[发明专利]多维度数据来源的块煤渗透率分析方法、测量装置及方法

权利要求书

1.一种多维度数据来源的块煤渗透率的测量装置，其特征在于，测量装置包括：用于对块煤瓦斯含量测量、随钻参数测量及吸附膨胀变形测量的吸附解吸系统，用于各因素X条件下块煤渗透率及相关变形测量的电液伺服三轴渗流试验装置，向吸附解吸系统及电液伺服三轴渗流试验装置供气的气源系统，对吸附解吸系统及电液伺服三轴渗流试验装置进行抽气的抽真空系统，用于收集吸附解吸系统及电液伺服三轴渗流试验装置内产生的气体的气体收集装置，向瓦斯吸附解吸装置及三轴渗流装置供压的液压泵站，用于控制上述各装置并采集所产生的数据的数据采集控制系统；

所述吸附解吸系统置于高低温试验箱内，并包括用于吸附解吸块煤的吸附罐、具有与吸附罐相同尺寸的用于平衡压力的参考罐；

所述吸附罐内置块煤固定件、用于测量块煤形变的应变片，吸附罐内部的竖直旋转固定有可竖向移动的、内部中空的测温钻杆，该测温钻杆位于所述块煤固定件上方，测温钻杆的底部安装有可更换的切削钻头；吸附罐上方设有具有推力监测功能的推进装置，并通过中空的连接杆与吸附罐内部的测温钻杆通过平面轴承连接，连接杆与吸附罐顶部密封配合；磁力联轴器内永磁体通过平键配合套装在所述测温钻杆上，吸附罐外部设有与磁力联轴器内永磁体配合的可上下移动的磁力联轴器外永磁体，为该磁力联轴器外永磁体提供旋转动力的、且具有监测扭矩大小的动力装置与磁力联轴器外永磁体滚动连接；动力装置、磁力联轴器外永磁体与连接杆同步上下运动；所述切削钻头中空、内置温度传感器，并通过测温钻杆内部空间及连接杆的内部空间导出至吸附罐外部，连接杆中的内部空间的出口处密封处理；

所述参考罐及所述吸附罐均分别通过分气路与主气路连通，且临近参考罐及吸附罐的进出气孔位置的分气路上均设有电磁阀、压力传感器和数显表，主气路与气源系统、抽真空系统、气体收集装置连通；

上述测量装置采用分析方法包括如下步骤：

S1、利用Kozeny-Garman方程渗透率随孔隙率变化关系，不考虑声场、电磁场对渗透率的影响，建立下列渗透率模型：

公式(1)中，K为渗透率，k₀为煤样初始渗透率，e为煤样的体积应变，ε_p为煤样的吸附膨胀应变，βΔT为热应力变形项，K_YΔP为瓦斯压力变形项，为初始孔隙率，Φ为煤样含水率；

S2、将影响目标值渗透率K的因素归为三类，①煤的初始渗透率项X₁，包括含水率X₁₁、温度X₁₂、孔隙-裂隙发育X₁₃、煤的变质程度X₁₄、瓦斯压力X₁₅；②应力变化项X₂，包括地应力变形X₂₁、瓦斯压力变形X₂₂、热应力变形X₂₃、吸附膨胀力变形X₂₄；③加载条件项X₃，包括加载路径X₃₁、加载速率X₃₂；则基于多维数据来源的渗透率预测的数据样本形式为：

K＝f(X₁₁，X₁₂，X₁₃，X₁₄，X₁₅，X₂₁，X₂₂，X₂₃，X₂₄，X₃₁，X₃₂)， (2)

公式(2)中X为训练值分类、函数f表示机器学习算法；

S3、考虑数字钻探过程中的随钻参数X₄₁与岩石力学X₄参数有密切的相关性，采用随钻参数X₄₁表征煤的孔隙-裂隙发育X₁₃；煤的变质程度X₁₄与煤层瓦斯含量X₅存在相关关系，煤层瓦斯含量X₅可以通过测量损失瓦斯量X₅₁、现场解吸瓦斯量X₅₂和残存瓦斯量X₅₃获得；根据公式(2)可以推得：

K＝f(X₁₁，X₁₂，X₁₅，X₂₁，X₂₂，X₂₃，X₂₄，X₃₁，X₃₂，X₄₁，X₅₁，X₅₂，X₅₃) (3)；

S4、通过机器学习的方式，利用公式(3)训练出渗透率K的值。