本发明于矿山岩土试验仪器器材领域,涉及一种模拟地下深部岩体环境的岩石渗透性测试设备。
技术背景
矿产的深部开采中，在地下1000m处的矿井的温度往往能达到40～50℃，在这样的环境中，深部岩体内部发生的渗流运动与热运动一直进行，地下温度场与渗流场存在着非线性的复杂耦合关系，深部岩体在高温环境下的渗透特性变化进而导致渗流场分布改变以及温度改变对渗流场分布的影响。
为了探索温度场对渗流场的影响，有必要对不同温度条件下对岩体渗透系数进行测试。
技术实现要素：
本发明是为解决深部岩体高温环境下温度场对渗流场影响下岩体渗透系数的测试问题，提供一种模拟地下深部岩体环境的岩石渗透性测试设备。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种模拟地下深部岩体环境的岩石渗透性测试设备，包括岩样测试平台、温控系统、渗透水输入系统和渗水量采集系统，渗透水输入系统包括输入动力装置和调压装置及管道，渗透水输入系统通过动力装置和调压装置向岩样测试平台输入稳定压力的水流，温控系统对岩样测试平台进行温度控制，以达到模拟地下深部岩体的压力和温度环境，再通过渗水量采集系统测定单位时间内的渗水量，从而得到岩石渗透性测试数据。
进一步，岩样测试平台包括测试岩样和钢罐，通过无收缩混凝土将测试岩样密封在钢罐中；渗透水输入系统的出水口与钢罐的进水口连通，钢罐的出水口与渗水量采集系统连通，温控系统设置在岩样测试平台的周围。
进一步，所述钢罐为圆柱形，钢罐的两端各设一个法兰盘，分别为进水法兰盘和出水法兰盘，罐体与法兰盘之间为密封连接；在进水法兰盘设有钢罐的进水口，出水法兰盘设有钢罐的出水口。
进一步，所述渗透水输入系统包括储水桶、试压泵、稳压罐、阀门、压力表及输水管路；所述输入动力装置采用试压泵，同时试压泵与稳压罐、输水管路、阀门和压力表组成调压装置。
进一步，所述储水桶通过输水管路与试压泵的进水口连通，试压泵的出水口通过稳压罐经输水管路及阀门与钢罐的进水口连通,压力表分别设置在试压泵的出水口处、稳压罐出水管路处和钢罐的进、出水口处。
进一步，所述温控系统包括大型容器、加热器和温度采集器，岩样测试平台置于大型容器内。
进一步，所述温控系统置于支撑平台上，加热器和温度采集器通过信号联通。
进一步，所述大型容器为不锈钢容器，加热器为电磁加热炉，温度采集器为温度计。
进一步，所述渗水量采集系统包括接水容器和流量数据采集装置；钢罐的出水口置于接水容器内。
进一步，流量数据采集装置包括电子称和摄像机，接水容器置于电子称之上，电子称中设有流量数据信号传输装置，摄像机的摄像头正对着电子称数据显示盘。
进一步，所述输水管路采用高承压橡胶管。
本发明的技术效果如下：
1、可以测定不同温度下岩石的渗透系数；
2、操作便捷简单，岩石测试温度调节控制便捷，可以对温度场对渗流场的影响开展实验验证，摄像机实时记录渗流量，减少蒸发对实验测量造成的误差；
3、特制无收缩混凝土灌注钢罐，减少了渗流测试中渗流体从测试岩样侧壁渗流造成的误差。
附图说明
图1为本发明岩样测试平台的安装过程图。
图2为本发明的结构示意图。
图3为本发明测试曲线图。
附图说明：压力表1，阀门2、岩样测试平台3，钢罐31、测试岩样32、无收缩混凝土33、法兰盘34，支撑平台4，接水容器5，电子称6，输水管路7，试压泵8，储水桶9，摄像机10，温度计11，加热器12，大型容器13，稳压罐14。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步的说明。
如图1所示为岩样测试平台3的安装示意图。如图所示，该安装过程的步骤如下：（Ⅰ）先将高为200mm、直径为85mm的圆柱形特制钢罐31竖直放置；（Ⅱ）在钢罐31的中心位置放置圆柱形测试岩样32；（Ⅲ）在测试岩样32与钢罐31的空隙灌注无收缩混凝土33，保持灌注的无收缩混凝土33与测试岩样32平齐；（Ⅳ）待无收缩混凝土33硬化后，在钢罐3的两端各设一个法兰盘34，分别为进水法兰盘和出水法兰盘，在进水法兰盘中间处设置一个进水口，出水法兰盘中间处设置一个出水口，再将钢罐31中的测试岩样32密封。
经检测法兰盘34与钢罐31密封完好后，岩石样品安装完毕，可以进行变温度测试岩石渗透性的试验。
图2所示的模拟地下深部岩体环境的岩石渗透性测试设备，包括岩样测试平台3、温控系统、渗透水输入系统和渗水量采集系统，渗透水输入系统包括输入动力装置和调压装置及管道。
岩样测试平台3安装在支架的轨道上并浸在加热大型容器13内，岩样测试平台3包括测试岩样32和钢罐31，通过无收缩混凝土33将测试岩样32密封在钢罐31中。渗透水输入系统的出水口与钢罐31的进水口连通，钢罐31的出水口与渗水量采集系统连通，温控系统设置在岩样测试平台3的周围。
渗透水输入系统通过动力装置和调压装置向岩样测试平台3输入稳定压力的水流，温控系统对岩样测试平台3进行温度控制，以达到模拟地下深部岩体的压力和温度环境，再通过渗水量采集系统测定单位时间内的渗水量，从而得到岩石渗透性测试数据。
渗透水输入系统包括储水桶9、试压泵8、稳压罐14、阀门2、压力表1及输水管路7；所述输入动力装置采用试压泵8，试压泵8优选为手动试压泵，同时试压泵8与稳压罐14、输水管路7、阀门2和压力表1组成调压装置。
储水桶9通过输水管路7与试压泵8的进水口连通，输水管路7包括输出橡胶管、进水橡胶管和出水橡胶管；储水桶9和试压泵8通过输出橡胶管连接。试压泵8和岩样测试平台3的进水口通过稳压罐14及进水橡胶管连通，岩样测试平台3的出水口连通出水橡胶管。两个阀门2分别设置在岩样测试平台3两端的进水橡胶管和出水橡胶管上，并分别靠近岩样测试平台3的进水口和出水口。试压泵8的出水口处、稳压罐14出水管路7处和钢罐31的进、出水口处分别设置压力表1。
输水管路7优选采用高承压橡胶管。手动试压泵加压后，观测压力表1的水压数据，由阀门2调节岩样测试平台3两侧的水压差。
温控系统包括大型容器13、加热器12和温度采集器11，岩样测试平台3置于大型容器13内；大型容器13优选为不锈钢容器，加热器12为电磁加热炉，温度采集器11为温度计。温控系统置于支撑平台4上，加热器12和温度采集器11通过信号联通。
渗水量采集系统包括接水容器5和流量数据采集装置；钢罐31的出水口置于接水容器5内。流量数据采集装置包括电子称6和摄像机10，接水容器5置于电子称6之上，电子称6中设有流量数据信号传输装置，摄像机10的摄像头正对着电子称数据显示盘。
从岩样测试平台3的出水口渗流出来的水，滴落于接水容器5内，后被摄像机10记录下瞬时水量数据。
测试的准确性分析：
（1）该测试系统可用于测试渗透系数小于5 ×10-7cm/s或1×10-6cm/s的岩石样品，如图3中的测试曲线。
（2）采用钢密封罐与无收缩混凝土作为试样侧壁，实现了严格密封，解决与避免了侧壁渗漏问题，提高了测试精度。
（3）采用手动试压泵增加渗透压力，可在较大范围内选择并提高渗透压力，解决岩石样品低渗透系数材料渗透系数快速测试问题，提高了测试效率，采用稳压罐保证了测试精度。
（4）试样大小，即试样的直径可在50-100mm范围可任选，高度在100-150 mm可选，钢罐大小可根据工程条件需要制作相应尺寸进行渗透试验。
（5）采用摄像机监测数据，实时采集处理，可减小测量读数等人为影响，提高测量精度，实现无人值守条件下的测试。