一种深部取芯高温高压模拟测试舱的制作方法

1.本发明涉及隧道工程技术领域，具体涉及一种深部取芯高温高压模拟测试舱。


背景技术：

2.目前，地球浅部矿产资源已逐渐枯竭，资源开发不断走向地球深部，煤炭开采深度已达1500m，地热开采深度超过3000m，金属矿开采深度超过4350m，油气资源开采深度达7500m，深部资源开采已成为常态。深部岩石总是处在高温环境中，与地表岩石有很大不同。而温度是影响岩石力学等性质的重要因素，其中逐渐向深部发展的煤炭资源开采活动便受到了温度的影响，因此众多学者已针对温度对煤岩力学性质、瓦斯吸附解析及渗流规律等的影响开展了研究。煤体力学性质方面，已有研究均表明煤体随着温度的升高，强度降低；瓦斯吸附/解吸方面的研究，相关学者均认为煤的吸附能力随着温度的升高而降低；而针对瓦斯在煤体内渗流与温度之间的关系比较复杂，学术界尚未形成统一认识。可见随着温度的升高，煤岩力学性质、瓦斯吸附解析、渗流规律等均会发生变化，将常温下岩石的各类性质当作深部岩石的性质将会给工程带来极大的偏差，因此温度作为深部岩石原位赋存环境之一显得尤为重要。科学钻探是人类解决所面临的资源、灾害、环境等重大问题不可或缺的重要手段，而传统大陆深地钻探取芯领域由于不能保温，岩芯温度的失真将导致不能完全科学获取原位岩芯力学行为规律和气相信息等，因此必须研发深部岩石原位保温取芯技术装备实现对深部原位环境条件下岩石温度的保真，为后续的测试分析提供基础。
3.目前在大陆深地钻探取芯领域，主要关注点仍集中在取芯钻进技术，只有海洋钻探领域已经率先关注海底沉积物保真取样技术，但海洋取芯器主要设计为保压取芯，绝大多数没有采用保温措施，而是当取芯器到达地面时，将岩芯放入特殊设计的装置中，采用快速覆冰或液氮冷冻等措施来实现保温目的，如dapc和mac取芯器；仅有少数的海底沉积物取芯器涉及保温技术，且其取芯器保温措施均为被动保温(减少岩芯散热量)，未采取主动保温措施(控制温度恒定)，最终岩芯温度仍会降低。此外，与海底沉积物保温取芯领域截然不同的是，陆地深部岩层往往处于高温状态，其保温取芯技术的目的是防止岩芯温度降低，因此已有的保温技术不能直接适用于深部岩层保温取芯，适用于岩层保温取芯技术仍需要进一步探索。
4.在以主动保温结合被动保温为研究思路开展的室内试验过程中，需要一款用于仿真模拟原位高温高压的取芯装置的测试平台来对其效果进行模拟测试。


技术实现要素：

5.本发明旨在提供一种深部取芯高温高压模拟测试舱，可模拟高温高压状态下的取芯过程，可测试取芯装置的保温保压效果，可根据测试数据对取芯装置进行改良调整，完成相关大数据采集。
6.为达到上述目的，本发明提供的上述一种深部取芯高温高压模拟测试舱，包括舱体、夹紧组件、保真舱、温度模拟器、换芯调整器，所述夹紧组件、保真舱、保真舱门、温度模
拟器、换芯调整器设置在舱体的内部，夹紧组件设置在舱体的顶部，夹紧组件与保真舱的尾部可拆卸连接，保真舱的尾端设置有保真舱门，保真舱门与保真舱可拆卸连接，保真舱的头部与换芯调整器活动连接，换芯调整器与舱体的底部固连，温度模拟器与舱体的内壁连接，温度模拟器与外部温度调控设备连接。
7.优选的，所述夹紧组件包括设置在舱体顶部两侧的液压缸、限位臂，所述限位臂一端与液压缸连接，限位臂另一端与保真舱的尾部可拆卸连接，液压缸与外部液压站连接。
8.优选的，所述保真舱包括保真舱本体、取芯器，取芯器位于保真舱本体的内部腔体中。
9.进一步地，所述取芯器的形状与保真舱本体的内部腔体的形状相适配。
10.进一步地，所述保真舱的内壁上设置有保温层。
11.优选的，所述温度模拟器的表面开设有通孔。
12.进一步地，所述温度模拟器呈长条状，温度模拟器竖向设置在舱体的内壁上，温度模拟器的位置与保真舱位置相对应。
13.优选的，所述换芯调整器包括底座、液压连杆机构、支撑板，保真舱的头部两侧与支撑板铰接，保真舱的头部中间部分与液压连杆机构连接，液压连杆机构与外部液压站连接。
14.优选的，所述舱体的正面和背面均设置有舱门，舱体的正面舱门上设置有可视窗口。
15.优选的，所述舱体的底部设置有万向轮。
16.相比现有的技术，本发明具有以下技术效果：
17.1、本发明可模拟高温高压状态下的取芯过程，满足原位取芯测试条件要求，为保温保压原位取芯实验模拟出不同温度、压力的环境条件；
18.2、本发明可测试取芯装置的保温保压效果，提供检验合格标准，对该领域具有指导作用；
19.3、本发明可根据测试数据对取芯装置进行改良调整，修正测量参数，对设备改进具有引导作用；
20.4、本发明可完成各种环境条件下测试的大数据采集，有利于后人对其进行进一步研究。
附图说明
21.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
22.图1为本发明的轴侧剖面结构示意图；
23.图2为本发明的正面结构示意图；
24.图3为本发明的内部结构示意图；
25.图4为本发明的纵向剖面结构示意图；
26.图标：1
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舱体、101
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正面舱门、102
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可视窗口、2
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夹紧组件、3
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保针真舱、301
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保真
舱体、302
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取芯器、4
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保真舱门、5
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温度模拟器、6
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换芯调整器、601
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底座、602
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液压连杆机构、603
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支撑板、7
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万向轮。
具体实施方式
27.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
28.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
29.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
30.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
31.在本技术实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，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技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
32.在本技术实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
33.实施例
34.一种深部取芯高温高压模拟测试舱，包括舱体1、夹紧组件2、保真舱3、温度模拟器5、换芯调整器6，所述夹紧组件2、保真舱3、保真舱门4、温度模拟器5、换芯调整器6设置在舱体1的内部，夹紧组件2设置在舱体1的顶部，夹紧组件2与保真舱3的尾部可拆卸连接，保真舱3的尾端设置有保真舱门4，保真舱门4与保真舱3可拆卸连接，保真舱3的头部与换芯调整器6活动连接，换芯调整器6与舱体1的底部固连，温度模拟器5与舱体1的内壁连接，温度模拟器5与外部温度调控设备连接。
35.夹紧组件2包括设置在舱体1顶部两侧的液压缸、限位臂，所述限位臂一端与液压缸连接，限位臂另一端与保真舱3的尾部可拆卸连接，液压缸与外部液压站连接。
36.保真舱3包括保真舱本体301、取芯器302，取芯器302位于保真舱本体301的内部腔体中。
37.取芯器302的形状与保真舱本体301的内部腔体的形状相适配。
38.保真舱3的内壁上设置有保温层。
39.温度模拟器5的表面开设有通孔。
40.温度模拟器5呈长条状，温度模拟器5竖向设置在舱体1的内壁上，温度模拟器5的位置与保真舱3位置相对应。
41.换芯调整器6包括底座601、液压连杆机构602、支撑板603，保真舱3的头部两侧与支撑板603铰接，保真舱3的头部中间部分与液压连杆机构602连接，液压连杆机构602与外部液压站连接。
42.舱体1的正面和背面均设置有舱门，舱体1的正面舱门101上设置有可视窗口102。
43.舱体1的底部设置有万向轮7。
44.操作方法：
45.使用时先打开舱体1背面的舱门，然后通过外部的控制终端控制换芯调整器6的液压连杆机构602从垂直状态转动至水平状态，然后打开保真舱3的保真舱门4并取出保真舱3内的取芯器302，然后取芯器302内装填岩样，装填好岩样后关闭保真舱门4，通过外部控制终端控制换芯调整器6转动至初始垂直状态，启动舱体1顶部的夹紧组件2，夹紧组件2两侧的限位臂由液压缸驱动相向运动将保真舱3夹紧并对其进行限位，防止保真舱3发生摆动，然后关闭舱体1的背面舱门，通过外部的温度调控设备对舱体1的内部温度进行调控，模拟不同温度下的取芯过程，模拟深层取芯时的外部环境温度由高变低的过程，测试取芯器302的保温保压效果。
46.当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。