实验室快速测定煤矿井下工作面前方煤体渗透率的方法

摘要

本发明公开了一种测定煤矿井下工作面前方煤体渗透率的方法，属于煤矿采掘工作面灾害防治领域。其首先通过在现场对煤矿采动应力监测系统测定，得到工作面前方煤体的采动应力分布曲线，并结合工作面推进速度，绘制出工作面前方一定距离处煤体单元在工作面推进过程中所受采动应力的变化曲线；然后利用Visual C++编程语言编制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，进而通过真三轴渗透率试验模拟随工作面推进，工作面前方一定距离的煤体单元的采动应力变化过程，最终得到随工作面推进时煤体单元的渗透率值及其变化规律。本发明方法可准确、快速地测定掘进工作面和回采工作面前方煤体的渗透率。

主权项

一种测定煤矿井下工作面前方煤体渗透率的方法，其特征在于，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为钻孔数量，p为钻孔沿工作面横向方向间距；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、调节器，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三个方向上采动应力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；g启动，启动计算机控制装置，所述煤体三个方向上采动应力初始值按照煤层准静水压力状态进行设定，即σ₁＝σ₂＝σ₃＝γh，施加瓦斯气体压力，进气端瓦斯压力P₁为煤层瓦斯压力，出气端瓦斯压力P₂为工作面附近气压，γ代表岩石的容重，h代表煤层的埋藏深度；h运行，运行轴压加载和围压卸载同步伺服控制程序，在时间t内完成采动应力作用过程的模拟，当气体排出速度稳定后，测定瓦斯渗流量Q₀，结合理论计算煤体试件渗透率K，即得工作面前方深度为L处煤体单元的渗透率。