CN105675724B - 含瓦斯煤体水力致裂裂隙场声发射定位监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

含瓦斯煤体水力致裂裂隙场声发射定位监测装置及方法

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。

所述第二密封腔体在第一密封腔体内，由底座、设在底座上的上端面开口的橡胶筒、上盖和柱塞围成；橡胶筒位于底座和上盖之间，在上盖上有柱塞，在柱塞上有连通孔，在第二密封腔体内置煤样。

所述的地应力模拟模块包括施加垂直压力的加载压力机和柱塞以及施加围岩应力的油泵、高压油管和排液管；柱塞穿过上盖进入第二腔体内；所述的上盖与柱塞之间有密封圈密封；所述的高压油管一端连接油泵，另一端通过封胶螺栓通向第一密封腔体；所述的高压油管上设有油路阀门，所述的排液管与第一密封腔体相通，在排液管上设有卸压阀门。

所述的瓦斯吸附解吸模块包括：瓦斯罐、三通阀和瓦斯导管；瓦斯导管一端与瓦斯罐相连，另一端与三通阀相连，，瓦斯导管上设有瓦斯压力表和瓦斯阀门。

所述的水力致裂模块包括：柱塞泵、压裂孔和压裂管；压裂管穿过柱塞上的连通孔，并与位于第二密封腔体内的压裂孔相连接，在压裂孔的端部连接有密封胶；所述的压裂孔位于煤样上；柱塞泵通过连接管和密封螺栓与压裂管连接，进入压裂孔与煤样相连；所述的压裂管与柱塞泵相连的连接管上设有压力表、水路阀门和瓦斯吸附解吸模块的三通阀；所述的压裂管的外径为10mm，内径为6mm。

所述的声发射定位监测模块包括：声发射定位监测主机、前置放大器、信号传输线、声发射传感器以及传感器安装装置；位于橡胶筒上的传感器安装装置上连接有声发射传感器，声发射传感器通过信号传输线与前置放大器和声发射定位监测主机顺序连接；声发射定位监测主机通过对声发射传感器接受的声发射信号进行分析，并对水力致裂裂缝进行定位。

本发明的含瓦斯煤体水力致裂裂隙场声发射定位监测方法，具体步骤如下：

(1)将原煤加工成圆柱体煤样，在煤样上端面中心位置施工一个压裂孔；将压裂管插入压裂孔，然后用密封胶对插入压裂孔内的压裂管管段进行密封；

(2)利用传感器安装装置将声发射传感器布置在煤样四周的橡胶筒壁内；并用有机硅胶将声发射传感器与煤样进行耦合；以煤样的底面中心为原点建立空间坐标系，确定各个声发射传感器的空间坐标；

(3)待封孔完全凝固后，将煤样从第二腔体的上部装入，安装好上盖和柱塞；

(4)开启声发射定位监测系统，通过折铅试验检查声发射传感器与煤样是否接触良好；

(5)关闭油路阀门和水路阀门，打开瓦斯阀门，瓦斯气体在指定低压下通过瓦斯导管和压裂管进入煤样，使煤样充分吸附瓦斯气体后关闭瓦斯阀门；

(6)打开油路阀门，通过油泵向所述第一密封腔体内施加围压，直至达到围压后使围压维持在该值；

(7)启动压力机，通过柱塞向煤样施加垂直方向的压力，直至达到压力并维持在该应力值；

(8)打开水路阀门，利用柱塞泵向煤样注入带有示踪颜色的高压水，同时开启声发射定位监测系统；

(9)在水力致裂过程中，声发射传感器实时采集水力致裂导致煤体破裂的声发射信号；

(10)当水压出现突然降低并持续低于0.5MPa时，关闭柱塞泵和水路阀门，停止注液；关闭压力机并同时关闭声发射定位监测系统，实验结束；

(11)实验结束后，打开油路卸压阀门，放出第一密封腔体内的油液；将通过带有颜色的示踪水痕迹得到的煤体破裂形态与声发射定位监测的裂隙场定位监测结果进行比对分析，进一步研究水力致裂裂隙场演化规律和机理。

所述的煤样为直径100mm，高度200mm的圆柱体煤样；所述压裂孔直径为12mm，孔深为120～130mm；压裂管的外径为10mm，内径为6mm，将压裂管一端插入压裂孔，直至压裂管距离压裂孔底部2～4mm。

所述的向煤样中注入带有示踪颜色的高压水可以通过流量控制和压力控制两种方法进行注入。

声发射传感器在实验中共采用8个，分别布置在煤样1/3和2/3高度截面两个互相垂直的直径两个端点对应的橡胶筒内。

声发射定位监测主机对声发射波形进行分析，自动拾取波形到时数据，根据声发射传感器空间坐标、波形到时和波速数据，对水力致裂引起的煤体破裂事件进行震源定位，并将定位结果在空间坐标系内进行实时显示，从而实现对水力致裂裂隙场演化过程的实时监测。

有益效果，由于采用了上述技术方案，监测装置由第一密封腔体、第二密封腔体、地应力模拟模块、瓦斯吸附模块、水力致裂模块和声发射定位监测模块六部分构成。第一密封腔体充有油液，第二密封腔体放置煤样；地应力模拟模块用来给煤样施加围压和垂直压力；瓦斯吸附模块用于向煤样内注入低压瓦斯气体，使煤样吸附瓦斯；水力致裂模块向煤体注入带有示踪颜色的高压水，用以压裂煤体；声发射定位监测模块实时采集水力致裂过程中诱发的声发射信号，并对水压致裂裂缝进行定位监测，实现对水力致裂隙场演化的实时监测。

实现不同围压和垂直压力条件下的含瓦斯煤体水力压裂实验，并同步监测水力致裂诱发的声发射信号，并对对水力致裂裂隙场进行实时监测，这对含瓦斯煤体水力致裂裂缝发生扩展机理、水力致裂裂隙场时空演化规律以及合理评价水力致裂效果并优化水力致裂设计方案具有重要的理论和现实意义。

含瓦斯煤体水力致裂裂隙场声发射定位监测装置及方法有以下优点：

(1)本装置具有良好的气密性和丰富的地应力模拟功能，能够向实验煤体内部充入瓦斯气体，使煤体充分吸附瓦斯；采用流量控制和压力控制两种方法进行水力致裂；实现了不同围压和垂直压力条件下的含瓦斯煤体水力致裂实验研究。

(2)水力致裂过程采用带有示踪颜色的高压水，便于在实验结束后根据高压水颜色判断水力致裂裂隙场空间形态和尺寸。

(3)8个声发射传感器组成了合理的空间布置形态，能够全方位监测水力致裂诱发的声发射信号；声发射传感器和煤样之间采用专用的耦合剂，从而保证了接受声发射信号的质量。

(4)声发射定位监测系统实时连续监测水力致裂诱发的声发射信号，声发射定位监测主机对声发射信号进行实时分析，自动拾取声发射波形到时数据；并对水力致裂导致的煤体破裂事件进行实时定位，同时将定位结果实时显示在空间坐标系内，实现了对水力致裂裂隙场演化过程的实时监测。

(5)声发射定位可以实现对水力致裂裂缝长度、宽度和高度的定量描述。

(6)本装置结构合理，操作方便，实验精度和可靠性高。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的声发射传感器安装布置图。

图3本发明的实验方法流程图。

图中：1-压力机，2-柱塞，3-上盖，4-钢板，5-底座，6-橡胶筒，7-煤样，8-油泵，9-高压油管，10-排液管，11-油路阀门，12-卸压阀门，13-封胶螺栓，14-柱塞泵，15-压力表，16-水路阀门，17-密封螺栓，18-压裂管，19-压裂孔，20-密封胶，21-瓦斯罐，22-瓦斯压力表，23-瓦斯阀门，24-瓦斯导管，25-三通阀，26-声发射定位监测主机，27-前置放大器，28-信号传输线，29-声发射传感器，30-传感器安装装置。

具体实施方式

本发明的含瓦斯煤体水力致裂裂隙场声发射定位监测监测装置包括：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；第一密封腔体充有油液，第二密封腔体放置煤样；地应力模拟模块用来给煤样施加围压和垂直压力；瓦斯吸附模块用于向煤样内注入低压瓦斯气体，使煤样吸附瓦斯；水力致裂模块向煤体注入带有示踪颜色的高压水，用以压裂煤体；声发射定位监测模块实时采集水力致裂过程中诱发的声发射信号，并对水压致裂裂缝进行定位监测，实现对水力致裂隙场演化的实时监测。

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2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5、设在底座5上的钢板4、橡胶筒6以及上盖3围成；所述的钢板4为圆管状，底座5和上盖3分别位于圆管的上部和底部，构成圆筒；橡胶筒6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。

所述第二密封腔体在第一密封腔体内，由底座5、设在底座上的上端面开口的橡胶筒6、上盖3和柱塞2围成；橡胶筒6位于底座5和上盖3之间，在上盖3上有柱塞2，在柱塞2上有连通孔，在第二密封腔体内置煤样。

所述的地应力模拟模块包括施加垂直压力的加载压力机1和柱塞2以及施加围岩应力的油泵8、高压油管9和排液管10；柱塞2穿过上盖3进入第二腔体内；所述的上盖3与柱塞2之间有密封圈密封；所述的高压油管9一端连接油泵8，另一端通过封胶螺栓13通向第一密封腔体；所述的高压油管9上设有油路阀门11，所述的排液管10与第一密封腔体相通，在排液管10上设有卸压阀门12。

所述的瓦斯吸附解吸模块包括：瓦斯罐21、三通阀25和瓦斯导管24；瓦斯导管24一端与瓦斯罐21相连，另一端与三通阀25相连，，瓦斯导管24上设有瓦斯压力表22和瓦斯阀门23。

所述的水力致裂模块包括：柱塞泵14、压裂孔19和压裂管18；压裂管18穿过柱塞2上的连通孔，并与位于第二密封腔体内的压裂孔19相连接，在压裂孔19的端部连接有密封胶20；所述的压裂孔19位于煤样上；柱塞泵14通过连接管和密封螺栓17与压裂管18连接，进入压裂孔19与煤样7相连；所述的压裂管18与柱塞泵14相连的连接管上设有压力表15、水路阀门16和瓦斯吸附解吸模块的三通阀25；所述的压裂管18的外径为10mm，内径为6mm。

所述的声发射定位监测模块包括：声发射定位监测主机26、前置放大器27、信号传输线28、声发射传感器29以及传感器安装装置30；位于橡胶筒6上的传感器安装装置30上连接有声发射传感器29，声发射传感器29通过信号传输线28与前置放大器27和声发射定位监测主机26顺序连接；声发射定位监测主机通过对声发射传感器接受的声发射信号进行分析，并对水力致裂裂缝进行定位。

本发明的含瓦斯煤体水力致裂裂隙场声发射定位方法，具体步骤如下：

(1)将原煤加工成圆柱体煤样，在煤样上端面中心位置施工一个压裂孔；将压裂管插入压裂孔，然后用密封胶对插入压裂孔内的压裂管管段进行密封；

(2)利用传感器安装装置将声发射传感器布置在煤样四周的橡胶筒壁内；并用有机硅胶将声发射传感器与煤样进行耦合；以煤样的底面中心为原点建立空间坐标系，确定各个声发射传感器的空间坐标；

(3)待封孔完全凝固后，将煤样从第二腔体的上部装入，安装好上盖和柱塞；

(4)开启声发射定位监测系统，通过折铅试验检查声发射传感器与煤样是否接触良好；

(5)关闭油路阀门和水路阀门，打开瓦斯阀门，瓦斯气体在指定低压下通过瓦斯导管和压裂管进入煤样，使煤样充分吸附瓦斯气体后关闭瓦斯阀门；

(6)打开油路阀门，通过油泵向所述第一密封腔体内施加围压，直至达到围压后使围压维持在该值；

(7)启动压力机，通过柱塞向煤样施加垂直方向的压力，直至达到压力并维持在该应力值；

(8)打开水路阀门，利用柱塞泵向煤样注入带有示踪颜色的高压水，同时开启声发射定位监测系统；

(9)在水力致裂过程中，声发射传感器实时采集水力致裂导致煤体破裂的声发射信号；

(10)当水压出现突然降低并持续低于0.5MPa时，关闭柱塞泵和水路阀门，停止注液；关闭压力机并同时关闭声发射定位监测系统，实验结束；

(11)实验结束后，打开油路卸压阀门，放出第一密封腔体内的油液；将通过带有颜色的示踪水痕迹得到的煤体破裂形态与声发射定位监测的裂隙场监测结果进行比对分析，进一步研究水力致裂裂隙场演化规律和机理。

所述的煤样为直径100mm，高度200mm的圆柱体煤样；所述压裂孔直径为12mm，孔深为120～130mm；压裂管的外径为10mm，内径为6mm，将压裂管一端插入压裂孔，直至压裂管距离压裂孔底部2～4mm。

所述的向煤样中注入带有示踪颜色的高压水可以通过流量控制和压力控制两种方法进行注入。

声发射传感器在实验中共采用8个，分别布置在煤样1/3和2/3高度截面两个互相垂直的直径两个端点对应的橡胶筒内。

声发射定位监测主机对声发射波形进行分析，自动拾取波形到时数据，根据声发射传感器空间坐标、波形到时和波速数据，对水力致裂引起的煤体破裂事件进行震源定位，并将定位结果在空间坐标系内进行实时显示，从而实现对水力致裂裂隙场演化过程的实时监测。

下面结合附图对本发明的技术方案作具体说明：

实施例1：所述的第一密封腔体由底座5、设在底座5上的钢板4、橡胶筒6以及上盖3围成；所述的底座5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13。

所述第二密封腔体在第一密封腔体内，由底座5、设在底座上的上端面开口的橡胶筒6、上盖3和柱塞2围成，上盖3和柱塞2采用密封圈进行密封。

所述的地应力模拟模块包括施加垂直压力的加载压力机1和柱塞2以及施加围岩应力的油泵8、高压油管9和排液管10；柱塞2穿过上盖3进入第二腔体内；所述的第一密封腔体上盖3与柱塞2的配合面上设有密封圈；高压油管9一端连接油泵8，另一端通向第一密封腔体；所述的高压油管9上设有油路阀门11，所述的排液管10上设有卸压阀门12。

所述的瓦斯吸附模块包括瓦斯罐21及一端与瓦斯罐21相连，另一端与三通阀25相连的瓦斯导管24，瓦斯导管24上设有瓦斯压力表22和瓦斯阀门23。

所述的水力致裂模块包括柱塞泵14及一端穿过柱塞2进入压裂孔19与煤样8相连，另一端与柱塞泵14相连的压裂管18，所述的压裂管18上设有压力表15、水路阀门16和三通阀25。

所述的声发射定位监测模块包括声发射定位监测主机26、前置放大器27、信号传输线28、声发射传感器29以及安装装置30组成。声发射定位监测主机26通过对声发射传感器29接受的声发射信号进行分析，并对水力致裂裂缝进行定位。

本发明的含瓦斯煤体水力致裂裂隙场声发射定位方法，具体步骤如下：

将煤矿井下取得的原煤加工成符合实验尺寸的圆柱形煤样7，所述煤样直径为100mm，高度为200mm。在煤样7上端面中心位置施工一个压裂孔；所述压裂孔直径为12mm，孔深为120～130mm；压裂管18的外径为10mm，内径为6mm；将压裂管18一端插入压裂孔19，直至压裂管18距离压裂孔19底部2～4mm，用密封胶20对插入压裂孔19内的压裂管18管段进行密封。

待封孔完全凝固后，将煤样7从第二腔体的上部装入，安装好上盖3和柱塞2；压裂孔19面向柱塞2一侧。

如图2所示，实验中共采用8个声发射传感器29，声发射传感器29分别布置在煤样1/3和2/3高度截面两个互相垂直的直径两个端点上。利用安装装置30将声发射传感器29放置在橡胶筒7壁内。声发射传感器29通过有机硅胶与煤样8进行耦合。

以煤样7的底面中心为原点建立空间坐标系，确定各个声发射传感器的空间坐标。开启声发射定位监测系统，通过折铅试验检查声发射传感器与煤样之间的耦合程度。

关闭油路阀门11和水路阀门16，打开瓦斯阀门23，使瓦斯气体在指定低压下通过压裂管18进入煤样7，连续注入低压瓦斯气体48小时，煤样7充分吸附瓦斯气体后关闭瓦斯阀门23。

实验开始，打开油路阀门11，通过油泵8向所述第一密封腔体内施加围压,直至达到所指定围压后使围压维持在该值。

启动压力机1，通过柱塞2向煤样7施加垂直方向的应力，直至达到所指定应力并维持在该应力值。

打开水路阀门16，利用柱塞泵14向煤样7注入带有示踪颜色的高压水，同时开启声发射定位监测系统26。

在水力致裂过程中，声发射传感器实时采集水力致裂导致煤体破裂的声发射事件波形，声发射定位监测主机对声发射波形进行分析，自动拾取波形到时数据，根据声发射传感器空间坐标、波形到时和波速数据，对水力致裂引起的煤体破裂事件进行震源定位，并将定位结果在空间坐标内进行实时显示，从而实现对水力致裂裂缝发生扩展过程的实时定位监测，揭示水力致裂裂缝扩展规律和裂隙场演化过程。

当水压出现突然降低并持续低于0.5MPa时，关闭柱塞泵14和水路阀门16，停止注液；关闭压力机，同时关闭声发射定位监测主机26，实验结束。

实验结束后，打开卸压阀门12，放出第一密封腔体内的油液。将通过带有颜色的示踪水痕迹得到的煤体破裂形态与声发射定位监测的裂隙场监测结果进行比对分析，进一步研究水力致裂裂隙场演化规律和机理。

Claims (2)

1.一种使用含瓦斯煤体水力致裂裂隙场声发射定位监测装置的监测方法，其特征在于：

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(2)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(5)、设在底座(5)上的钢板(4)、橡胶筒(6)以及上盖(3)围成；所述的钢板(4)为圆管状，底座(5)和上盖(3)分别位于圆管的上部和底部构成圆筒；橡胶筒(6)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；

所述的第二密封腔体在第一密封腔体内，由底座(5)、设在底座上的上端面开口的橡胶筒(6)、上盖(3)和柱塞(2)围成；橡胶筒(6)位于底座(5)和上盖(3)之间，在上盖(3)上有柱塞(2)，在柱塞(2)上有连通孔，在第二密封腔体内置煤样；

所述的声发射定位监测模块包括：声发射定位监测主机(26)、前置放大器(27)、信号传输线(28)、声发射传感器(29)以及传感器安装装置(30)；位于橡胶筒(6)上的传感器安装装置(30)上连接有声发射传感器(29)；声发射传感器（29）连接信号传输线（28），信号传输线（28）通过上盖和橡胶筒上的出线孔引出第二密封腔体并与前置放大器（27）和声发射定位监测主机(26)顺序连接，声发射定位监测主机通过对声发射传感器接受的声发射信号进行分析，并对水力致裂裂缝进行定位；

所述的地应力模拟模块包括施加垂直压力的加载压力机(1)和柱塞(2)以及 施加围岩应力的油泵(8)、高压油管(9)和排液管(10)；柱塞(2)穿过上盖(3)进入第二腔体内；所述的上盖(3)与柱塞(2)之间有密封圈密封；所述的高压油管(9)一端连接油泵(8)，另一端通过封胶螺栓(13)通向第一密封腔体；所述的高压油管(9)上设有油路阀门(11)，所述的排液管(10)与第一密封腔体相通，在排液管(10)上设有卸压阀门(12)；

所述的瓦斯吸附解吸模块包括：瓦斯罐(21)、三通阀(25)和瓦斯导管(24)；瓦斯导管(24)一端与瓦斯罐(21)相连，另一端与三通阀(25)相连，瓦斯导管(24) 上设有瓦斯压力表(22)和瓦斯阀门(23)；

所述的水力致裂模块包括：柱塞泵(14)、压裂孔(19)和压裂管(18)；压裂管(18)穿过柱塞(2)上的连通孔，并与位于第二密封腔体内的压裂孔(19)相连接，在压裂孔(19)的端部连接有密封胶(20)；所述的压裂孔(19)位于煤样上；柱塞泵(14)通过连接管和密封螺栓(17)与压裂管(18)连接，压裂管(18)进入压裂孔(19)与煤样(7)相连；所述的压裂管(18)与柱塞泵(14)相连的连接管上设有压力表(15)、水路阀门(16)和瓦斯吸附解吸模块的三通阀(25)；所述的压裂管(18)的外径为10mm，内径为6mm；

包括如下步骤：

(1)将原煤加工成直径100mm，高度200mm的圆柱体煤样；所述压裂孔直径为12mm，孔深为120～130mm；压裂管的外径为10mm，内径为6mm，将压裂管一端插入压裂孔，直至压裂管距离压裂孔底部2～4mm，然后用密封胶对插入压裂孔内的压裂管管段进行密封；

(2)在实验中共采用8个声发射传感器，分别布置在煤样1/3和2/3高度截面两个互相垂直的直径两个端点，并利用传感器安装装置将声发射传感器布置在煤样四周的橡胶筒壁内；并用有机硅胶将声发射传感器与煤样进行耦合；以煤样的底面中心为原点建立空间坐标系，确定各个声发射传感器的空间坐标；

(3)待封孔完全凝固后，将煤样从第二腔体的上部装入，安装好上盖和柱塞；

(4)开启声发射定位监测系统，通过折铅试验检查声发射传感器与煤样是否接触良好；

(5)关闭油路阀门和水路阀门，打开瓦斯阀门，瓦斯气体在指定低压下通过瓦斯导管和压裂管进入煤样，使煤样充分吸附瓦斯气体后关闭瓦斯阀门；

(6)打开油路阀门，通过油泵向所述第一密封腔体内施加围压，直至达到围压后使围压维持在该值；

(7)启动压力机，通过柱塞向煤样施加垂直方向的压力，直至达到压力并维持在该压力值；

(8)打开水路阀门，利用柱塞泵向煤样注入带有示踪颜色的高压水，同时开启声发射定位监测系统；

(9)在水力致裂过程中，声发射传感器实时采集水力致裂导致煤体破裂的声发射信号；

(10)当水压出现突然降低并持续低于0.5MPa时，关闭柱塞泵和水路阀门，停止注液；关闭压力机并同时关闭声发射定位监测系统，实验结束；

(11)实验结束后，打开油路卸压阀门，放出第一密封腔体内的油液；利用声发射定位监测主机对声发射波形进行分析，自动拾取波形到时数据，根据声发射传感器空间坐标、波形到时和波速数据，对水力致裂引起的煤体破裂事件进行震源定位，并将定位结果在空间坐标系内进行实时显示，实现对水力致裂裂隙场演化过程的实时监测；

（12）将通过带有颜色的示踪水痕迹得到的煤体破裂形态与声发射定位监测的裂隙场监测结果进行比对分析，进一步研究水力致裂裂隙场演化规律和机理。

2.根据权利要求1所述的使用含瓦斯煤体水力致裂裂隙场声发射定位监测装置的监测方法，其特征在于：所述的向煤样中注入带有示踪颜色的高压水可以通过流量控制和压力控制两种方法进行注入。

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