一种煤岩渗透率测定装置及方法与流程

本发明涉及煤岩渗透率的测定，具体涉及一种适用于井下煤岩渗透率测定的装置及方法。

背景技术：

岩土的渗透率就一直是国内外流体力学、岩土力学、土木工程、石油工程和采矿工程等领域的研究热点，煤层渗透率的关注则始于对原位煤层瓦斯涌出的研究。煤岩体渗透性是矿井瓦斯防治和煤层气开采的重要参数，其大小决定了抽采的难易程度；钻孔密封材料在煤岩裂隙中的渗流规律对于钻孔密封材料的研发具有积极的推动作用。现存煤岩裂隙实验室装置多集中在煤岩体渗透率的测定，少有兼顾钻孔密封浆液渗流规律的精确测定。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种适用于实验室封孔浆液及其他密封浆液的渗透曲线及煤岩体渗透率的测定装置及方法，在兼顾煤岩体渗透率科学动态测定的基础上，同时测定钻孔密封材料的渗透曲线，提高当前实验室对于封孔浆液渗流规律的研究深度。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种煤岩渗透率测定装置，包括计算机、数据采集器、注浆泵、试块夹持及压力加持装置、压力控制器、注浆管和若干传感器，试块夹持及压力加持装置与压力控制器相连，注浆泵与注浆管相接，注浆管的前端依次设置有三通阀，单向阀，压力表，密封圈，注浆管的末端具有若干出浆口，传感器与数据采集器相连，数据采集装置与计算机相连。

作为本发明进一步改进的计数法方案，所述传感器对称分布于所述注浆管两侧，且每个所述注浆口两侧对称分布两个传感器，所述注浆管两侧的传感器与所述注浆管的直线距离沿预定梯度增加。

作为本发明进一步改进的计数法方案，所述注浆管两侧的传感器各有13个。

作为本发明进一步改进的计数法方案，所述浆液为混合液体、粘液或柔性膏体。

一种煤岩渗透率的测定方法，包括以下步骤，

s1：制作试块，试块上预留注浆孔和传感器埋入测点；

s2：将传感器对称埋入试块中，并将传感器连接到数据采集装置上，再将数据采集装置与计算机相连；

s3：将试块固定于试块夹持及压力加持装置上，并将试块夹持及压力加持装置连接到压力控制器上；

s4：将注浆管插入试块中，并将注浆管固定于试块夹持及压力加持装置的底端，之后旋紧密封圈，关闭三通阀，接通注浆泵；

s5：将压力控制器调至设定压力；

s6：打开注浆泵开关，打开三通阀，通过注浆管向试块内注入浆液；

s7：当压力表达到设定压力时停止注浆，关闭三通阀；

s8：采集浆液渗透至煤岩体孔隙裂隙l深度时的压力差pt和时间t，计算出浆液的渗透曲线和煤岩的渗透率。

作为本发明进一步改进的计数法方案，所述步骤s9中，通过公式(1)计算出浆液的渗透曲线和煤岩的渗透率：

其中，l-t时刻封闭浆液的渗透距离，m；

μ-浆液的运动粘度，m³/s；

g-重力加速度，m/s²；

k-煤岩体的渗透性系数，md，1md＝9.8697×10^-16m²；

pt-渗透至煤岩距离l深处的压力差；

c1-与煤岩体及外加环境条件有关常数。

作为本发明进一步改进的计数法方案，计算机输出数据为t时刻渗透至煤岩体的深度l和压力pt，输出图形为渗透曲线l随lnt变化的曲线l-lnt或压力pt随lnt变化的曲线pt-lnt，通过l-lnt曲线或pt-lnt曲线得密封浆液在煤岩体裂隙中的渗透曲线，通过计算l-lnt曲线或pt-lnt曲线的斜率得煤岩的渗透率k。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明的一种煤岩渗透率测定装置，通过调节试块夹持方向如水平、竖直以及特定角度，可实现现场的水平孔，上行孔和下行孔的浆液渗流规律的测定；通过调节不同注浆压力和加载不同轴压围压值，可实现更广泛的渗流规律的测定；通过调整不同的传感器埋入试块的横向距离和竖直距离对煤岩渗透率的更为精确的测定；本发明的一种煤岩渗透率测定方法，亦可得出l-lnt曲线或pt-lnt曲线，在浆液粘度u已知的情况下可通过l-lnt曲线或pt-lnt曲线斜率求出煤岩体的渗透率k。

附图说明

图1为本发明实施例1和2中的一种煤岩渗透率测定装置的系统图；

图2为本发明实施例1和2中压力加持及试块夹持系统图；

图3为本发明实施例1和2中的煤岩体试块注浆方式及传感器埋设位置图；

以上图1-3中：1-三通阀，2-单向阀，3-压力表，4-密封圈，5-注浆管，6-出浆口，7-试块，8-传感器，9-试块夹持及压力加持装置，10-数据采集装置，11-压力控制器，12-计算机，13-注浆泵。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行进一步的说明。

实施例1

如图1-3所示，一种煤岩渗透率测定装置，包括计算机12、数据采集装置10、注浆泵13、试块夹持及压力加持装置9、压力控制器11、注浆管5和若干传感器8。试块夹持及压力加持装置9与压力控制器11相连，注浆泵13与注浆管5相接，注浆管5的前端依次设置有三通阀1，单向阀2，压力表-3，密封圈4，注浆管5的末端具有若干出浆口6，传感器8与数据采集装置10相连，数据采集装置10与计算机12相连。

进行煤岩渗透率测定时，注浆管5伸入试块7中，传感器8在试块7上对称于注浆管5分布。每个出浆口6对称设置2个传感器8。注浆管5两侧的传感器8与注浆管5的直线距离沿一定梯度增加。

实施例2

使用实施例1中的煤岩渗透率测定装置进行渗透率测定的方法，包括以下步骤：

a.制作试块7，试块7中预留与注浆管5孔径相匹配的注浆孔和26个传感器8埋入测点；

b.将传感器8对称埋入试块7中，并将传感器8连接到数据采集装置10上，打开计算机12，调试参数；

c.将试块7固定于试块夹持及压力加持装置9上，再将试块夹持及压力加持装置9连接到压力控制器11上；

d.将注浆管5插入试块7中，并将其固定于试块夹持及压力加持装置9的底端，旋紧密封圈4，关闭三通阀1，接通注浆泵13；

e.将压力控制器11调到设定压力；

f.打开三通阀1，开启注浆泵13，通过注浆管5向试件7内注入浆液；

g.当压力表3显示达到设定压力时停止注浆，关闭三通阀1；

h.保存测定装置同步至计算机12的数据，如，每个测点的压力差pt，密封浆液渗透到每个测点的时间t，以及渗透曲线。

i.卸去压力控制器11的加持压力，打开三通阀1，卸去浆液，旋松密封圈4，取出注浆管5，清洗。

浆液的渗透曲线和煤岩的渗透率通过公式(1)计算出：

其中，l-t时刻封闭浆液的渗透距离，m；

μ-浆液的运动粘度，m³/s；

g-重力加速度，m/s²；

k-煤岩体的渗透性系数，md，1md＝9.8697×10^-16m²；

pt-渗透至煤岩距离l深处的压力差；

c1-与煤岩体及外加环境条件有关常数；

计算机输出数据为t时刻渗透至煤岩体的深度l和压力pt，输出图形为渗透曲线l随lnt变化的曲线l-lnt或压力pt随lnt变化的曲线pt-lnt，通过l-lnt曲线或pt-lnt曲线得密封浆液在煤岩体裂隙中的渗透曲线，通过计算l-lnt曲线或pt-lnt曲线的斜率得煤岩的渗透率k。

需要说明的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都属于本发明所附权利要求的保护范围。