[发明专利]利用波速衰减精确测量润湿范围的试验方法

说明书

本发明公开了一种利用波速衰减精确测量润湿范围的试验方法，包括试样准备；基础测试；试件钻注水孔；球形声发射仪安装；安装注水管；安装注水孔的原煤试样在真三轴试验测试装置上安装；施加三轴应力；注水试验；波速测试；润湿范围反算；同组其它试验；整理试验数据。选用六面体及圆柱体两组不同的原煤试件进行试验，通过基础测试建立润湿区域与波速之间的关系式，再将六面体试件置于专用的真三轴试验测试装置中，巧妙利用六面体试件中部带圆形声发射仪与周边的多个声发射仪之间的距离和激发信号接收时间差，进行润湿范围反算，用于研究注水润湿参数影响扩散半径的作用机理，为有效分布注水钻孔，提高经济效益奠定理论基础。

技术领域

本发明属于煤岩试样室内试验技术领域，具体涉及一种利用波速衰减精确测量润湿范围的试验方法。

背景技术

随浅部煤炭资源的日渐枯竭，深部煤炭资源成为开发主体，但随开采深度增加，地应力与瓦斯压力都随之增加，将直接导致煤层开采过程中产生的煤尘浓度的大幅上升。回采前预先注水湿润煤体，是降低煤层开采时粉尘产生量的最有效方法，是煤矿防尘的最基本、最主要的措施之一。煤体湿润效果的好坏主要反映在煤的润湿程度上(即煤的水分含量)，煤的润湿程度越高，煤层开采时的产尘量就会越小，有利于煤矿防尘，反之，产尘量会越大，将增大煤矿防尘的难度。

煤体润湿范围作为重要的润湿评价参数，主要靠理论计算或数值模拟，主要流程是通过单个钻孔煤层注水试验，测定注水钻孔周围煤体含水率的变化，由此计算煤体湿润半径，进而确定煤层注水钻孔的布置。但实际应用过程中上述方法工序复杂，且以经验指导为主，具有较大的不确定性。

煤岩介质超声技术是近几十年来发展起来的测量技术之一。通过测量超声波穿透介质后的参数变化，间接探讨了这些介质的力学和结构特性、速度、衰减系数、波形、频率、振幅等。在这些参数中，超声波的波速特性可以在一定程度上反映煤岩的应力状态和含水量，但现有超声测量布置位置、试验方法步骤上还存在局限性，影响测量结果的准确性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用真三轴的试验装置，结合波速衰减特性，提出一种利用波速衰减精确测量润湿范围的试验方法，用于研究注水润湿参数影响扩散半径的作用机理，为有效分布注水钻孔，提高经济效益奠定理论基础。

为此，本发明所采用的技术方案为：一种利用波速衰减精确测量润湿范围的试验方法，包括以下步骤：

步骤一、试样制备；

将原煤块体切割成六面体及圆柱体各两组，然后分别通过磨床进行加工，使其端面平整度为±0.02mm以内，在105±15°温度下烘干24±4小时后，冷却至常温备用；

步骤二、基础测试；

将圆柱体的原煤试件分别浸泡在不同深度的水容器中48±4小时，所述水容器的顶部、底部分别设置有声发射仪，使原煤试件浸泡于水中部分充分润湿，打开声发射仪，测得两声发射仪之前的波速变化，建立润湿区域与波速之间的关系式：v＝f(a)，v为波速，a为润湿区域厚度；

步骤三、试件钻注水孔；

用钻机在六面体的原煤试件顶部居中位置处钻竖直延伸的注水孔，钻孔结束后，利用半圆钻头将注水孔底部打磨成半圆形；

步骤四、球形声发射仪安装；

将球形声发射仪表面涂抹凡士林，利用软木棍轻轻按压其至注水孔底部，并保证球形声发射仪与注水孔底部半圆贴合密实；

步骤五、安装注水管；

选取外径与注水孔直径相等，长度比注水孔深度小8—12mm的注水管，并在注水管外壁均匀涂抹硅橡胶，将注水管插入注水孔内，通过硅橡胶密封注水管外壁与注水孔之间的缝隙，然后在注水孔口部安装万向密封接头；

步骤六、安装注水孔的原煤试样在真三轴试验测试装置上安装；