水压裂试验煤层试样制作用加压装置的制作方法

1.本实用新型涉及煤层开采模拟实验技术领域，具体而言涉及水压裂试验煤层试样制作用加压装置。


背景技术：

2.水力压裂的基本原理是将大量混有支撑剂的高压液体通过井筒泵入储层，迫使储层破裂形成人工裂缝，使支撑剂充填并支撑裂缝，提高储层的孔渗特性。
3.目前实验室内制备的模拟试样一般采用水泥、煤灰、细砂、石膏等材料混合而成的浆料进行人工浇筑，人工浇筑后侯凝成型，以此方法制作的每个试样的不同结构层之间的厚度、平整度都存在差异，尤其是混合浆料内混合不均匀，对试样的力学影响很大。而实际的实验结果依赖于模拟试样的标准性，各试样由于人工制作产生的差异可能对试验结果造成较大影响，因而会干扰各试样试验结果之间的联系，阻碍试验规律的探寻，或得到错误的实验规律。
4.因此，针对以往在试样的浆料浇筑-侯凝成型过程中，试样普遍存在的气泡、浆质分布不均匀问题，现有技术尝试通过3d打印式方式，将浆料混合后逐层挤出的方式制作试样能使试样更加标准、统一，例如公开号为cn112761584a的专利文献所公开的种用于碎软煤层水力压裂测试的模拟试样制作方法，使用煤粉、细砂、水泥和水混合形成煤层浆料，使用石膏、细砂、水泥和水混合形成煤层界面浆料，使用细砂、水泥和水混合形成顶板浆料，将煤层浆料、煤层界面浆料和顶板浆料分别置于单独的容器内；再将浆料通过输送管道输入到挤出筒内，由挤出头移动到底板上方被机械手或其他控制部件按照预定路径移动进行打印，每打印一层或几层后，进行加压，完成煤层、煤层界面层和顶板层的打印。在顶板层内预定的高度层预留模拟井筒的放置空间，同时布置模拟井筒，打印完毕后，由上向下加压侯凝，得到模拟试样。
5.结合其图示的试样结构，包括煤层、煤层界面、顶板层和模拟井筒。煤层打印、煤层界面层打印和顶板层打印中，需要对打印层加压，但是在每层打印后都需要等待干燥，等待结构层稳定后再进行下一层的加压，制作时间长。
6.因此，在应用于例如上述方式以打印式试样制作中，亟需一种能增加干燥成型速度、加快试样被制作成型时间的结构层加压装置。


技术实现要素：

7.本实用新型目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种水压裂试验煤层试样制作用加压装置，包括：
8.液压缸，第一端连接到负载机构；
9.加压板，可拆卸连接到所述液压缸的第二端，具有矩形的加压端面；
10.超声波振动部件，被连接到所述加压板，用于对加压端面下的试样进行超声振动；
11.电热部件，被设置到所述加压板内部，用于使加压端面加热至预定温度；
12.其中，所述加压板被所述液压缸所驱动，使加压端面贴附于模具中的试样并向试样加压。
13.优选的，所述超声波振动部件包括六个超声波振子，六个所述超声波振子均安装到所述加压板远离加压端面的一侧端面。
14.优选的，所述液压缸连接到所述加压板远离所述加压端面一侧端面的中间位置，六个所述超声波振子绕所述液压缸轴线呈中心对称分布。
15.优选的，所述加压板包括第一板体和第二板体，所述第一板体和第二板体通过螺栓固定连接。
16.优选的，所述第一板体和第二板体之间形成容纳所述电热部件的容腔。
17.优选的，所述电热部件包括呈蛇形分布的电热丝、连接到电热丝的温控电路以及用于向温控电路供电的插座。
18.优选的，所述超声波振子的超声功率密度设定为0.5-5kw/mm2。
19.优选的，所述加压端面包括不锈钢板或陶瓷板。
20.优选的，所述加压端面的尺寸为300mm*300mm。
21.与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
22.本实用新型通过在打印的结构层上以加压配合超声波振动的方式，将浆质内的气泡挤出，使浆质更加均匀，并且配合电热丝的加热，使浆质的水分能更快的蒸发，打印的结构层更更快的定型，有利于提高整体试样的制作速度，并且如此制作而成的试样结构标准统一，更有利于获得正确的试验结构和规律。
23.应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的实用新型主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的实用新型主题的一部分。
24.结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本实用新型教导的前述和其他方面、实施例和特征。本实用新型的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本实用新型教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
25.附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本实用新型的各个方面的实施例，其中：
26.图1是现有技术中所示的试样的结构示意图；
27.图2是现有技术中所示的试样制作装置的结构示意图；
28.图3是本实用新型所示的水压裂试验煤层试样制作用加压装置的立体图；
29.图4是本实用新型所示的水压裂试验煤层试样制作用加压装置的俯视图；
30.图5是本实用新型所示的加压板的剖面图。
具体实施方式
31.为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
32.在本公开中参照附图来描述本实用新型的各方面，附图中示出了许多说明的实施
例。本公开的实施例不必定意在包括本实用新型的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意水压裂试验煤层试样制作用加压装置来实施，这是因为本实用新型所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本实用新型公开的一些方面可以单独使用，或者与本实用新型公开的其他方面的任何适当组合来使用。
33.结合图3所示，本实用新型目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种水压裂试验煤层试样制作用加压装置，主要包括液压缸1、加压板2、超声波振动部件和电热部件。
34.其中，液压缸1的第一端(负载端)连接到负载机构，液压缸1的第二端(伸缩端)连接有加压板2；在可选的实施例中，负载机构为龙门架，具体的，龙门架可以带动液压缸1在x-y平面内发生移动，使液压缸1准确的移动到待加压的打印好结构层的试样上方，液压缸1使加压板2压紧在试样表面。
35.进一步的，液压缸1包括液压杆11和伸缩杆12，伸缩杆12被设置成，伸长至加压板2达到预定压力时保压预定时长。加压板2和伸缩杆12之间采用螺栓连接的方式进行固定连接。
36.如此，可便于更换加压板2，在本实施例中，加压端面的尺寸为300mm*300mm，用于制作300mm*300mm*300mm的模拟试样。
37.结合图4-5所示，加压板2与试样接触的端面是矩形的加压端面。加压板2包括第一板体21和第二板体22，第一板体21位于第二板体22的上方，其中，第一板体21和第二板体22通过螺栓固定连接。
38.其中，超声波振动部件被连接到加压板2。
39.在可选的实施例中，超声波振动部件包括六个超声波振子3，六个超声波振子3均安装到第一板体21的上端面。超声波振子3包括超声波换能器31和超声波变幅杆32，超声波换能器31和超声波变幅杆32组成超声波振动系统。超声波换能器31是一种能把高频电能转化为机械能的装置，超声波变幅杆32是一个无源器件，本身不产生振动，只是将超声波换能器输入的振动改变振幅后再传递出去，完成了阻抗变换。
40.在优选的示例中，超声波振子3的超声功率密度设定为0.5-5kw/mm2。六个超声波振子3绕液压缸轴线呈中心对称分布。可以根据试样厚度，选择合适数量的超声波振子3振动。
41.进一步的，第一板体21和第二板体22之间形成容纳电热部件的容腔，电热部件位于该容腔内部，用于使加压端面加热至预定温度(40-70摄氏度)，在可选的实施例中，电热部件包括呈蛇形分布的电热丝4、连接到电热丝的温控电路以及用于向温控电路供电的插座41。
42.如此，当第一板体21加载到试样表面时，超声波振动使浆质内部混合更加均匀，挤出浆质中的气泡，同时由于电热丝4的加热作用，使挤出的结构层内的水分快速蒸发，使结构层快速成型，提高试样被制作的速度，并且如此制作而成的试样结构标准统一，更有利于获得正确的试验结构和规律。
43.在可选的实施例中，第二板体22采用不锈钢板或陶瓷板。具有接触面平整，硬度高，易于清洗的优点。
44.结合以上实施例，本实用新型通过在打印的结构层上以加压配合超声波振动的方
式，将浆质内的气泡挤出，使浆质更加均匀，并且配合电热丝的加热，使浆质的水分能更快的蒸发，打印的结构层更更快的定型，有利于提高整体试样的制作速度，并且如此制作而成的试样结构标准统一，更有利于获得正确的试验结构和规律。
45.虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。