[发明专利]含瓦斯煤体水力致裂裂隙场声发射定位监测装置及方法

说明书

一种含瓦斯煤体水力致裂裂隙场声发射定位监测装置及方法，属于煤矿瓦斯灾害防治及微震监测装置及方法。监测装置：在第一密封腔体内连接有第二密封腔体，两个密封腔体与地应力模拟模块连接，瓦斯吸附解吸模块与水力致裂模块连接后与第二密封腔体的柱塞连接，声发射定位监测模块的传感器连接在第二密封腔体的壁上。方法：安装声发射传感器，将煤样放入第二密封腔体，建立空间坐标系；将瓦斯气体在注入煤样，使煤样充分吸附瓦斯；向煤样施加围压和垂直压力；向煤体内注入带有示踪颜色的高压水，开启声发射定位监测系统，对监测到的声发射信号进行分析，并对水力致裂引起的煤体破裂事件进行定位监测，实现对水力致裂裂隙场演化的实时监测。

技术领域

本发明涉及一种煤矿瓦斯灾害防治及微震监测装置及方法，特别是一种含瓦斯煤体水力致裂裂隙场声发射定位监测装置及方法。

背景技术

煤炭是我国的主体能源，在一次能源结构中占70％左右。近年来，我国许多矿区相继进入深部开采范围，深部开采环境下，煤层的地应力大、煤层透气性低、瓦斯含量和瓦斯压力显著增大。煤矿瓦斯灾害日趋严重，已成为制约煤矿安全高效生产的重要因素。

瓦斯(煤层气)不仅是煤矿重大危险源和大气污染源，更是一种宝贵的不可再生能源。对低透气性煤层进行卸压增透，提高煤层渗透率和瓦斯抽采效率是深部瓦斯治理和瓦斯高效开发利用的重要手段。水力致裂作为油田、致密油气、页岩气等油气开发的核心技术之一，已经广泛应用于油气储层的改造，近年来也开始应用于煤矿井下瓦斯抽采和治理。井下煤层水力致裂能够对煤体结构进行改造，压裂范围大，煤层卸压增透效果明显，瓦斯抽采效率显著提高，国内多个煤矿已经采用井下煤层水力压裂技术进行瓦斯治理和开发并取得了较好的效果。

煤体水力致裂技术的基本原理是通过压裂钻孔向煤层注入压裂液，在压裂液压力的作用下，煤体将被压开并产生裂缝，继续向煤体注入压裂液，裂缝就会向煤体内部扩展，从而改变煤体的结构和渗透性，提高瓦斯抽采效率。认识煤体水力致裂裂缝扩展规律及裂隙场时空演化过程对于提高压裂效果和优化压裂设计方案具有重要意义。目前在煤体水力致裂裂缝监测和压裂效果评价方面的研究不够深入。测试煤体含水率、瓦斯抽采浓度和流量变化规律以及钻屑量等指标只能给出水力致裂区域特定地点的压裂效果，不能实现水力致裂裂缝扩展和裂隙场时空演化过程全面连续监测，井下水力致裂钻孔布置存在很大盲目性，可能因钻孔间距过大导致出现压裂盲区或间距过小造成资源浪费；另外上述评价方法需要进行钻孔作业，施工难度和成本较大。中国专利公布号CN104020192A，发明名称“瓦斯煤水力压裂裂隙场时空监测装置及方法”，该发明测试煤样水力压裂过程的电阻率信号，通过煤样内部电阻率对盐水的响应监测压裂裂缝时空分布。该方法较难实现对压裂裂缝的精确定位，而且只能采用盐水进行压裂，对压裂液化学属性要求较高。

含瓦斯煤体水力致裂的声发射定位监测评价技术是利用水力致裂诱发煤体破裂产生的声发射波信息，对破裂事件进行震源定位，实现对水力致裂裂缝扩展过程的实时连续监测，并对裂隙场演化过程进行实时监测，进而评价水力致裂效果。

发明内容

本发明的目的是要提供一种操作方便、方法简单、全面准确的含瓦斯煤体水力致裂裂隙场声发射定位监测装置及方法，解决煤层水力致裂裂隙场分布规律及压裂范围监测不全面、不精确的问题。

技术方案，本发明的目的是这样实现的：监测装置包括：第一密封腔体、第二密封腔体、地应力模拟模块、瓦斯吸附解吸模块、水力致裂模块和声发射定位监测模块；在第一密封腔体内连接有第二密封腔体，两个密封腔体与地应力模拟模块连接，瓦斯吸附解吸模块与水力致裂模块连接后与第二密封腔体的柱塞连接，声发射定位监测模块的传感器连接在第二密封腔体的壁上。

所述的第一密封腔体由底座、设在底座上的钢板、橡胶筒以及上盖围成；所述的钢板为圆管状，底座和上盖分别位于圆管的上部和底部，构成圆筒；橡胶筒位于圆筒内；所述的底座上设有通向第一密封腔体内的左通道和右通道，左通道和右通道入口处分别设有封胶螺栓。