[发明专利]加压过程中井下水与煤试样的结构性测试装置及方法

说明书

本发明公开了一种加压过程中井下水与煤试样的结构性测试装置及方法。该装置包括标定罐体、设置在标定罐体上端的加压活塞、与标定罐体连接的快速加热装置和安装在标定罐体内部的测量装置；测量装置包括测压管、环向电阻率测试电极、垂向电阻率测试电极、自动化数据采集仪、电阻率采集仪。本发明通过测试电极测得试样的电阻率，获得不同工况下煤样和水样垂向和横向电阻率随压力变化的数据，进而分析各组数据的内在联系，绘制出电阻率与压力的特形曲线。本发明能为井下排除假异常体提供分析数据，对确保地下工程结构长期安全性具有重要作用。

技术领域

本发明涉及一种加压过程中井下水与煤试样的结构性测试装置及方法，属于矿业工程技术领域。

背景技术

近些年来，随着开采深度的增加，矿井水害已经成为制约煤矿安全生产的主要威胁之一。加之早期小煤矿开采无序，形成较多的老空区，由此产生的老空区积水给矿山开采带来极大的安全威胁。另外，矿井水文地质条件复杂，裂隙水、断裂水也对煤矿安全生产构成威胁。针对此水害问题，部分煤矿一直采用钻探或巷探手段来进行探放水工作，但仅凭“一孔一巷之见”难以排除水患，且效率低、成本高。

国内外对煤层结构的测试技术已进行了大量研究，开发了用于物探的多种设备。通过上述的各种技术手段所获得的数据，根据所测出来的数据与井下的实际情况相对比，目前还是有许多数据不准确，存在假异常体无法排除的情况。针对这种情况，本装置采用直流电法进行改进，直流电法在北方矿井水害防治中的成熟应用，费用低廉且效果较好。作为井下强干扰环境水害探测的优选方法之一，得到很大发展。因此先进行物探测试，再配以钻探或巷探，探放水工作就能取得较满意的效果。

发明内容

本发明旨在提供一种加压过程中井下水与煤试样的结构性测试装置及方法，采用直流电法，分别对煤样、水样、水样加煤样，分别测定其电阻率，然后绘制出电阻率随着压力变化曲线并分析其规律。

本发明提供了一种加压过程中井下水与煤试样的结构性测试装置，包括标定罐体、设置在标定罐体上端的加压活塞、与标定罐体连接的快速加热装置和安装在标定罐体内部的测量装置；

标定罐体用于装载受试水样及煤样，设置有连通罐体内外的安装孔，加压活塞安装在标定罐体的顶端开口处，并能上下自由滑动，加压活塞上设置有竖直方向的预留通孔；快速加热装置设置在标定罐体的下部且紧贴标定罐体外表面布置；测量装置包括测压管、环向电阻率测试电极、垂向电阻率测试电极、自动化数据采集仪、电阻率采集仪，所述测压管通过安装孔放置到受试煤体中，环向电阻率测试电极、垂向电阻率测试电极均匀分布在标定罐体四周；环向电阻率测试电极是围绕罐体一圈、垂向电阻率测试电极是在罐体外侧自上而下，360度全方位监测试样变化。

上述装置中，标定罐体的外侧横向环绕设置有多道环形钢护环。起保护罐体作用，防止压力超限，将罐体撑裂。

上述装置中，标定罐体的外壁上沿圆周均匀设置四组安装孔阵列，每组安装孔阵列包括8个安装孔，各安装孔为测试元件导线的通道。所述的安装孔一共有32个，标定罐体分为四层，由上至下分别为1、2、3、4层，如图3所示，分为四个区域，顺时针ABCD区域，如图二所示。）

上述装置中，加压活塞上沿圆周方向均匀分布有8个预留安装孔，作为安装电极孔。

上述装置中，测量装置中的环向电阻率测试电极，每层包括8个沿圆周方向均匀布置的环向电阻率测试电极；垂向电阻率测试电极分组设置在罐体的顶部和底部，每组包括8个沿圆周方向均匀布置的垂向电阻率测试电极。

上述装置中，标定罐体采用高强绝缘耐热塑料制造成圆柱体，尺寸为Φ55mm*400mm；

上述装置中，加压活塞与罐体接触处设置两道U型槽，内嵌有环形密封圈。

本发明提供了地下高承压水与煤在加压过程下水与煤结构性测试方法，采用上述地下高承压水与煤在加压过程下水与煤结构性结构性测试装置，包括以下步骤：