[发明专利]实验室快速测定煤矿井下工作面前方煤体渗透率的方法

说明书

技术领域

本发明属于煤矿采掘工作面灾害防治领域，具体涉及一种实验室快速测定煤矿井下工作面前方煤体渗透率的方法。 

背景技术

瓦斯灾害是制约我国煤矿行业安全生产的极大因素，矿井瓦斯引起的爆炸、火灾以及煤与瓦斯突出等问题，一直存在于煤炭生产行业中且较为严重。瓦斯抽放是治理矿井瓦斯灾害的有效手段，通过在煤层中布置抽放钻孔，借助抽放泵在钻孔内部产生负压，将煤层中赋存的瓦斯抽离煤体，从而减小煤层中的瓦斯含量，降低煤层瓦斯压力，可在一定程度上消除矿井瓦斯对煤矿安全生产的潜在威胁。 

抽放钻孔的布置方式，是钻孔抽放瓦斯工艺中重要的一环。钻孔间距过大，会导致瓦斯抽放不充分，而间距过小则会造成成本过高和设备资源的浪费，钻孔深度是否处于煤体裂隙、孔隙发育较佳的范围，同样会影响的瓦斯抽放效果。因此，钻孔间距、钻孔深度的合理布设，是高效率抽放瓦斯的关键；煤体的渗透率值可作为上述抽放工艺参数的参考。综合分析工作面前方不同深度阶段煤体的渗透率特征，可为掘进工作面瓦斯抽放钻孔布置深度、回采工作面瓦斯抽放钻孔布置间距提供可靠依据。而传统情况下现场测定煤体渗透率，工艺繁琐、操作环境差，测定结果同实际渗透值存在较大偏差。 

因此，煤矿生产工作中急需一种快速测定工作面前方煤体渗透率的方法，能够方便快捷的测定煤体渗透率，为钻孔抽放瓦斯工作的参数设定提供可靠依据。 

发明内容

本发明公开了一种实验室快速测定煤矿井下工作面前方煤体渗透率的方法，该方法通过测定工作面前方煤体的采动应力分布状态，绘制在采动作用下工作面前方煤体单元随工作面推进过程中的应力变化曲线，进而编制轴压加载和围压卸载的同步伺服控制程序，利用真三轴渗透率测试系统，准确模拟采动应力作用过程，实现对工作面前方煤体渗透率的快速测定。 

本发明技术方案包括： 

一种测定煤矿井下工作面前方煤体渗透率的方法，包括以下步骤： 

步骤1、测定工作面前方煤体采动应力，其包括以下分步骤： 

a利用计算机将采动影响平面区域划分为网格，并以各网格节点作为测点，在测点处沿工作面走向布置若干个钻孔，各个相邻的钻孔沿工作面走向间距为q，钻孔深度依次为L、 L+1p、L+2p、L+3p、…L+np，其中，L+np<100m，n为非负数； 

b准备实验硬件，所述实验硬件包括采动应力监测系统，所述采动应力监测系统包括系统主机、钻孔应力计、导向杆、调节器和稳压电源； 

c安装实验硬件，接步骤a，用导向杆将钻孔应力计缓慢送入钻孔指定位置，然后注入油压，使应力感应探头与煤岩体主动耦合；井下部分利用矿用通讯电缆连接稳压电源、调制调解器，搭建压力监测分站；地面部分连接系统主机； 

d启动稳压电源，所述钻孔应力计将煤体应力转化为液压油的油压，油压再转化为电信号，最后转为压力传输至系统主机，所述系统主机用于收集监测数据并对其进行分类、处理； 

步骤2、绘制煤体单元应力变化曲线， 

对上述步骤d中监测到的数据进行统计，制作表格，描述工作面前方煤体采动应力σ₁、σ₂、σ₃在煤体深度方向X上的分布，结合理论继而得出工作面前方煤体内部单元所承载的三个方向上采动应力σ₁、σ₂、σ₃在工作面推进过程中不同时刻的应力值，以表格进行记录，根据表格数据，以时间t为横轴，以采动应力值为纵轴，借助MATLAB软件进行曲线拟合，绘制工作面前方煤体单元采动应力随时间t的变化曲线； 

步骤3、编制轴压加载、围压卸载同步伺服控制程序， 

以步骤2中所绘制的煤体单元应力变化曲线为依据，利用Visual C++编程语言编写轴压加载和围压卸载同步伺服控制程序，导入真三轴渗透率测试系统计算机控制装置； 

步骤4、真三轴渗透率测试系统测定煤体渗透率，其包括以下分步骤： 

e制作煤体试件，采集煤样，加工成高度为l，横截面积为A的长方体试件，置于真空干燥箱内，加热烘干，得煤体试件； 

f安装，利用钻孔取芯采样法在工作面布置钻孔，将上述煤体试件装入真三轴渗透率测试试验台；