[发明专利]一种煤层渗透率快速气测的试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测定煤层渗透性的试验装置，及一种测定方法；尤其涉及一种煤层渗透率快速气测的试验装置，以及煤层渗透率快速气测的方法。

背景技术

煤体作为一种多孔介质，具有一定的渗透性，即一定颗粒的流体可以向煤体内渗透，甚至从煤体内流过、传递到下一种介质中。煤更作为一种天然形成的固体，其中赋存着瓦斯与水分。煤层渗透率，作为描述煤层注水难易程度的常用指标，也作为煤层内瓦斯流动难易程度的重要物性参数，它反映了当注水时进入煤体裂隙、孔隙的难易程度。由于煤层的裂隙组成情况很复杂，使煤层的运水性在各个局部及各个方向上有很大差别，只有采用反映某一区域的综合平均的渗透性数值，才能比较真实地表示煤层渗透性能。同时，随着采煤技术及其装备的迅速发展，高产高效工作面逐年增加，对煤层及其覆岩的反复扰动程度也越来越强烈，在这种高强度开采活动的影响下，采动煤体的渗透率将如何变化？，其变化具有哪些规律？，这是研究高强度开采煤层瓦斯运移规律以及高强度开采条件下瓦斯灾害治理和控制首要解决的问题。

在煤体渗透率研究领域，有不少专家提出了多种研究方法，目前应用比较普遍的是实验室渗流实验方法，但这种方法存在着一定的缺陷：①煤体样本的采出破坏了煤体所处的客观环境；②实验室渗流实验忽略了采动影响下煤体的裂隙的动态演变过程；③实验室渗流实验不能模拟大范围内整个煤层的裂隙系统的渗透性、透气性。

由此可见，准确的煤层渗透率应采用现场测定的方法来确定，但直到目前国内外仍没有实用的有效方法。

发明内容

本发明针对目前上述煤层渗透率测定技术所存在的缺陷与不足，提供了一种煤层渗透率快速气测的试验装置，以及一种煤层渗透率快速气测的方法。该试验装置与及方法能够用于煤矿井下采动煤体渗透率的现场测定，可通过对煤层渗透率的现场测定，反映大范围内煤层的渗透性、透气性，进而概况整个煤层的裂隙系统，为煤矿相关安全防范措施的设计提供数据支持。

其技术解决方案是：

一种煤层渗透率快速气测的试验装置，包括注气系统与观测系统，其中注气系统包括注气系统一号密封装置、注气系统二号密封装置、标志性气体注入装置；观测系统包括观测系统一号密封装置、观测系统二号密封装置，以及标志性气体观测装置；

上述注气系统中，注气系统一号密封装置包括两个相互连通的密封胶囊、一个压力发生装置、一个一号密封介质储能器、高压软管、压力计、流量计及单向截止阀，压力发生装置通过管路与压力计、一号密封介质储能器相连接，一号密封介质储能器通过管路与单向截止阀、流量计相连接，后者通过高压软管将两个相互连通且有一定距离的密封胶囊相连通；上述注气系统二号密封装置包括一个密封室、一个压力发生装置、一个二号密封介质储能器、高压软管、压力计、流量计及单向截止阀，压力发生装置通过管路与压力计、二号密封介质储能器相连接，二号密封介质储能器通过管路与单向截止阀、流量计相连接，后者通过高压软管与密封室相连通；上述标志性气体注入装置包括一个密封释放气室、标志性气体储能器、稳压阀、高压软管、压力计、流量计、单向截止阀，标志性气体储能器储存有足够压能，并通过管路连接稳压阀、压力计、流量计、单向截止阀，然后通过高压软管，先后穿过一个密封胶囊、密封室及另一个密封胶囊，最后与密封释放气室相连通，用于将标志性气体以稳定的压力和流量注入密封释放气室中；

上述观测系统中，观测系统一号密封装置包括两个相互连通的密封胶囊、一个压力发生装置、一个一号密封介质储能器、高压软管、压力计、流量计及单向截止阀，压力发生装置通过管路与压力计、一号密封介质储能器相连接，一号密封介质储能器通过管路与单向截止阀、流量计相连接，后者通过高压软管将两个相互连通且有一定距离的密封胶囊相连通；上述观测系统二号密封装置包括一个密封室、一个压力发生装置、一个二号密封介质储能器、高压软管、压力计、流量计及单向截止阀，压力发生装置通过管路与压力计、二号密封介质储能器相连接，二号密封介质储能器通过管路与单向截止阀、流量计相连接，后者通过高压软管与密封室相连通；上述标志性气体观测装置包括一个密封收拢气室、标志性气体集气度量装置、稳压阀、高压软管、压力计、流量计及单向截止阀，密封收拢气室通过高压软管先后穿过一个密封胶囊、密封室及另一个密封胶囊，最后与标志性气体集气度量装置相连，由密封收拢气室收集来自上述密封释放气室方向的穿经煤层的标志性气体，并将收集到的标志性气体以一定的压力汇集到标志性气体集气度量装置中，同时测出所收集到的标志性气体的流量与浓度，以备测定煤层渗透率使用。