CN105510396A - 一种用于煤层注水润湿范围的测试装置以及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于煤层注水润湿范围的测试装置以及测试方法，上电极与下电极之间设置有柱状绝缘体，上电极与下电极的外沿上设置有环向绝缘带，环向绝缘带中部设置有环向反渗透膜，上电极、下电极、环向绝缘带与环向反渗透膜形成一密闭腔室，该密闭腔室内填充有固体氯化钠，上树脂垫板、下树脂垫板以及板环向绝缘带与透水花管内壁之间填充有棉纱；上电极配置有一电极引线，电极引线穿过柱状绝缘体、下电极、下树脂垫板自尾部连接端头穿出。有效避免了传统考察方法中测试含水率时，因测点区域煤体裂隙水分流失造成的测试误差较大，最终导致考察范围不准确的弊端，丰富了煤层注水润湿范围的考察手段，提高了煤层注水防灾的效果。

Description

一种用于煤层注水润湿范围的测试装置以及测试方法

技术领域

本发明属于矿山安全与环境工程领域，尤其涉及一种用于煤层注水润湿范围的测试装置以及测试方法。

背景技术

随着煤层开采深度增加，煤层地应力、瓦斯压力逐渐增大，煤层渗透率急剧降低，煤层冲击地压和煤与瓦斯突出等动力灾害愈发严重，尤其是构造作用破坏的极度松软煤层，煤尘灾害危险性增加。目前，我国常采用煤层注水技术进行冲击地压、煤与瓦斯突出及煤矿粉尘等灾害的防治；针对不同的灾害特征，所采用的注水压力及方式不同，包括中低压注水润湿、高压注水、超高压注水压裂等不同压力下的注水技术，还包括静压注水、动压注水(脉动压裂)等不同方式下的注水技术。现场采取各项注水措施后，往往需要考察煤层注水的效果，在粉尘防治领域尤其是要确定煤层注水润湿的范围。目前，现有的考察方法，主要是通过注水后现场采集煤样测定含水率，来确定煤层注水润湿范围，该方法测试含水率时，受考察钻孔影响，测点区域煤体裂隙水分提前流失，煤体含水率测试误差较大，同时该方法在注水完成之后进行取样测试，无法反应煤层注水动态渗流过程，进而无法为煤层注水参数的优化提供充分的科学参考。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于煤层注水润湿范围的测试装置以及测试方法，丰富了煤层注水润湿范围的考察手段，为煤层注水工艺参数优化提供了科学依据。

为解决上述技术问题，本发明方案包括：

一种用于煤层注水润湿范围的测试装置，其包括透水花管，其中，透水花管的上端设置有锥形端头，透水花管的下端设置有尾部连接端头，锥形端头下表面上设置有上树脂垫板，尾部连接端头的上表面上设置有下树脂垫板，上树脂垫板上设置有上电极，下树脂垫板上设置有下电极，上树脂垫板与下树脂垫板、上电极与下电极均呈对称布置，上电极与下电极之间设置有柱状绝缘体，上电极与下电极的外沿上设置有环向绝缘带，环向绝缘带中部设置有环向反渗透膜，上电极、下电极、环向绝缘带与环向反渗透膜形成一密闭腔室，该密闭腔室内填充有固体氯化钠，上树脂垫板、下树脂垫板以及板环向绝缘带与透水花管内壁之间填充有棉纱；上电极配置有一电极引线，电极引线穿过柱状绝缘体、下电极、下树脂垫板自尾部连接端头穿出。

所述的测试装置，其中，上述透水花管上均匀布置有多个透水孔。

所述的测试装置，其中，上述电极引线穿过尾部连接端头的小孔时采用密封胶密封，尾部连接端头套装在PVC管上。

所述的测试装置，其中，上述电机引线与一电导率检测仪相连接。

一种使用所述测试装置的测试方法，其包括以下步骤：

A、在煤巷内进行钻孔施工，分别开设第一考察孔、第二考察孔与第三考察孔，考察孔均与煤巷内的注水孔相平行，第一考察孔与第三考察孔位于注水孔一侧，第二考察孔位于注水孔另一侧，第一考察孔与注水孔的间距为两米，第三考察孔与注水孔的距离为六米，第二考察孔与注水孔的间距为四米，考察孔均采用风力排渣施工，孔径为七十六毫米，第一考察孔与第三考察孔的终孔位置错开，每个钻孔施工完毕后将上述测试装置送至孔低，采用聚氨酯封孔，孔口导出电极引线；

B、采用电导率检测仪与各个考察孔内的测试装置相连接，当各考察孔内测试装置的电导率均为零时，判定考察孔铺设成功，施工注水孔并封孔，然后进行煤层注水，注水期间监测第一考察孔的电导率；

C、当压力水到达第一考察孔时，水分会穿过透水花管和棉纱，进入环向反渗透膜，并迅速将密闭腔室内的氯化钠固体溶解，形成氯化钠强电解水溶液，压力水中参杂的煤固体颗粒被棉纱和环向反渗透膜挡在外部，当第一考察孔内测试装置的电导率急剧增大时，即可判定沿径向注水范围达到两米；

D、依次观测注水过程中第二考察孔、第三考察孔的电导率值变化，根据测试结果获得煤层注水润湿极限范围，以及注水过程中压力水的动态分布特征。

本发明提供的一种用于煤层注水润湿范围的测试装置以及测试方法，以固体NaCl为不导电的强电解质特征为基础，通过测试考察点煤体水分溶解固体NaCl后形成溶液的电导率来判定煤层注水的润湿范围，有效避免了传统考察方法中测试含水率时，因测点区域煤体裂隙水分流失造成的测试误差较大，最终导致考察范围不准确的弊端，为煤层注水动态润湿范围的考察提供了一种新的技术途径，丰富了煤层注水润湿范围的考察手段，提高了煤层注水防灾的效果，保障了矿井的安全高效开采。

附图说明

图1为本发明中测试装置的结构示意图；

图2为本发明中密闭腔室的结构示意图；

图3为本发明中测试方法的布局示意图；

图4为本发明中一个考察孔的布局示意图；

其中，1-测试装置，2-聚氨酯封口，3-PVC管，4-煤巷，5-电极引线，6-3#考察孔，7-煤层，8-1#考察孔，9-注水孔，10-2#考察孔，11-电导率检测仪，12-棉纱，13-固体氯化钠，14-透水花管，15-透水孔，16-锥形端头，17-上树脂垫板，24-下树脂垫板，18-上电极，25-下电极，19-环向反渗透膜，20-柱状绝缘体，21-环向绝缘带，22-密封胶，23-尾部连接端头。

具体实施方式

本发明提供了一种用于煤层注水润湿范围的测试装置以及测试方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种用于煤层注水润湿范围的测试装置，如图1与图2所示的，其包括透水花管14，其中，透水花管14的上端设置有锥形端头16，透水花管14的下端设置有尾部连接端头23，锥形端头16下表面上设置有上树脂垫板17，尾部连接端头23的上表面上设置有下树脂垫板24，上树脂垫板17上设置有上电极18，下树脂垫板24上设置有下电极25，上树脂垫板17与下树脂垫板24、上电极18与下电极25均呈对称布置，具体的是，树脂垫板17与下树脂垫板24相互对称，上电极18与下电极25相互对称，其对称基点为下述的柱状绝缘体20。上电极18与下电极25之间设置有柱状绝缘体20，上电极18与下电极25的外沿上设置有环向绝缘带21，环向绝缘带21中部设置有环向反渗透膜19，环向反渗透膜19具有水的单向渗透功能，并且能防止NaCl溶液中的溶质溢出。上电极18、下电极25、环向绝缘带21与环向反渗透膜19形成一密闭腔室，该密闭腔室内填充有固体氯化钠13，上树脂垫板17、下树脂垫板24以及板环向绝缘带21与透水花管14的内壁之间填充有棉纱12，棉纱12能够过滤掉高压注水中的杂质；上电极18配置有一电极引线5，电极引线5穿过柱状绝缘体20、下电极25、下树脂垫板24自尾部连接端头23穿出，用于连接外部仪器。

更进一步的，上述透水花管14上均匀布置有多个透水孔15，能使水顺利的进入透水花管14内。而且上述电极引线5穿过尾部连接端头23的小孔时采用密封胶密封，尾部连接端头23套装在PVC管3上，以方便将测试装置布置在对应考察孔中。而且上述电机引线5与一电导率检测仪11相连接，可以直观的观测到对应考察孔电导率的变化状况。

本发明还提供了一种使用上述测试装置的测试方法，其包括以下步骤：

步骤A：在煤巷4内进行钻孔施工，分别开设第一考察孔8、第二考察孔10与第三考察孔6，在下文中可以将其命名为：3#考察孔6、1#考察孔8、2#考察孔10，考察孔均与煤巷4内的注水孔9相平行，第一考察孔8与第三考察孔6位于注水孔9一侧，第一考察孔8的高度小于第三考察孔6的高度，第二考察孔10位于注水孔9另一侧，第一考察孔8与注水孔9的间距为两米，第三考察孔6与注水孔9的距离为六米，第二考察孔10与注水孔9的间距为四米，考察孔均采用风力排渣施工，孔径为七十六毫米，第一考察孔8与第三考察孔6的终孔位置错开，每个钻孔施工完毕后将上述测试装置1送至孔低，采用聚氨酯封口2进行封孔，孔口导出电极引线5；

步骤B：采用电导率检测仪11与各个考察孔内的测试装置1相连接，当各考察孔内测试装置1的电导率均为零时，判定考察孔铺设成功，施工注水孔并封孔，然后进行煤层注水，注水期间监测第一考察孔8的电导率；

步骤C：当压力水到达第一考察孔8时，水分会穿过透水花管14和棉纱12，进入环向反渗透膜19，并迅速将密闭腔室内的氯化钠固体13溶解，形成氯化钠强电解水溶液，压力水中参杂的煤固体颗粒被棉纱12和环向反渗透膜19挡在外部，环向反渗透膜19具有水的单向渗透功能，可防止氯化钠溶液中的溶质溢出，当第一考察孔8内测试装置1的电导率急剧增大时，即可判定沿径向注水范围达到两米；

步骤D：依次观测注水过程中第二考察孔10、第三考察孔6的电导率值变化，根据测试结果获得煤层注水润湿极限范围，以及注水过程中压力水的动态分布特征。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (5)

1.一种用于煤层注水润湿范围的测试装置，其包括透水花管，其特征在于，透水花管的上端设置有锥形端头，透水花管的下端设置有尾部连接端头，锥形端头下表面上设置有上树脂垫板，尾部连接端头的上表面上设置有下树脂垫板，上树脂垫板上设置有上电极，下树脂垫板上设置有下电极，上树脂垫板与下树脂垫板、上电极与下电极均呈对称布置，上电极与下电极之间设置有柱状绝缘体，上电极与下电极的外沿上设置有环向绝缘带，环向绝缘带中部设置有环向反渗透膜，上电极、下电极、环向绝缘带与环向反渗透膜形成一密闭腔室，该密闭腔室内填充有固体氯化钠，上树脂垫板、下树脂垫板以及板环向绝缘带与透水花管内壁之间填充有棉纱；上电极配置有一电极引线，电极引线穿过柱状绝缘体、下电极、下树脂垫板自尾部连接端头穿出。

2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，上述透水花管上均匀布置有多个透水孔。

3.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，上述电极引线穿过尾部连接端头的小孔时采用密封胶密封，尾部连接端头套装在PVC管上。

4.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，上述电机引线与一电导率检测仪相连接。

5.一种使用如权利要求1所述测试装置的测试方法，其包括以下步骤：

A、在煤巷内进行钻孔施工，分别开设第一考察孔、第二考察孔与第三考察孔，考察孔均与煤巷内的注水孔相平行，第一考察孔与第三考察孔位于注水孔一侧，第二考察孔位于注水孔另一侧，第一考察孔与注水孔的间距为两米，第三考察孔与注水孔的距离为六米，第二考察孔与注水孔的间距为四米，考察孔均采用风力排渣施工，孔径为七十六毫米，第一考察孔与第三考察孔的终孔位置错开，每个钻孔施工完毕后将上述测试装置送至孔低，采用聚氨酯封孔，孔口导出电极引线；

B、采用电导率检测仪与各个考察孔内的测试装置相连接，当各考察孔内测试装置的电导率均为零时，判定考察孔铺设成功，施工注水孔并封孔，然后进行煤层注水，注水期间监测第一考察孔的电导率；

C、当压力水到达第一考察孔时，水分会穿过透水花管和棉纱，进入环向反渗透膜，并迅速将密闭腔室内的氯化钠固体溶解，形成氯化钠强电解水溶液，压力水中参杂的煤固体颗粒被棉纱和环向反渗透膜挡在外部，当第一考察孔内测试装置的电导率急剧增大时，即可判定沿径向注水范围达到两米；

D、依次观测注水过程中第二考察孔、第三考察孔的电导率值变化，根据测试结果获得煤层注水润湿极限范围，以及注水过程中压力水的动态分布特征。