46] 步驟c、對1#、2#、3#與4#測壓鉆孔9的現(xiàn)場采集煤樣進(jìn)行篩分，然后選取其中一 個測壓鉆孔9的煤樣，比如選取1#煤樣均勻放置于滲氣花管30 (內(nèi)徑Φ 300mm)內(nèi)，然后安 設(shè)壓頭28、T型活塞25和連接法蘭24,擰緊連接螺母螺栓23,啟動電液伺服控制油壓栗12， T型活塞25向下運(yùn)動，通過壓頭28給煤樣施加垂向應(yīng)力，達(dá)到設(shè)定值后，開啟數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 和真空栗20,對煤樣進(jìn)行真空脫氣2h，然后關(guān)閉真空栗20及閥門15a，開啟甲烷鋼瓶22和 減壓閥21，甲烷氣體通過氣口 31注入高壓罐體27內(nèi)，減壓閥21出口壓力調(diào)節(jié)為該煤樣對 應(yīng)測壓鉆孔9的實(shí)測瓦斯壓力值，進(jìn)行六小時平衡吸附，然后開啟閥門15c、閥門15d，進(jìn)行 大尺寸煤樣的徑向穩(wěn)態(tài)滲流實(shí)驗(yàn)，通過壓力變送器19、質(zhì)量流量計(jì)14與數(shù)據(jù)采集器18以及 數(shù)據(jù)處理中心17記錄平衡時內(nèi)外邊界壓力和氣體流量；
[0047] 步驟d、將上述所得數(shù)據(jù)代入公式（1)
[0049] 通過計(jì)算可得出該煤樣在設(shè)定垂直向力下的滲透率值；
[0050] 步驟e、改變垂向應(yīng)力，并重復(fù)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)滲流實(shí)驗(yàn)，即可得出該煤樣在不同垂向應(yīng) 力下煤層瓦斯?jié)B透率，同樣對其他3個煤樣進(jìn)行大尺寸徑向滲流試驗(yàn)，獲得各煤樣在不同 垂向應(yīng)力下的滲透率，每次實(shí)驗(yàn)的邊界滲流壓力為各測壓鉆孔9現(xiàn)場實(shí)測瓦斯壓力，根據(jù) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果，繪制出滲透與垂向應(yīng)力的關(guān)系曲線；
[0051] 步驟f、根據(jù)現(xiàn)場所測煤層滲透率值，確定各測壓鉆孔9位置處煤體垂向應(yīng)力，繪 制卸壓邊界區(qū)域垂向應(yīng)力分布散點(diǎn)圖，并進(jìn)行擬合，根據(jù)實(shí)際煤層賦存情況計(jì)算垂向卸壓 臨界值，得出該臨界值在實(shí)測曲線中對應(yīng)的位置，即為該區(qū)域上保護(hù)層4開采的實(shí)際卸壓 邊界位置。
[0052] 當(dāng)然，以上說明僅僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，本發(fā)明并不限于列舉上述實(shí)施例，應(yīng) 當(dāng)說明的是，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本說明書的教導(dǎo)下，所做出的所有等同替代、明 顯變形形式，均落在本說明書的實(shí)質(zhì)范圍之內(nèi)，理應(yīng)受到本發(fā)明的保護(hù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于確定上保護(hù)層開采卸壓范圍的測試系統(tǒng)，其包括現(xiàn)場測試部與實(shí)驗(yàn)室測試 部，將現(xiàn)場測試部獲取的煤樣通過實(shí)驗(yàn)室測試部進(jìn)行測試，其特征在于，實(shí)驗(yàn)室測試部包括 大尺寸徑向滲流測試機(jī)構(gòu)，大尺寸徑向滲流測試機(jī)構(gòu)與一電液伺服控制油壓栗相連接，電 液伺服控制油壓栗用于向大尺寸徑向滲流測試機(jī)構(gòu)施加壓力，大尺寸徑向滲流測試機(jī)構(gòu)配 置有一質(zhì)量流量計(jì)，質(zhì)量流量計(jì)通過相應(yīng)管路分別與大尺寸徑向滲流測試機(jī)構(gòu)、集氣裝置 相連通，大尺寸徑向滲流測試機(jī)構(gòu)通過相應(yīng)管路與真空栗相連通，真空栗通過減壓閥與一 甲烷鋼瓶相連通。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試系統(tǒng)，其特征在于，上述大尺寸徑向滲流測試機(jī)構(gòu)包括 一高壓罐體，高壓罐體上部設(shè)置有連接法蘭，連接法蘭通過連接螺栓螺母與高壓罐體相連 接，高壓罐體內(nèi)設(shè)置有T型活塞，T型活塞的豎直段與電液伺服控制油壓栗相連接，T型活塞 的水平段橫向布置在高壓罐體內(nèi)，T型活塞之水平段下方的高壓罐體內(nèi)設(shè)置有壓頭，壓頭下 方設(shè)置有用于放置煤樣的滲氣花管，滲氣花管通過排氣花管相連通，滲氣花管的下部設(shè)置 有排氣管，排氣管通過排氣口與質(zhì)量流量計(jì)相連通，一個滲氣花管的一端通過氣口與真空 栗相連通，另一個滲氣花管的一端以及排氣管的另一端上分別設(shè)置有壓力變送器，質(zhì)量流 量計(jì)、壓力變送器均與一數(shù)據(jù)采集器相連接，數(shù)據(jù)采集器與一數(shù)據(jù)處理中心相連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試系統(tǒng)，其特征在于，上述現(xiàn)場測試部包括上保護(hù)層，上保 護(hù)層包括采空區(qū)，采空區(qū)的一端設(shè)置有上保護(hù)層機(jī)巷，另一端設(shè)置有上保護(hù)層風(fēng)巷，上保護(hù) 層的下方為被保護(hù)層，從被保護(hù)層之底板巖巷及鉆場內(nèi)向卸壓邊界區(qū)域施工四個小孔徑穿 煤鉆孔作為測壓鉆孔，測壓鉆孔終孔位置連成一條直線，并以理論卸壓線中線為中心，每間 隔十五米布置一個測壓鉆孔，測壓鉆孔均勻布置，每個測壓鉆孔均與一壓力表相連接；測壓 鉆孔采用風(fēng)力排渣工藝施工，施工過程中采集各測壓鉆孔的煤樣并密封保存，且記錄測壓 鉆孔施工參數(shù)，測壓鉆孔施工完畢后封孔測定煤層瓦斯壓力，每天記錄各測壓鉆孔對應(yīng)壓 力表的讀數(shù)。4. 一種如權(quán)利要求1所述測試系統(tǒng)的測試方法，其包括以下步驟： A、 將篩分煤樣放置于滲氣花管內(nèi)，然后啟動電液伺服控制油壓栗，驅(qū)動T型活塞向下 運(yùn)動，通過壓頭給煤樣施加垂向應(yīng)力，隨后進(jìn)行真空脫氣，兩小時后關(guān)閉真空栗及對應(yīng)閥 門；然后開啟甲烷鋼瓶和減壓閥，向高壓罐體內(nèi)注氣，注氣壓力為該煤樣實(shí)測壓力值，進(jìn)行 六小時平衡吸附，然后開啟對應(yīng)閥門進(jìn)行大尺寸徑向穩(wěn)態(tài)滲流實(shí)驗(yàn)，通過壓力變送器、質(zhì)量 流量計(jì)與數(shù)據(jù)采集器記錄平衡時內(nèi)外邊界壓力和氣體流量； B、 將步驟A所測數(shù)據(jù)代入式（1)計(jì)算，得出該煤樣在設(shè)定垂直向力下的滲透率值，其中，K為煤樣的滲透率，單位為mD或10 3μm;μ為瓦斯的粘度，20 °C時取為 1. 087X105Pa·s;p。為實(shí)驗(yàn)室的大氣壓力，單位為Pa;Q。為氣體流量，單位為ml/s;pw為內(nèi) 邊界壓力，單位為MPa外邊界壓力，單位為MPa;rw為內(nèi)邊界半徑，單位為cm、]%為外邊界 半徑，單位為cm;h為煤層厚度，單位為cm; C、 通過更換煤樣和改變垂向應(yīng)力進(jìn)行多次大尺寸徑向穩(wěn)態(tài)滲流實(shí)驗(yàn)，獲得各煤樣在不 同垂向應(yīng)力下的滲透率，并繪制出滲透與垂向應(yīng)力的關(guān)系曲線； D、根據(jù)現(xiàn)場所測煤層滲透率，確定各測壓鉆孔位置處煤體垂向應(yīng)力，繪制卸壓邊界區(qū) 域垂向應(yīng)力分布曲線，根據(jù)實(shí)際煤層賦存情況計(jì)算垂向卸壓臨界值，得出該臨界值在實(shí)測 曲線中對應(yīng)的位置，即為該區(qū)域上保護(hù)層開采的實(shí)際卸壓邊界位置。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測試方法，其特征在于，在步驟A之前還包括： 從被保護(hù)層之底板巖巷及鉆場內(nèi)向卸壓邊界區(qū)域施工四個小孔徑穿煤鉆孔作為測壓 鉆孔，測壓鉆孔終孔位置連成一條直線，并以理論卸壓線中線為中心，每間隔十五米布置一 個測壓鉆孔，測壓鉆孔均勻布置，每個測壓鉆孔均與一壓力表相連接；測壓鉆孔采用風(fēng)力排 渣工藝施工，施工過程中采集各測壓鉆孔的煤樣并密封保存，且記錄測壓鉆孔施工參數(shù)，測 壓鉆孔施工完畢后封孔測定煤層瓦斯壓力，每天記錄各測壓鉆孔壓力表的讀數(shù)， 待壓力穩(wěn)定后，記錄各測壓鉆孔瓦斯壓力值，采用測壓鉆孔徑向法計(jì)算各測壓鉆孔所 在位置煤層透氣性系數(shù)，并根據(jù)式（2)換算成滲透率，獲得各鉆孔所在位置的煤層滲透率； λ=ΚΛ2μρ。）式（2) 其中，Κ為煤樣的滲透率，單位為mD或10 3μm;μ為瓦斯的粘度，20 °C時取為 1.087X105Pa·s;p。為實(shí)驗(yàn)室的大氣壓力，單位為Pa。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于確定上保護(hù)層開采卸壓范圍的測試系統(tǒng)及測試方法，其包括現(xiàn)場測試部與實(shí)驗(yàn)室測試部，實(shí)驗(yàn)室測試部包括大尺寸徑向滲流測試機(jī)構(gòu)，大尺寸徑向滲流測試機(jī)構(gòu)與一電液伺服控制油壓泵相連接，電液伺服控制油壓泵用于向大尺寸徑向滲流測試機(jī)構(gòu)施加壓力，大尺寸徑向滲流測試機(jī)構(gòu)配置有一質(zhì)量流量計(jì)，質(zhì)量流量計(jì)通過相應(yīng)管路分別與大尺寸徑向滲流測試機(jī)構(gòu)、集氣裝置相連通，大尺寸徑向滲流測試機(jī)構(gòu)通過相應(yīng)管路與真空泵相連通，真空泵通過減壓閥與一甲烷鋼瓶相連通。對以卸載地應(yīng)力為主進(jìn)行消突的上保護(hù)層開采條件下保護(hù)范圍的考察，為被保護(hù)煤層采掘合理布局及安全開采提供了科學(xué)依據(jù)，提高了測試準(zhǔn)確性。
【IPC分類】G01N33/00
【公開號】CN105301202
【申請?zhí)枴緾N201510822815
【發(fā)明人】劉震, 程衛(wèi)民, 王剛, 周剛, 陳連軍, 聶文, 辛林, 于巖斌, 倪冠華, 楊赫
【申請人】山東科技大學(xué)
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年11月24日