多场耦合状态下岩样电性特征测试装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种岩样电性特征测试装置，特别涉及应力-渗流状态下岩样电性特征测试装置。
【背景技术】
[0002]以石炭-二叠系为主的华北型煤田经过半个多世纪的开采，开采深度已经进入深部，工作面深受高承压水、薄隔水层危险威胁，工作面底板突水时有发生。基于高承压水、薄隔水层突水机理层出不穷，但是，多数突水机理只是建立在单一影响因素、理想模型基础上，与实际工作面底板突水现场相差甚远。如何准确探查工作面底板水情的赋存状态和运移规律，是当前解决底板突水的核心问题。当前，要准确探查工作面底板水情，必须解决岩层在多场耦合状态下电性变化规律，掌握应力和渗流对岩层电阻率变化的影响，因此，测试多场耦合状态下岩样电性特征成为当前亟需解决的问题。
[0003]当前没有专门测试岩样在多场耦合状态下的电性特征装置，只有测试大地的电阻率装置和测试岩样单轴应力状态下电阻率仪器，因此，设计一种能测试岩样渗流-应力多场耦合状态下电性特征装置和测试方法，成为当前探查底板水情变化规律的必然。
[0004]中国专利申请201410400335.2公开了一种力磁电多场耦合测量系统，包括:力加载模块，力加载模块包括连接杆、固定基座、亥姆赫兹线圈、铝架和力传感器;磁加载模块，磁加载模块包括:处理模块，处理模块包括信号发生器、力显示器、锁相放大器和特斯拉计；其中，信号发生器与亥姆赫兹线圈相连，力显示器与力传感器相连，锁相放大器与待测试件上下表面相连，力加载模块嵌套在磁加载系统中，并通过固定基座来固定其相对位置，固定基座与铝架通过紧固件固定，力传感器固定在铝架上。该专利可实现不同力场、不同磁场的耦合时复合材料磁电性能的测量。但是该专利主要是针对磁电复合材料的测量系统，并不是针对岩石的测量系统，和本实用新型的测量对象不同，且研究对象性质相差太大。
[0005]中国专利ZL 201310261472.8公开了一种渗透压力和相分比例可控的岩石长期多场耦合实验装置与测试方法，该实验装置包括三轴压力室、多相流体混合控制装置、出口流体收集与测量装置。多相流体混合控制装置包括气体计量栗、液体计量栗、气体压缩瓶、储液箱、混合容器、控制箱、真空栗。通过控制箱的电平信号来控制计量栗的工作状态，保证恒定的渗透压力以及混合流体的气液成分比例。渗透压力和相分比例可控的岩石长期多场耦合实验的测试方法是在上述实验装置的基础上进行的测试方法，该专利主要是用来研究岩石试件在不同相态混合流体渗透作用下的热流固耦合蠕变实验，和本实用新型研究岩石的性质和目的都不同，因此，与本实用新型没有关联性。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种多场耦合状态下岩样电性特征测试装置，该测试装置结构简单、原理科学、数据准确、便于操作。
[0007]为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案:
[0008]一种多场耦合状态下岩样电性特征测试装置，包括电阻率测试模块、应力测试模块、渗流测试模块和上、下测试探头；
[0009]所述电阻率测试模块包括直流电法仪和四个分层缠绕在待测试岩样上的环形电极，四个环形电极通过环形电极导线与电法仪光缆在上测试探头处相连接，经电法仪器光缆连接至直流电法仪;待测试岩样上、下端面上分别设置有绝缘保护层，且绝缘保护层中分别设置有供上、下测试探头伸入的空隙，待测试岩样外圆周面上设置有绝缘固定板；
[0010]所述环形电极与岩样接触面积大，便于供电电极对岩样供电，防止供电电极开路；
[0011]所述应力测试模块包括用于对待测试岩样顶部及侧边加压的加压装置和用于采集待测试岩样应力变化的应力采集装置；
[0012]所述渗流测试模块包括高压水进水系统，高压进水系统与上测试探头中的进水孔连通，下测试探头中设置有出水孔，出水孔中设置有水量流量计。
[0013]所述加压装置包括液压伺服控制系统，液压伺服控制系统分别控制位于待测试岩样顶部和侧面的顶板加压器和侧向加压器，所述侧向加压器与紧靠在所述绝缘固定板外部的侧向固定板连接。
[0014]所述待测试岩样和侧向加压器均设置底座平台上。
[0015]所述顶板加压器和侧向加压器均为液压千斤顶。
[0016]所述应力采集装置包括应力采集系统，应力采集系统通过导线与上测试探头中的应力采集探头连接。
[0017]所述上测试探头包括设置于探头壳体内的液压伺服探头、直流电法仪光缆、应力采集探头和进水孔，液压伺服探头与液压伺服控制系统相连，所述液压伺服探头和应力采集探头均与待测试岩样接触。
[0018]所述下测试探头包括壳体，壳体中设置一个上下贯通的出水孔，出水孔中设置水量流量计，壳体顶部出水孔上端口处呈凹坑状，便于水留出。
[0019]利用多场耦合状态下岩样电性特征测试装置的测试方法，包括:
[0020](1)各模块连接工作
[0021]首先将相同岩性的岩芯制成同样的多份，同时保证各待测试岩样长度相同，上下截面平整，上、下测试探头与待测试岩样充分接触；用铜丝环绕岩样一周，制成的环形电极并将其固定好，使环形电极与待测试岩样接触完好，防止供电电极A、B开路;在待测试岩样放在底座平台上之前，首先将绝缘保护层分别放在待测试岩样的上下底面，在上、下测试探头处留下探头形状的空隙，便于上、下测试探头与待测试岩样接触;将岩样与环形电极连接好，再将环形电极导线(包括环形电极导线A、环形电极导线B、环形电极导线M、环形电极导线N)分别与各自对应环形电极连接在一起，再将所有环形电极导线与上探头内的电阻率光缆连接好，将电阻率主机与光缆连接;最后，利用绝缘保护层将待测试岩样与侧向固定板和加压器隔离，防止待测试岩样与其它导体接触，导致测量结果出现误差。
[0022]其次将液压伺服控制系统与液压探头及应力测试系统及顶板和侧向加压器连接好，完成应力测试模块连接完毕，便于应力采集；
[0023]最后，将高压进水系统、上测试探头内的进水孔、测试下探头内的出水孔及水量流量计连接好，完成渗流测试模块连接，便于渗流测量;各模块连接完成后，将待测试岩样密闭，检测密闭完好后，方可进行试验数据采集；
[0024](2)单因素变量数据采集
[0025]a)应力状态下电性特征
[0026]首先在不加应力的情况下，打开直流电法仪，采用对称四极装置，根据绑定的环形电极位置，设定采集参数，开始测试岩样电阻率值，随后，打开应力测试模块，通过控制液压伺服控制系统控制液压伺服探头和顶部或侧向加压器共同作用，不断给待测试岩样加压，随着压力的变化，记录岩样电阻率变化特征及岩石裂隙发育情况，直到待测试岩样破裂;待测试岩样破裂后，然后通过应力测试模块，不断给待测试岩样卸压，再次观测待测试岩样电阻率变化情况；
[0027]b)渗流状态下电性特征
[0028]首先在不加渗流的情况下，打开直流电法仪，采用对称四极装置，根据绑定的环形电极位置，设定采集参数，开始测试待测试岩样电阻率值，随后，打开渗流测试模块，通过高压进水系统从上探头进水孔进水，测试下探头出水孔水量变化，根据时间和流量的变化测量渗流大小，同时测出待测试岩样电阻率变化情况，然后不断调节渗流的变化，记录待测试岩样电阻率值；
[0029](3)多场耦合数据采集
[0030]a)待测试岩样破碎前应力-渗流同时增大，待测试岩样电性特征;待测试岩样破碎后应力-渗流岩样电性特征；
[0031]打开应力测试模块和渗流测试模块，同时增大应力和渗流，记录待测试岩样电阻率变化特征及岩石裂隙发育情况，直到待测试岩样破裂;待测试岩样破裂后，分三种情况观测，一是渗流不变，不断的给待测试岩样卸压，再次观测待测试岩样电阻率特征;二是增大渗流，减小应力，观测待测试岩样电阻率变化特征;三是减小渗流，减小应力，观测待测试岩样电阻率变化特征；
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