一种煤岩层渗透率原位测试装置及方法制造方法及图纸

一种煤岩层渗透率原位测试装置及方法，涉及煤岩层渗透率的测定。煤岩层渗透率原位测试装置包括注浆管I、注浆管II以及压控坐封器I、压控坐封器II的组合件。煤岩层渗透率原位测试方法包括在煤岩层中施工测试钻孔、将煤岩层渗透率原位测试装置安装调试好并放入测试钻孔、注浆至预定压力值并实时记录压力衰减及数据处理等步骤。本发明专利技术的煤岩层渗透率原位测试方法，可通过调节注浆管长度实现任意位置处渗透率的原位测试及区域煤岩层渗流场的测定，且测试装置可重复使用，测试过程只需确定所注浆液的粘度、压控坐封器I和压控坐封器II之间封闭的钻孔长度及浆液I压力随时间的实时衰减数据，操作简单方便、测试结果可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种煤岩层渗透率原位测试装置及方法
本专利技术涉及煤岩层渗透率的测试，具体涉及一种煤岩层渗透率原位测试装置及方法。
技术介绍
受地应力、巷道掘进及煤层采动的影响，煤矿井下的煤岩层及瓦斯抽采钻孔周围的煤岩体中存在着不同发育程度、不同空间尺度的裂隙网络，且其随煤层采动呈现出动态扩展的演化趋势。煤岩层渗透性确定对于煤层可抽性的评价、瓦斯抽采钻孔的合理空间布置、钻孔合理封孔位置的确定及瓦斯抽采过程中煤层渗透性的演化等具有极其重要的实际意义和工程价值；同时，煤矿作业过程如巷道掘进所导致的煤岩体应力的重新分布、岩体破坏及裂隙圈的形成位置确定是后续巷道高效安全支护的关键。然而，已有煤层渗透性系数测定多以煤层瓦斯流量理论来进行确定，具体包括巷道单向流量法、钻孔径向法和球向流量法测定煤层渗透性，但该法仅限于通过煤层瓦斯的流量来确定煤岩储层对气体的渗透性。因此，在瓦斯抽采钻孔密封中，煤岩体破碎裂隙及原生裂隙、孔隙对浆液的渗透性的确定尚无有效的方法的进行确定，由此导致瓦斯抽采钻孔合理封孔位置、封孔长度的有效确定尚缺乏有效的依据。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种结构简单、操作方便、安全可靠且高效的适用于煤矿井下煤层及岩层渗透率的原位直接测定及煤岩巷道裂隙圈位置确定的装置及方法。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种煤岩层渗透率原位测试装置，包括注浆管I和注浆管II，注浆管I上依次设置有截止阀I、单向阀I、压力表I、卸压管I和出浆头I，注浆管I的末端密封；卸压管I上设有泄压阀I；注浆管II上依次设置有截止阀II、单向阀II、压力表II、卸压管II、前出浆头II和后出浆头II，卸压管II上设有泄压阀II；注浆管I和注浆管II依次贯穿压控坐封器I和压控坐封器II，前出浆头II设置于压控坐封器I的内部，后出浆头II设置于压控坐封器II的内部，出浆头I设置于压控坐封器I和压控坐封器II之间。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述注浆管I和注浆管II为多节注浆管，所述注浆管I和注浆管II通过调整注浆管的节数调节长度。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述多节注浆管的各节之间为螺接或插接。一种煤岩层渗透率原位测试方法，包括步骤：S1：在煤岩层中施工测试钻孔；S2：将权利要求1-3任一所述煤岩层渗透率原位测试装置放入测试钻孔的被测位置处；S3：关闭泄压阀II，开启截止阀II，向压控坐封器I和压控坐封器II注入浆液II，由压力表II监测浆液II的压力；当压力表II的读数到达第一预定值后，停止注浆并关闭截止阀II；S4：关闭泄压阀I，开启截止阀I，通过注浆管I注浆，由压力表I监测浆液I的压力，当压力表I的读数到达第二预定值后，停止注浆泵并关闭截止阀I；S5：每隔一个时间间隔记录一次压力表I的读数，当记录的压力表I的读数连续三次相同后，停止记录；S6：根据每个时间间隔记录的压力表(的读数计算出被测位置处的煤岩层渗透率。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述步骤S6之后还包括步骤S7：开启泄压阀I进行卸压，开启泄压阀II进行卸压，取出煤岩层渗透率原位测试装置。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述第一预定值是所述第二预定值的1.2倍以上。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述第二预定值小于被测点位置处的煤岩抗拉强度与地应力之和。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述步骤S6具体包括：根据每个时间间隔记录的压力表I的读数，按照公式(1)进行渗透率计算：公式(1)中，Pt为t时刻压力表I的读数，ν为注浆管I所注浆液的运动粘度，g为重力加速度，L为压控坐封器I和压控坐封器II之间封闭的钻孔长度，C为与测试钻孔直径、储层原始压力、储层含水率相关的常数，K为煤岩体储层渗透性系数，单位为mD，其中1mD＝9.8697×10-16m2。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术的煤岩层渗透率原位测试装置，可通过调节注浆管I和注浆管II的长度实现任意位置处渗透率的原位定点测试；通过不同位置渗透率的测试可实现煤岩层渗流场的确定；同时该渗透率测试装置可实现重复使用。本专利技术的煤岩层渗透率原位测试方法，只需测试所注浆液的粘度、压控坐封器I和压控坐封器II之间封闭的钻孔长度及浆液I压力随时间的实时衰减数据即可原位确定被测点的渗透率，操作简单方便、测试结果可靠。附图说明图1为本专利技术实施例1中煤岩层渗透率原位测试装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例中2煤岩层渗透率原位测试方法的示意图；图3为本专利技术实施例中2煤岩层渗透率原位测试方法中被测点压力衰减测试曲线示意图；图4为本专利技术实施例中3煤岩层渗透率原位测试方法中不同测点渗流场测试的示意图，图1-3中：1－注浆管I，2－注浆管II，3－截止阀II，4－单向阀II，5－压力表II，6－卸压管II，7－泄压阀II，8－压控坐封器I，9－前出浆头II，10－压控坐封器II，11－后出浆头II，12－端头，13－出浆头I，14－卸压管I，15－泄压阀I，16－压力表I，17－单向阀I，18－截止阀I，19－煤岩层，20－测试钻孔，21－浆液II，22－浆液I。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的描述：实施例1如图1所示，一种煤岩层渗透率原位测试装置，包括平行设置的注浆管I1和注浆管II2；注浆管I1上依次设置截止阀I18、单向阀I17、压力表I16、卸压管I14及出浆头I13。注浆管I1的末端由端头12进行焊接密封。卸压管I14上设有泄压阀I15，注浆管II2上依次设置截止阀II3、单向阀II4、压力表II5、卸压管II6及前出浆头II9和后出浆头II11。卸压管II6上设有泄压阀II7。平行设置的注浆管I1和注浆管II2依次贯穿压控坐封器I8和压控坐封器II10。前出浆头II9设置于压控坐封器I8的内部，后出浆头II11设置于压控坐封器II10的内部，出浆头I13设置于压控坐封器I8和压控坐封器II10之间。注浆管I1和注浆管II2为多节注浆管，多节注浆管的各节之间为螺接或插接，根据被测点位置的不同，可通过调整注浆管的节数方便的调节其长度。实施例2如图2所示，一种煤岩层渗透率原位测试方法，包括如下步骤：a.在煤岩层19中施工测试钻孔20；b.将实施例1中的岩层渗透率原位测试装置安装调试好后，放入测试钻孔20的被测位置处；c.将注浆管II2与现场的注浆泵相连接，关闭泄压阀II7、开启截止阀II3，启动注浆泵开始向压控坐封器I8和压控坐封器II10注入浆液II21，由压力表II5监测浆液II21的注浆压力；d.待压力表II5监测的浆液II21的压力满足预期要求后，关闭注浆泵及截止阀II3；将注浆管I1与注浆泵相连接，关闭泄压阀I15、开启截止阀I18，启动注浆泵开始加注浆液I22，由压力表I16监测浆液I22的加注压力；e.待压力表I16监测的浆液I22的压力满足预期要求后，关闭注浆泵及截止阀I18，每隔一定时间间隔实时记录压力表I16的读数；f.待压力表I16的读数连续三次稳定后停止数据记录；g.开启泄压阀I15对浆液I22进行卸压；h.开启泄压阀II7对浆液II21进行卸压；i.取出煤岩层渗透率原位测试装置，完成一个被测点渗透率的测试。作为优选，步骤c压力表II5监测的浆液II21的压力不低于1.2倍的步骤d压力表I16监测的浆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤岩层渗透率原位测试装置，其特征在于，包括注浆管I(1)和注浆管II(2)，注浆管I(1)上依次设置有截止阀I(18)、单向阀I(17)、压力表I(16)、卸压管I(14)和出浆头I(13)，注浆管I(1)的末端密封；卸压管I(14)上设有泄压阀I(15)；注浆管II(2)上依次设置有截止阀II(3)、单向阀II(4)、压力表II(5)、卸压管II(6)、前出浆头II(9)和后出浆头II(11)，卸压管II(6)上设有泄压阀II(7)；注浆管I(1)和注浆管II(2)依次贯穿压控坐封器I(8)和压控坐封器II(10)，前出浆头II(9)设置于压控坐封器I(8)的内部，后出浆头II(11)设置于压控坐封器II(10)的内部，出浆头I(13)设置于压控坐封器I(8)和压控坐封器II(10)之间。

【技术特征摘要】
1.一种煤岩层渗透率原位测试装置，其特征在于，包括注浆管I(1)和注浆管II(2)，注浆管I(1)上依次设置有截止阀I(18)、单向阀I(17)、压力表I(16)、卸压管I(14)和出浆头I(13)，注浆管I(1)的末端密封；卸压管I(14)上设有泄压阀I(15)；注浆管II(2)上依次设置有截止阀II(3)、单向阀II(4)、压力表II(5)、卸压管II(6)、前出浆头II(9)和后出浆头II(11)，卸压管II(6)上设有泄压阀II(7)；注浆管I(1)和注浆管II(2)依次贯穿压控坐封器I(8)和压控坐封器II(10)，前出浆头II(9)设置于压控坐封器I(8)的内部，后出浆头II(11)设置于压控坐封器II(10)的内部，出浆头I(13)设置于压控坐封器I(8)和压控坐封器II(10)之间。2.根据权利要求1所述的一种煤岩层渗透率原位测试装置，其特征在于，所述注浆管I(1)和注浆管II(2)为多节注浆管，所述注浆管I(1)和注浆管II(2)通过调整注浆管的节数调节长度。3.根据权利要求2所述的一种煤岩层渗透率原位测试装置，其特征在于，所述多节注浆管的各节之间为螺接或插接。4.一种煤岩层渗透率原位测试方法，其特征在于，包括步骤：S1：在煤岩层中施工测试钻孔；S2：将权利要求1-3任一所述煤岩层渗透率原位测试装置放入测试钻孔的被测位置处；S3：关闭泄压阀II(7)，开启截止阀II(3)，向压控坐封器I(8)和压控坐封器II(10)注入浆液II(21)，由压力表II(5)监测浆液II(21)的压力；当压力表II(5...

【专利技术属性】
技术研发人员：李庆钊，林柏泉，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32