[发明专利]利用示踪气体测试煤体渗透率的系统及方法

说明书

利用示踪气体测试煤体渗透率的系统及方法，属于煤矿安全技术领域，以克服现有技术不能真实的反应深部煤体在原始状态下渗透特性的缺点。包括注气、注气观测及渗透观测管路，注气管路包括依次连接的筛孔管、连通管及三通管，该三通管与储存有示踪气体的气瓶间接相连；注气观测管路包括依次连接的筛孔管、连通管及浓度检测仪；渗透观测管路包括依次连接的筛孔管、连通管及三通管，三通管的另外两端分别连接有压力表与浓度检测仪；浓度检测仪分别与主机相连；通过注气管路注入示踪气体，利用注气观测管路对注气管路的筛孔管所在的孔中气体含量观测，并利用渗透观测管路观测渗透的气体；适用于测试煤体中气体渗透率。

技术领域

本发明属于煤矿安全技术领域，涉及一种测试煤体渗透率的系统及方法，具体是一种利用示踪气体测试煤体渗透率的系统及方法。

背景技术

煤炭是我国的主体能源，煤矿产业也是我国经济发展中其他相关企业发展的基础，在我国一直都有着重要的地位。近10年来，随着资源利用的加剧，地球浅部资源日益减少，资源开采逐渐向深部拓展，国内外矿山逐步进入深部资源开采状态。然而，我国煤矿地质条件极其复杂，随着煤矿开采深度逐渐增大，深部煤层开采具有高应力、高井温、高井深、瓦斯含量高、渗透性低、煤矿变化梯度大等特点，且随着深度的增加，瓦斯突出、冒顶等重特大事故的概率也逐渐增大，煤矿安全问题引起了人们的广泛关注。瓦斯作为煤的伴生矿产资源，以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中，而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。在巷道掘进和煤层开采过程中会使赋存于煤体的瓦斯发生运移，当瓦斯含量过高时，可能发生瓦斯突出、瓦斯爆炸等灾害事故。因此，为了避免瓦斯含量过高而发生灾害事故，有必要在工程实践中测试煤层瓦斯渗透率，探究深部煤体瓦斯赋存特征及瓦斯的运移规律，为瓦斯治理和为瓦斯抽采提供依据。

影响煤体渗透特性的因素有多种，主要包括煤体的孔隙率、密度、孔径结构、弹性模量、体积模量等。对于某种固定流体在煤体内的渗透率来说，其影响因素除了煤体自身的因素还包括流体的动力粘滞系数、密度等参数，同时煤岩体的地质构造、自重应力和煤层开采等都对煤岩体渗透率产生影响。目前主要通过室内实验、数值模拟方法对煤体渗透率进行研究，其不能真实的反应深部煤体在原始状态下的渗透特性。因此，亟需一种能够在原始状态下测试煤体渗透率的系统与方法，为煤矿企业安全生产过程中涉及的瓦斯治理与瓦斯抽采提供依据。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了测试深部煤体在原始状态下的渗透率，提供一种利用示踪气体测试煤体渗透率的系统及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用示踪气体测试煤体渗透率的系统，包括注气管路、注气观测管路及若干条渗透观测管路，还包括孔内管道，孔内管道包括筛孔管和若干根依次连接的连通管，筛孔管与第一根连通管相连，最后一根连通管的末端为孔内管道的连接口，孔内管道的数目与注气管路、注气观测管路及渗透观测管路三条管路的数目之和相同，注气管路包括孔内管道，该孔内管道的连接口与注气三通管相连，注气三通管的另外两端分别连接有注气压力表与通气管，通气管的另一端与储存有示踪气体的气瓶相连，通气管上设置有控制示踪气体流量的阀门；注气观测管路包括孔内管道，该孔内管道的连接口与注气观测浓度检测仪相连接；渗透观测管路包括孔内管道，该孔内管道的连接口与渗透观测三通管相连，渗透观测三通管的另外两端分别连接有渗透观测压力表与渗透观测浓度检测仪；注气观测浓度检测仪与渗透观测浓度检测仪分别与主机相连，用于将测得的浓度数据传送给主机，主机又与计算机相连，用于将数据传送给计算机使得计算机计算气体渗透率，主机为多通道主机，通道的数目与浓度检测仪的数目一一对应；通过注气管路注入示踪气体，利用注气观测管路对注气管路的孔内管道所在的孔中示踪气体含量观测，并利用渗透观测管路观测渗透的示踪气体。

具体的，各个管路的孔内管道相互平行设置，且各孔内管道在竖直或水平方向的投影相重叠；渗透观测管路的孔内管道是以注气管路的孔内管道为圆心布置于注气管路周围，渗透观测管路的孔内管道到注气管路的孔内管道的距离为1～3m。