一种共伴生资源协同开采智能实验装置

本发明涉及共伴生资源协同绿色开采领域，尤其涉及一种共伴生资源协同开采智能实验装置。

背景技术：

全球以鄂尔多斯盆地为代表煤、油气共伴生资源叠置覆存盆地多达31处，共伴生资源分布呈现“点多、面广、垂直叠置”的特点。2019年我国化石能源消耗占比高达85.7％，其中煤、石油、天然气消费占比分别为57.7％，19.3％和8.7％，同时石油、天然气对外依存度分别高达72.5％和43％，我国能源结构整体表现为“富煤贫油少气”，今后较长时间内煤炭仍将是主导能源，铀、油气为重要战略资源。以煤、铀、油气为代表的共生叠置资源开发面临着安全高效生产和生态环境保护方面的挑战，开展煤油气协调开采扰动岩层应力场-裂隙场-渗流场多场耦合演化特征研究尤为重要，然而现阶段各高校、企事业科研院所在共伴生资源开发原位实验装置反面尚存在空白。基于此，迫切需要一种共伴生资源协同开采智能实验装置，为共伴生资源安全、高效、绿色开发基础理论的提出和关键科学技术的研发提供手段支撑。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种共伴生资源协同开采智能实验装置。所述共伴生资源协同开采智能实验装置，包括信号传导机构、保压机构、给料机构和反应机构，信号传导机构通过传导信号控制整个细观实验装置，按照实验设定先后向保压机构和给料机构发送信号，使铀、煤层、油气三个腔体达到实验预值，并由反应系统将数据信号传送给集中控制器，进而实现智能化控制的共伴生资源协同开采。

一种共伴生资源协同开采智能实验装置，包括：

信号传导机构，包括集中控制器、信号器、信号接收器、电源、电源线、信号发射器、信号感知阀；保压机构，包括围压油腔、轴压油腔、围压泵、轴压泵、围压分液箱、轴压分液箱、综合分压管、液压传输管；给料机构，包括监测分析仪、温控仪、溶液传送管、渗流泵、混料输送管、综合分液器、骨料腔、液腔、油腔、气腔、混合腔、分析净化器；反应机构，包括铀矿腔体、煤层腔体、油气腔体、核磁体、温液压感知器、剪切垫片，所述信号器置于集中控制器内，所述信号接收器置于所述轴压泵、围压泵、温控仪、渗流泵和综合分液器内部，所述信号发射器置于所述温液压感知器、核磁体和监测分析仪内部，所述信号感知阀置于所述围压油腔、轴压油腔、骨料腔、液腔、油腔、气腔和混合腔底部，所述围压油腔、轴压油腔分别与所述围压泵、轴压泵通过所述液压传输管直接连接，所述围压分液箱两端分别与围压泵、综合分压管连接，所述轴压分液箱两端分别与轴压泵、综合分压管连接，所述监测分析仪其一端与所述温控仪连接，所述渗流泵一端与温控仪连接，另一端通过所述混料输送管与所述混合腔连接，所述综合分液器前端通过所述混料输送管与混合腔连接，其后端通过混料输送管分别与所述骨料腔、液腔、油腔和气腔连接，所述分析净化器连接于油气腔体的出口端，所述铀矿腔体、煤层腔体与油气腔体三者之间通过所述溶液传送管串联连接，其一端与所述综合分压管直接连接，另一端与所述监测分析仪直接连接，并在其腔体外侧包裹有所述核磁体，腔体内部设置有所述剪切垫片，所述核磁体上安装有所述信号发射器，所述温液压感知器安装于铀矿腔体、煤层腔体和油气腔体的前、中、后三个位置，并外接有所述信号发射器。

优选地，所述综合分压管为分压装置，其前侧与所述围压分液箱和轴压分液箱直接连接，其后侧直接与所述铀矿腔体、煤层腔体和油气腔体连接。

优选地，所述铀矿腔体外侧包裹有所述核磁体，腔体内部设置有所述剪切垫片，腔体前、中、后三个位置安装有所述温液压感知器，并外接有所述信号发射器。

优选地，所述监测分析仪其前端与所述铀矿腔体、煤层腔体和油气腔体连接，后端与所述温控仪直接连接。

优选地，所述综合分液器前端通过所述混料输送管与混合腔连接，后端通过输送管路分别与所述骨料腔、液腔、油腔和气腔连接。

本发明涉及的共伴生资源协同开采智能实验装置与传统实验装置相比具有如下优点，包括信号传导机构、保压机构、给料机构和反应机构，信号传导机构通过传导信号控制整个细观实验装置，按照实验设定先后向保压机构和给料机构发送信号，使铀、煤层、油气三个腔体达到实验预值，并由反应系统将数据信号传送给集中控制器，进而实现智能化控制的共伴生资源协同开采。综合分压管可以将轴压和围压按照预设值均匀的分配到铀矿腔体、煤层腔体和油气腔体内，腔体内部的垫片为剪切垫片，可以将内部岩体进行真三轴条件下的剪切；监测分析仪，可以监测温度、压力和成分，并通过安设的信号发射器将反馈信号发送给集中控制器；综合分液器可以实验混合料的均匀分配，将混合料分配到相应的混合腔内。

附图说明

图1为共伴生资源协同开采智能实验装置机构系统图。

图中：1-集中控制器；2-围压油腔；3-轴压油腔；4-信号器；5-围压泵；6-轴压泵；7-围压分液箱；8-轴压分液箱；9-综合分压管；10-铀矿腔体；11-煤层腔体；12-油气腔体；13-信号发射器；14-温液压感知器；15-信号；16-信号接收器；17-核磁体；18-监测分析仪；19-温控仪；20-溶液传送管；21-渗流泵；22-混料输送管；23-信号感知阀；24-综合分液器；25-骨料腔；26-液腔；27-油腔；28-气腔；29-混合腔；30-剪切垫片；31-分析净化器；32-液压传输管。

具体实施方式

结合图1所示，一种共伴生资源协同开采智能实验装置，包括信号传导机构、保压机构、给料机构和反应机构，信号传导机构通过传导信号控制整个细观实验装置，按照实验设定先后向保压机构和给料机构发送信号，使铀、煤层、油气三个腔体达到实验预值，并由反应系统将数据信号传送给集中控制器，进而实现智能化控制的共伴生资源协同开采。

信号传导机构中，所述信号器4置于集中控制器1内，所述信号接收器16置于所述轴压泵6、围压泵5、温控仪19、渗流泵21和综合分液器24内部，所述信号发射器13置于所述温液压感知器14、核磁体17和监测分析仪18内部，所述信号感知阀23置于所述围压油腔2、轴压油腔3、骨料腔25、液腔26、油腔27、气腔28和混合腔29底部；

保压机构中，所述围压油腔2、轴压油腔3分别与所述围压泵5、轴压泵6通过所述液压传输管32直接连接，所述围压分液箱7两端分别与围压泵5、综合分压管9连接，所述轴压分液箱8两端分别与轴压泵6、综合分压管9连接；

给料机构中，所述监测分析仪18其一端与所述温控仪19连接，所述渗流泵21一端与温控仪19连接，另一端通过所述混料输送管22与所述混合腔29连接，所述综合分液器24前端通过所述混料输送管22与混合腔29连接，其后端通过混料输送管22分别与所述骨料腔25、液腔26、油腔27和气腔28连接，所述分析净化器31连接于油气腔体12的出口端；

反应机构中，所述铀矿腔体10、煤层腔体11与油气腔体12三者之间通过所述溶液传送管20串联连接，其一端与所述综合分压管9直接连接，另一端与所述监测分析仪18直接连接，并在其腔体外侧包裹有所述核磁体17，腔体内部设置有所述剪切垫片30，所述核磁体17上安装有所述信号发射器13，所述温液压感知器14安装于铀矿腔体10、煤层腔体11和油气腔体12的前、中、后三个位置，并外接有所述信号发射器13。

结合图1所示，应用上述实验装置，其包括如下实验步骤：

a、根据实验要求，将铀矿岩样、煤矿岩样、油气岩样分别安装进铀矿腔体10、煤层腔体11和油气腔体12内；

b、根据各零部件所对应的空间位置和连接方式，对各零部件进行有顺序的组装；

c、检查各部件的连接及工作情况，在确保各零部件正常工作的情况下，根据实验方案在集中控制器1中输入实验参数值；

d、由集中控制器1向保压机构发送信号，围压泵5和轴压泵6接收信号并启动，围压油腔2和轴压油腔3下的信号感知阀23接收信号启动，开始将围压油和轴压油通过围压分液箱7和轴压分液箱8注入综合分压管9内；

e、综合分压管9按照预设值将围压油和轴压油注入到铀矿腔体10、煤层腔体11和油气腔体12内部，待腔体内部围压和轴压达到预设值后，由温液压感知器14通过信号发射器13发送给集中控制器1，开始保持围压和轴压不变；

f、随后集中控制器1向给料机构发送信号，信号感知阀23和信号接收器16收到信号，此时骨料腔25、液腔26、油腔27和气腔28启动，开始供给物料，经综合分液器24注入混合腔29；

g、渗流泵21在接收到信号启动后，将混合腔29中的混合料经混料输送管22、温控仪19、监测分析仪18注入到铀矿腔体10内部，若需要施加温度，可对温控仪19预设温度，监测分析仪18对混合料进行分析；

h、若混合料成分不符合实验要求，监测分析仪18可向集中控制器发1送反馈信号，再由集中信号器1向给料机构发送信号重新调配，重复步骤f、g；

i、混合料先通过铀矿腔体10、随后经溶液传送管20连接的串联管路流入煤层腔体11和油气腔体12，煤层腔体11和油气腔体12也外设由监测分析仪18；

j、若某一级混合料成分不符合，则会有监测分析仪18上的信号发射器13发送信号给集中控制器1，随后集中控制器1向渗流泵21发送信号，从混合腔29补充混合料，重复步骤f、g；

k、混合料最终流入分析净化器31，由分析净化器31分析其各成分含量，净化环保；

l、实验结束，将铀矿岩体、煤层岩体、油气岩体取出，关闭各装置，并进行清理。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的指导下，所做出的所有等同替换、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。