(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210818659.2 (22)申请日 2022.07.12 (71)申请人 中国地质大 学 （北京） 地址 100083 北京市海淀区学院路2 9号 (72)发明人 季淮君　刘旭　胡少斌　颜正勇　 (74)专利代理 机构 南京灿烂知识产权代理有限 公司 323 56 专利代理师 赵丽 (51)Int.Cl. G01N 3/307(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 一种瞬态高压气动力冲击破坏煤岩微结构 试验装置及使用方法 (57)摘要 本发明公开了一种瞬态高压气动力冲击破 坏煤岩微结构试验装置， 包括气动力冲击釜、 致 裂管、 激发件、 第一注气管、 三通接头、 高压针阀、 第一温度传感器、 第二温度传感器、 压力传感器、 下段限制环、 上段限制环、 注塑密封盖和密封件。 本发明还公开了一种瞬态高压气动力冲击破坏 煤岩微结构试验装置的使用方法。 本发明能够实 现在瞬态高压气体对煤岩试样微结构的冲击破 坏， 为后续研究冲击作用对试样微结构破坏的规 律、 机理等工作提供实验支撑， 同时可实现对致 裂冲击过程中气体温度和压力的实时精确监测， 进而分析不同情况下致裂效果与致裂能量关系， 为实现瞬态高压气动力冲击致裂技术的精准致 裂、 高效致裂等目标提供实验研究基础。 权利要求书4页 说明书10页 附图4页 CN 115266421 A 2022.11.01 CN 115266421 A 1.一种瞬态高压气动力冲击破坏煤岩微结构试验装置， 其特征在于， 包括呈筒状的气 动力冲击釜 （1） ； 第一上端盖 （1 ‑1） 和第一下端盖 （1 ‑2） 分别活动连接于所述气动力冲击釜 （1） 的上 下两端； 所述气动力冲击釜 （1） 的侧壁中部设置有第一温度传感器 （9） ； 所述气动力冲击釜 （1） 内部设置有致裂管 （2） ， 第二上端盖 （2 ‑1） 和第二下端盖 （2 ‑2） 分 别活动连接于所述致裂管 （2） 的上下两端； 所述第二上端盖 （2 ‑1） 通过第一导线 （13） 连接悬 空于所述致裂管 （2） 内部的激发件 （3） ； 所述第二上端盖 （2 ‑1） 上还设置有第二温度传感器 （10） ； 所述第二下端盖 （2 ‑2） 连接第一注气管 （4） 的内段， 所述第一注气管 （4） 向外穿过第一 下端盖 （1 ‑2） 后通过三通接头 （5） 分别与压力传感器 （7） 和高压针阀 （6） 相连， 所述高压针阀 （6） 与注气装置相连； 所述致裂管 （2） 的管体外壁中部通过切削获得薄弱部 （2 ‑8） ； 所述气动力冲击釜 （1） 的 内壁与所述致裂管 （2） 的外壁之间设置有上段限制环 （11） 和下段限制环 （8） ， 所述薄弱部 （2‑8） 的外壁、 所述气动力冲击釜 （1） 的内壁、 所述上段限制环 （11） 的下表面和所述下段限 制环 （8） 的上表面之间围成用于 压实粉状或颗粒状煤岩试样的空间； 所述第一温度传感器 （9） 、 所述第二温度传感器 （10） 和所述压力传感器 （7） 均与数据采 集仪相连， 所述数据采集仪与计算机相连； 所述第一 导线 （13） 与激发装置相连。 2.根据权利要求1所述的一种瞬态高压气动力冲击破坏煤岩微结构试验装置， 其特征 在于， 所述第一 导线 （13） 包括带绝 缘层的单芯铜导线。 3.根据权利要求1所述的一种瞬态高压气动力冲击破坏煤岩微结构试验装置， 其特征 在于， 所述注气装置、 第一 温度传感器 （9） 、 第二 温度传感器 （10） 、 压力传感器 （7） 、 数据采集 仪和计算机均 与电源相连。 4.根据权利要求1所述的一种瞬态高压气动力冲击破坏煤岩微结构试验装置， 其特征 在于， 所述气动力冲击釜 （1） 材 料为耐高压不锈钢。 5.根据权利要求1所述的一种瞬态高压气动力冲击破坏煤岩微结构试验装置， 其特征 在于， 所述 致裂管 （2） 的管体由无 缝钢管加工制成。 6.根据权利要求1所述的一种瞬态高压气动力冲击破坏煤岩微结构试验装置， 其特征 在于， 所述激发件 （3） 由聚能剂和点火头组成； 所述点火头埋于聚能剂中心， 所述点火头与 所述第一 导线 （13） 相连。 7.根据权利要求1所述的一种瞬态高压气动力冲击破坏煤岩微结构试验装置， 其特征 在于， 所述第一注气管 （4） 为不锈钢气管； 所述上段限制环 （11） 和下段限制环 （8） 的材质均 为铁。 8.一种瞬态高压气动力冲击破坏煤岩微结构试验装置， 其特征在于， 包括呈筒状的气 动力冲击釜 （1） ； 所述气动力冲击釜 （1） 的上 下两端均为第一连接端； 所述第一连接端的内壁与所述气动力冲击釜 （1） 的内壁形成一级阶梯状； 所述第一连 接端的内径大于所述气动力冲击釜 （1） 中部的内径； 所述第一连接端上设置有螺纹； 第一上端盖 （1 ‑1） 和第一下端盖 （1 ‑2） 分别螺纹连接于所述气动力冲击 釜 （1） 的上下两 端；权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115266421 A 2所述第一上端盖 （1 ‑1） 和第一下端盖 （1 ‑2） 均为阶梯状的圆台型， 所述第一上端盖 （1 ‑ 1） 包括一体连接的、 位于上端的一级圆台和位于下端的二级圆台； 所述一级圆台的直径小 于二级圆台的直径， 所述二级圆台与所述第一连接端螺纹连接， 位于所述二级圆台下方 的 所述第一连接端与注塑密封 盖 （12） 相连； 所述注塑密封 盖 （12） 中心贯 穿埋入四根第二 导线 （17） ； 所述第一下端盖 （1 ‑2） 包括一体连接的、 位于上端的、 与所述气动力冲击釜 （1） 的内壁 相接触的三级圆台和位于下端的、 与所述第一连接端螺纹连接的四级圆台； 所述三级圆台的外壁上设置有第一环形凹槽 （1 ‑5） ， 所述第一环形凹槽 （1 ‑5） 内设置有 第一密封件； 所述第一上端盖 （1 ‑1） 上贯穿有导线引出孔 （1 ‑6） ； 所述第一下端盖 （1 ‑2） 上从上到下设置有相连通的第一注气管孔 （1 ‑7） 和第一螺纹孔 （1‑4） ； 所述气动力冲击釜 （1） 的侧壁设置有第一温度传感器接口 （1 ‑3） ； 所述第一温度传感器接口 （1 ‑3） 内设置有第一温度传感器 （9） ， 所述第一温度传感器 （9） 与数据采集仪相连， 所述数据采集仪与计算机相连； 所述气动力冲击釜 （1） 内部设置有呈筒状的致裂管 （2） ； 所述致裂管 （2） 上 下两端均为第二连接端； 所述第二连接端上设置有螺纹； 所述第二连接端的内壁与所述致裂管 （2） 的内壁形成一级阶梯状； 所述第二连接端的 内径大于所述 致裂管 （2） 中部的内径； 第二上端盖 （2 ‑1） 和第二下端盖 （2 ‑2） 分别螺纹连接 于所述致裂管 （2） 的上 下两端； 所述第二上端盖 （2 ‑1） 和第二下端盖 （2 ‑2） 均为阶梯状的圆台型， 所述第二上端盖 （2 ‑ 1） 包括一体连接的、 位于上端的、 与所述第二连接端螺纹连接的五级圆台和位于下端的、 与 所述致裂管 （2） 的内壁相接触的六级圆台； 所述第二下端盖 （2 ‑2） 包括一体连接的、 位于上端的、 与所述致裂管 （2） 的内壁相接触 的七级圆台和位于下端的、 与所述第二连接端螺纹连接的八级圆台； 所述六级圆台和所述七级圆台的外壁上分别设置有第二环形凹槽 （2 ‑6） 和第三环形凹 槽 （2‑7） ， 所述第二环形凹槽 （2 ‑6） 和所述第三环形凹槽 （2 ‑7） 内分别设置有第二密封件和 第三密封件； 所述致裂管 （2） 的管体外壁中部通过切削获得薄弱部 （2 ‑8） ； 所述第二上端盖 （2 ‑1） 下部对称开两个用于穿过第一导线 （13） 的导线孔 （2 ‑10） ， 两所 述导线孔 （2 ‑10） 分别向上延伸开有第二螺纹孔 （2 ‑4） 和第三螺纹孔 （2 ‑5） ； 所述第二上端盖 （2 ‑1） 中心贯 穿有第二温度传感器接口 （2 ‑9） ； 所述第二温度传感器接口 （2 ‑9） 内设置有第二温度传感器 （10） ； 所述第二下端盖 （2 ‑2） 中心上部开有第二注气管孔 （2 ‑11） ， 所述第二下端盖 （2 ‑2） 中心 下部开有第四螺纹孔 （2 ‑3） ， 所述第二注气管孔 （2 ‑11） 和所述第四螺纹孔 （2 ‑3） 相连通； 所述致裂管 （2） 内部设置有激发件 （3） ； 所述激发件 （3） 由聚 能剂和点火头组成； 所述第一导线 （13） 与所述点火头相连后贯穿所述第二上端盖 （2 ‑1） 与注塑密封盖 （12）权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115266421 A 3