验箱1内部的煤样进行拍摄。
52.在本实施例中，所述驱动机构包括：加载活塞5和加压油缸，所述加载活塞5固定安装在所述透明加载板101的外侧面，所述加压油缸的输出端与所述加载活塞5固定连接。
53.如图1所示，在本实施例中，还包括：移动板6，所述移动板6设置于所述透明试验箱1的右侧面，所述移动板6在第一位置与第二位置之间与所述透明试验箱1滑动连接，当所述移动板6位于第一位置时，所述移动板6将所述透明试验箱1密封，当所述移动板6位于第二位置时，所述移动板6将所述透明试验箱1打开；送料机构，所述送料机构靠近所述移动板6设置并能够在所述移动板6位于第二位置时向所述透明试验箱1内送料。在本实施例中，透
明试验箱1的前侧面与右侧面处设置有滑架16，滑架16内具有滑槽，移动板6向滑架16方向延伸形成滑轨，滑轨与滑槽滑动连接。
54.如图1所示，在本实施例中，所述送料机构包括：第一滑轨7，所述第一滑轨7一端靠近所述移动板6设置，另一端沿所述透明试验箱1的左右方向向外延伸；放置板8，所述放置板8与所述第一滑轨7滑动连接，所述放置板8能够将煤样放置在上表面并输送至所述透明试验箱1内。
55.如图1和图4所示，所述水力致裂机构包括：第二滑轨9，所述第二滑轨9一端靠近所述背板2，另一端沿所述透明试验箱1的前后方向向外延伸；钻机10，所述钻机10与所述第二滑轨9滑动连接，所述钻机10的输出端连接有钻杆，所述钻杆能够贯穿所述背板2以及所述透明试验箱1内的煤样，所述钻杆在所述煤样内钻出水平切缝钻孔202；水力水平切缝管道11，所述水力水平切缝管道11固定安装于所述水平切缝钻孔202内并与所述背板2密封连接，所述水力水平切缝管道11与压裂泵18连通。所述水力水平切缝管道11包括：压裂段1101，所述压裂段1101位于所述透明试验箱1内并靠近所述水平切缝钻孔202深处；封孔段1102，所述封孔段1102与所述压裂段1101衔接，所述封孔段1102贯穿所述背板2并延伸至外，所述封孔段1102通过第一密封垫12与所述背板2内侧壁密封连接，通过第二密封垫13与所述背板2外侧壁密封连接；外接接头1103，所述外接接头1103与所述封孔段1102衔接，所述外接接头1103与压裂泵18连通。水力水平切缝管道11全长0.5m，压裂段1101为0.36m，封孔段1102位0.14m。
56.在本实施例中，还包括液态二氧化碳相变爆破机构19，所述液态二氧化碳相变爆破机构19与液态二氧化碳相变爆破管连通，所述钻杆贯穿所述背板2以及所述透明试验箱1内的煤样在所述煤样内钻出二氧化碳爆破钻孔203，所述液态二氧化碳相变爆破管安装于所述二氧化碳爆破钻孔203内。
57.下面结合具体实施例对一种水平切缝二氧化碳爆破相似煤体致裂评价方法进行说明，包括以下步骤：
58.s1：根据待测矿区的参数配比相似煤体，通过放置板8将配比好的相似煤体送入透明试验箱1，关闭并密封移动板6，在透明试验箱1底部埋设应力传感器3，应力传感器3的接电线从背板2上的传感器孔201伸出，并与第一计算机14电连接；
59.s2：加压油缸从x轴、y轴和z轴方向通过加载活塞5向内推动各个透明加载板101，使相似煤体在固定加载压力下定型，其中固定气压为18mpa,定型时间为1h，定型后解除各个透明加载板101对相似煤体的加压，得到相似模拟煤样；
60.s3：解除透明加载板101的加载压力，将s2中的相似模拟煤样全部取出；
61.s4：在透明试验箱1中自下而上铺设相似模拟煤样，铺设结束后在透明试验箱1底部靠前的位置以及相似模拟煤样上方靠后的位置埋设声发射传感器4，所述声发射传感器4的接电线从背板2上的传感器孔201伸出，并与第二计算机15电连接；
62.s5：将超声ct及高速摄像机20安装固定，启动高速摄像机20对透明试验箱1进行拍摄；
63.s6：通过加压油缸对透明试验箱1内的相似模拟煤样进行三轴应力加载，其中x轴方向上的六个透明加载板101的加载应力为6mpa、y轴方向上的六个透明加载板101的加载应力为8mpa，z轴方向上的一个透明加载板101的加载应力为10mpa，加载后通过超声ct对透
明试验箱1的顶部进行扫描，获得初始裂缝分布；
64.s7：通过钻机在相似模拟煤样内钻设水平切缝钻孔202和二氧化碳爆破钻孔203，并安装水力水平切缝管道11和液态二氧化碳相变爆破管；通过压裂泵18将水从水力水平切缝管道11的外接接头1103输送至压裂段1101，并对相似模拟煤样进行注水；，注水速率为12ml/s；
65.s8：步骤s7注水过程中，应力传感器3和声发射传感器4将采集到的信号实时发送至第一计算机14和第二计算机15，注水结束后通过超声ct对透明试验箱1的顶部进行扫描，获得二次裂隙分布；
66.s9：解除s6中对相似模拟煤样的三轴应力，通过液态二氧化碳相变爆破机构19和液态二氧化碳相变爆破管对透明试验箱1内的相似模拟煤进行co2爆破，爆破结束后关闭高速摄像机20，通过超声ct对透明试验箱1的顶部进行扫描，获得三次裂隙分布；
67.s10：将高速摄像机20拍摄到的相似模拟煤样照片上传第三计算机，利用ps对照片中的煤样裂缝进行素描处理；第二计算机15将声发射传感器4传输的信号进行信息处理并形成图像；根据高速摄像机20拍摄的煤体照片，分析不同条件下水平切缝水力压裂过程中煤体表面裂纹的生长、扩展规律，并利用ps对裂缝最终形态进行素描处理，分析协同作用致裂后水平切缝钻孔202位置、注水速率、co2充量等不同致裂参数与致裂裂纹数量、面积、起裂压力之间的关系；根据声发射传感器4监测模拟煤体致裂过程中的声发射信号，声发射传感器4探测到向周边传播的弹性波，声发射传感器4将弹性波信息转化为电信号，放大器将电信号放大，通过信号采集处理装置对信息进行处理，并在计算机二终端形成图像进行人工分析；超声ct扫描对透明试验箱1顶部进行多次超声波射线扫描，用所测超声波走时数据进行计算成像，其成像结果可精确、直观表示出整个断面上煤体的裂纹情况，根据其三次扫描裂纹分布结果，进行裂纹扩展分析，最终得到一个整体的致裂效果评价。
68.本发明提供了一种水平切缝二氧化碳爆破相似煤体致裂效果评价方法，可以通过透明试验箱1上侧面、前侧面和左侧面的透明加载板101模拟出三轴采动应力场条件下的大尺寸煤层压力情况，更加接近现场真实复杂的地质条件，适用于较大尺寸的相似模拟煤体模型。使用声发射传感器4对煤体致裂过程进行实时监测，使用高速摄像机可对透明试验箱1中煤体表面的裂纹扩展进行实时监测，使用超声层析成像技术(超声ct)扫描的三次裂纹分布结果，结合应力传感器3检测到的实时应力以及其他实验参数可对煤样裂纹扩展进行分析，最终得到一个整体的致裂效果评价结果。
69.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
70.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种水平切缝二氧化碳爆破相似煤体致裂评价装置，其特征在于，包括：透明试验箱(1)，所述透明试验箱(1)包括外框架(102)和多个透明加载板(101)，多个所述透明加载板(101)分别位于所述透明试验箱(1)的上侧面、前侧面和左侧面，所述透明加载板(101)与所述外框架(102)滑动连接且所述透明加载板(101)相对于所述外框架(102)滑动过程中始终与所述外框架(102)之间密封；所述透明加载板(101)与驱动机构连接，多个所述透明加载板(101)的滑动路径不相交；背板(2)，所述背板(2)设置于所述透明试验箱(1)的后侧面，当所述透明试验箱(1)内填充煤样后，在所述煤样内设置应力传感器(3)和声发射传感器(4)，所述应力传感器(3)和声发射传感器(4)的接电线贯穿所述背板(2)并延伸至所述透明试验箱(1)以外，所述接电线与计算机电连接；水力致裂机构，水力致裂机构能够贯穿所述背板(2)并伸入所述透明试验箱(1)中；超声ct，所述超声ct与所述透明试验箱(1)相邻设置，所述超声ct能够对所述透明试验箱(1)顶部进行扫描；高速摄像机(20)，所述高速摄像机(20)与所述透明试验箱(1)相邻设置，所述高速摄像机(20)能够对所述透明试验箱(1)内部的煤样进行拍摄。2.根据权利要求1所述的一种水平切缝二氧化碳爆破相似煤体致裂评价装置，其特征在于，所述驱动机构包括：加载活塞(5)和加压油缸，所述加载活塞(5)固定安装在所述透明加载板(101)的外侧面，所述加压油缸的输出端与所述加载活塞(5)固定连接。3.根据权利要求1所述的一种水平切缝二氧化碳爆破相似煤体致裂评价装置，其特征在于，还包括：移动板(6)，所述移动板(6)设置于所述透明试验箱(1)的右侧面，所述移动板(6)在第一位置与第二位置之间与所述透明试验箱(1)滑动连接，当所述移动板(6)位于第一位置时，所述移动板(6)将所述透明试验箱(1)密封，当所述移动板(6)位于第二位置时，所述移动板(6)将所述透明试验箱(1)打开；送料机构，所述送料机构靠近所述移动板(6)设置并能够在所述移动板(6)位于第二位置时向所述透明试验箱(1)内送料。4.根据权利要求3所述的一种水平切缝二氧化碳爆破相似煤体致裂评价装置，其特征在于，所述送料机构包括：第一滑轨(7)，所述第一滑轨(7)一端靠近所述移动板(6)设置，另一端沿所述透明试验箱(1)的左右方向向外延伸；放置板(8)，所述放置板(8)与所述第一滑轨(7)滑动连接，所述放置板(8)能够将煤样放置在上表面并输送至所述透明试验箱(1)内。5.根据权利要求1所述的一种水平切缝二氧化碳爆破相似煤体致裂评价装置，其特征在于，所述水力致裂机构包括：第二滑轨(9)，所述第二滑轨(9)一端靠近所述背板(2)，另一端沿所述透明试验箱(1)的前后方向向外延伸；钻机(10)，所述钻机(10)与所述第二滑轨(9)滑动连接，所述钻机(10)的输出端连接有钻杆，所述钻杆能够贯穿所述背板(2)以及所述透明试验箱(1)内的煤样，所述钻杆在所述煤样内钻出水平切缝钻孔(202)；
水力水平切缝管道(11)，所述水力水平切缝管道(11)固定安装于所述水平切缝钻孔(202)内并与所述背板(2)密封连接，所述水力水平切缝管道(11)与压裂泵(18)连通。6.根据权利要求5所述的一种水平切缝二氧化碳爆破相似煤体致裂评价装置，其特征在于，所述水力水平切缝管道(11)包括：压裂段(1101)，所述压裂段(1101)位于所述透明试验箱(1)内并靠近所述水平切缝钻孔(202)深处；封孔段(1102)，所述封孔段(1102)与所述压裂段(1101)衔接，所述封孔段(1102)贯穿所述背板(2)并延伸至外，所述封孔段(1102)通过第一密封垫(12)与所述背板(2)内侧壁密封连接，通过第二密封垫(13)与所述背板(2)外侧壁密封连接；外接接头(1103)，所述外接接头(1103)与所述封孔段(1102)衔接，所述外接接头(1103)与压裂泵(18)连通。7.根据权利要求5所述的一种水平切缝二氧化碳爆破相似煤体致裂评价装置，其特征在于，还包括液态二氧化碳相变爆破机构(19)，所述液态二氧化碳相变爆破机构(19)与液态二氧化碳相变爆破管连通，所述钻杆贯穿所述背板(2)以及所述透明试验箱(1)内的煤样在所述煤样内钻出二氧化碳爆破钻孔(203)，所述液态二氧化碳相变爆破管安装于所述二氧化碳爆破钻孔(203)内。8.一种水平切缝二氧化碳爆破相似煤体致裂评价方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：根据待测矿区的参数配比相似煤体，通过放置板(8)将配比好的相似煤体送入透明试验箱(1)，关闭并密封移动板(6)，在透明试验箱(1)底部埋设应力传感器(3)，应力传感器(3)的接电线从背板(2)上的传感器孔(201)伸出，并与第一计算机(14)电连接；s2：加压油缸从x轴、y轴和z轴方向通过加载活塞(5)向内推动各个透明加载板(101)，使相似煤体在固定加载压力下定型，定型后解除各个透明加载板(101)对相似煤体的加压，得到相似模拟煤样；s3：解除透明加载板(101)的加载压力，将s2中的相似模拟煤样全部取出；s4：在透明试验箱(1)中自下而上铺设相似模拟煤样，铺设结束后在透明试验箱(1)底部靠前的位置以及相似模拟煤样上方靠后的位置埋设声发射传感器(4)，所述声发射传感器(4)的接电线从背板(2)上的传感器孔(201)伸出，并与第二计算机(15)电连接；s5：将超声ct及高速摄像机(20)安装固定，启动高速摄像机(20)对透明试验箱(1)进行拍摄；s6：通过加压油缸对透明试验箱(1)内的相似模拟煤样进行三轴应力加载，加载后通过超声ct对透明试验箱(1)的顶部进行扫描，获得初始裂缝分布；s7：通过钻机在相似模拟煤样内钻设水平切缝钻孔(202)和二氧化碳爆破钻孔(203)，并安装水力水平切缝管道(11)和液态二氧化碳相变爆破管；通过压裂泵(18)将水从水力水平切缝管道(11)的外接接头(1103)输送至压裂段(1101)，并对相似模拟煤样进行注水；s8：步骤s7注水过程中，应力传感器(3)和声发射传感器(4)将采集到的信号实时发送至第一计算机(14)和第二计算机(15)，注水结束后通过超声ct对透明试验箱(1)的顶部进行扫描，获得二次裂隙分布；s9：解除s6中对相似模拟煤样的三轴应力，通过液态二氧化碳相变爆破机构(19)和液态二氧化碳相变爆破管对透明试验箱(1)内的相似模拟煤进行co2爆破，爆破结束后关闭高
速摄像机(20)，通过超声ct对透明试验箱(1)的顶部进行扫描，获得三次裂隙分布；s10：将高速摄像机(20)拍摄到的相似模拟煤样照片上传第三计算机，利用ps对照片中的煤样裂缝进行素描处理；第二计算机(15)将声发射传感器(4)传输的信号进行信息处理并形成图像。

技术总结
本发明公开一种水平切缝二氧化碳爆破相似煤体致裂评价装置及方法，包括：透明试验箱，透明试验箱包括外框架和多个透明加载板，背板设置于透明试验箱的后侧面，水力致裂机构能够贯穿背板并伸入透明试验箱中；超声CT与透明试验箱相邻设置，超声CT能够对透明试验箱顶部进行扫描；高速摄像机与透明试验箱相邻设置，高速摄像机能够对透明试验箱内部的煤样进行拍摄；可以通过透明试验箱上侧面、前侧面和左侧面的透明加载板模拟出三轴采动应力场条件下的大尺寸煤层压力情况，更加接近现场真实复杂的地质条件，适用于较大尺寸的相似模拟煤体模型。型。型。


技术研发人员：张义平 吴莲花 郑禄林 李波波 李希建 兰红 张林
受保护的技术使用者：贵州一和科技有限公司 贵州一和矿业有限公司
技术研发日：2023.07.10
技术公布日：2023/10/6