一种不同含水饱和度煤体复电性频散特征的测量方法与流程

本发明属于煤炭的地质勘探技术领域，尤其涉及一种不同含水饱和度煤体复电性频散特征的测量方法。

背景技术：

煤矿瓦斯抽采是防范煤矿瓦斯事故，促进煤矿安全生产有力保障。瓦斯抽采的难易程度与煤层渗透性有很大关系。水力压裂可以提高煤层渗透性，而如何采用一种简捷快速的方法来评价水力压裂压开效果，是当下我们关注的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种不同含水饱和度煤体复电性频散特征的测量方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种不同含水饱和度煤体复电性频散特征的测量方法，采集1-n块煤样，n为自然数，分别标记为1^#-n^#煤样，对1^#-n^#煤样按照相同方法分别进行测量，测量均包括如下步骤：

步骤s1：将煤样加工成边长为60mm的正方体煤块，对加工好的煤样进行烘干操作；然后将干燥后的煤样放至干燥塔中晾至室温，煤样称重后再放入干燥塔中；

步骤s2：将步骤s1中干燥的煤样完全浸入蒸馏水中，每隔时间t使用电子天平称重，在常温常压下，采用阻抗测量仪，对含水煤样进行复电性测量，测量完毕后再将煤样放入蒸馏水中，直至72小时后称重不再发生变化；

步骤s3：运用origin软件，采用对数坐标系，绘制r-hz-x双y轴曲线，将步骤s2中的测量数据进行多项式曲线拟合，得到不同含水煤样的复电性频散特征曲线；

步骤s4：分析步骤s3中的不同含水煤样的复电性频散特征曲线。

作为优选，在步骤s1中，使用干燥箱，对加工好的煤样进行烘干操作，干燥箱的温度设置为105度，每隔1个小时从干燥箱中拿出煤样进行称重一次，直至煤样的质量变化小于0.01克或质量不再减少时为止，视此时煤样为干燥状态，饱和度记为0。

作为优选，所述的干燥箱采用dhg-914ca电热恒温鼓风干燥箱。

作为优选，在步骤s2中，在常温常压下，采用阻抗测量仪和固定装置对含水煤样进行复电性测量；所述的固定装置包括龙门框架，龙门框架的内腔的底部设有紫铜导体，煤样设在紫铜导体的上端面，煤样的上端面设有紫铜导体，煤样上端的紫铜导体的上端面设有尼龙绝缘层，龙门框架的上端设有调节旋扭，调节旋扭的下端与尼龙绝缘层连接；两个紫铜导体分别通过导线连接阻抗测量仪的测量信号输入端。

作为优选，所述的阻抗测量仪采用lcr3533-01阻抗测量仪，先对阻抗测量仪进行一个小时的预热；然后点击阻抗测量仪的补偿按钮，阻抗测量仪自动进行补偿，以提高测量精度；将频率范围调为1hz-200khz，测量参数设置为r和x，测量含水煤样的复电性阻抗实部r、虚部x的值各200点，测量完毕后再将煤样放入蒸馏水中。

作为优选，在步骤s3中，将阻抗实部r、虚部x各200点和其对应的频率f变化值输入origin软件，以频率f为横坐标，阻抗实部r、虚部x为纵坐标，采用对数坐标系，生成r-hz-x双y轴散点图，采用origin最高多项式拟合次数9次多项式曲线拟合，使r²>0.95，近似认为拟合曲线为散点图规律曲线，得到不同含水煤样的复电性频散特征曲线，将不同饱和度下煤样的x随f变化曲线绘制在一张图上。

作为优选，在步骤s4中，分析不同煤样的不同含水饱和度煤体复电性频散特征曲线，r随着频率f增大而减小，x随着频率f呈现三段式规律，且随着煤样含水饱和度增加，煤样阻抗虚部x曲线逐渐下降。

作为优选，所述的n=4，煤样包括1^#煤样、2^#煤样、3^#煤样及4^#煤样，1^#煤样为无烟煤，2^#煤样为贫瘦煤，3^#煤样为焦煤，4^#煤样为肥煤。

本发明具有的优点是：

本发明采用复电性测量方法，测量不同含水饱和度下煤体复电性频散特征，进而将水力压裂压开效果与复电性相联系，没有压开时对应的是干燥水，而完全压开时对应的便是饱和水，半压开状态也可根据其复电性参数对应的含水饱和度区间估算出其半压开效果。根据不同含水饱和度下煤体复电性特征不同，通过测量煤体复电性特征，结合其与对应煤体的含水饱和度关系，进而可以用来分析水力压裂效果，为井下提高煤层渗透性提供技术支持及实验支撑。

附图说明

图1是本发明中的阻抗测量仪和固定装置的连接示意图；

图2是本发明中的1^#煤样在某一含水饱和度下阻抗实部r和虚部x下煤体频散特征曲线；

图3是本发明中的1^#煤样不同含水饱和度煤体x随f的频散特征曲线；

图4是本发明中的2^#煤样不同含水饱和度煤体x随f的频散特征曲线；

图5是本发明中的3^#煤样不同含水饱和度煤体x随f的频散特征曲线；

图6是本发明中的4^#煤样不同含水饱和度煤体x随f的频散特征曲线；

图7是本发明中的煤体复电性频散特征曲线规律。

1为lcr3533-01阻抗测量仪，2为四端对结构，3为煤样，4为紫铜导体，5为尼龙绝缘结构，6为龙门框架，7为调节旋扭。

具体实施方式

如图1-3所示，采集无烟煤煤样，标记为1^#煤样，对1^#煤样进行测量，测量包括如下步骤：

步骤s1：将1^#煤样加工成60mm的正方体的煤块，使用dhg-914ca电热恒温鼓风干燥箱，对加工好的1^#煤样进行烘干操作。温度设置为105度，每隔1个小时从干燥箱中拿出1^#煤样进行称重一次，直至1^#煤样的质量变化小于0.01克或质量不再减少时为止，视此时1^#煤样为干燥状态，饱和度记为0。然后将此干燥1^#煤样放至干燥塔中晾至室温，称重后放入干燥塔中。

步骤s2：将1^#煤样完全浸入蒸馏水中，每隔6h使用电子天平称重，在常温常压下，采用lcr3533-01阻抗测量仪和固定装置对含水1^#煤样进行复电性测量。先对阻抗测量仪进行一个小时的预热。然后点击阻抗测量仪的补偿按钮，阻抗测量仪自动进行补偿，以提高测量精度。将频率范围调为1hz-200khz，测量参数设置为r和x，电压为1v。固定装置包括龙门框架，龙门框架的内腔的底部设有紫铜导体，1^#煤样设在紫铜导体的上端面，1^#煤样的上端面设有紫铜导体，1^#煤样上端的紫铜导体的上端面设有尼龙绝缘层，龙门框架的上端设有调节旋扭，调节旋扭的下端与尼龙绝缘层连接；两个紫铜导体分别通过四端对结构连接阻抗测量仪的测量信号输入端，四端对结构可以降低误差，测量含水1^#煤样复电性阻抗实部r、虚部x的值各200点，测量完毕后再将1^#煤样放入蒸馏水中，直至72小时后称重不再发生变化，即认为1^#煤样含水达到饱和。

步骤s3：将阻抗实部r、虚部x各200点和其对应的频率变化值输入origin软件，以频率为横坐标，阻抗实部r、虚部x为纵坐标，采用对数坐标系，生成r-hz-x双y轴散点图，采用origin最高多项式拟合次数9次多项式曲线拟合，使r²>0.95，近似认为拟合曲线为散点图规律曲线，得到不同含水1^#煤样的复电性频散特征曲线，将不同饱和度下煤体的x随f变化曲线绘制在一张图上。

步骤s4：分析不同含水饱和度煤体复电性频散特征曲线，r随着频率f增大而减小，x随着频率f呈现三段式规律，且随着煤体含水饱和度增加，煤体阻抗虚部x曲线逐渐下降。

如图1、4所示，采集贫瘦煤煤样，标记为2^#煤样，对2^#煤样按照步骤1-4进行测量。

如图1、5所示，采集焦煤煤样，标记为3^#煤样，对3^#煤样按照步骤1-4进行测量。

如图1、6所示，采集肥煤煤样，标记为4^#煤样，对4^#煤样按照步骤1-4进行测量。

表1

表1为了使方法具有适用性，分别采集不同变质程度的煤种作为1^#-4^#煤样，分别在不同含水饱和度下测其复电性频散特征，其测量结果分别对应图3-6。根据多种不同变质程度煤样的复电性频散特征曲线，其曲线规律如图7所示：ab为低频阶段，对应的时间较长，有充足的时间发生极化，x随f增大而降低，此阶段为激发极化；bc为中频阶段，激发激化逐渐减弱，x随f增大而增大，此阶段为电磁感应；cd为高频阶段，x随着f增大而减小，此阶段为介电极化。符合岩石电性频散特征，为复电性进行煤岩勘探打下坚实的实验基础。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。