CN106932328A - 利用示踪气体测试煤体渗透率的系统及方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

利用示踪气体测试煤体渗透率的系统及方法

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。

优选的，筛孔管未与连通管连接的端头为扁平状封闭结构。

进一步的，注气观测浓度检测仪与渗透观测浓度检测仪分别包括检测单元、微处理器、传输单元，微处理器分别与检测单元及传输单元相连，传输单元通过数据接口与线缆相接，微处理器将检测的气体浓度信息转化为电信号，通过线缆将气体浓度信息传输给主机。

进一步的，注气观测浓度检测仪与渗透观测浓度检测仪分别内置有检测单元、存储单元、无线传输单元及微处理器，微处理器分别与检测单元、存储单元及无线传输单元相连，主机内设置有能够与注气观测浓度检测仪与渗透观测浓度检测仪的无线传输单元通信的无线传输模块。

进一步的，主机包括存储模块、传输模块及处理控制模块，处理控制模块分别与存储模块及传输模块相连，处理控制模块将由传输模块接收到的气体浓度电信号进行处理后转换为数字信号，并存储到存储模块中，再通过传输模块将气体浓度信息传输至计算机。

优选的，主机还包括图形显示模块，图形显示模块与处理控制模块相连。

本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：一种利用示踪气体测试煤体渗透率的方法，基于上述利用示踪气体测试煤体渗透率的系统，包括以下步骤：

A.在测试煤层内钻取两个钻孔，其中，一个钻孔用于将矿用测温计放置于孔底测试煤层温度T，另一个钻孔用于利用压力表测试煤层瓦斯压力P；同时钻取注气孔与观测孔，两孔的孔间距为L，孔径为d，并记录上述数值；

B.在注气孔内分别依次放置注气管路、注气观测管路的孔内管道，在观测孔内放置渗透观测管路的孔内管道，并利用封孔材料分别对注气孔和观测孔进行封孔；

C.将各个管路的其他设备都连接好，将注气压力表放置在注气孔孔口，观测注气孔孔口的注气压力表变化，并实时记录注气控内压力p₁；

D.打开主机，将主机调试到实时监测气体浓度模式；

E.打开阀门，当注气孔内压力大于煤层瓦斯压力a倍时，停止注气，a是为了保证注气孔压力大于煤层瓦斯压力设定的一个倍数，取值范围为1.1～1.5；

F.利用注气观测浓度检测仪(71)与渗透观测浓度检测仪(72)分别实时观测注气孔与观测孔内示踪气体的浓度变化，并将数据传输给主机进行记录，在每次记录浓度信息时，同时记录注气孔压力p₁，监测完后，将主机内的示踪气体浓度信息导出到计算机进行后处理；

G.计算机接收数据后，进行以下操作，

应用达西定律来计算煤体的渗透系数K和渗透率k，公式如下：

式中，v为渗流速度，单位为m/s；为压力梯度，单位为Pa；K为渗透系数，单位为m/s；

渗透系数为

式中ρ为流体密度，μ为流体的动力黏滞系数，g为加速度，k为表征裂隙介质渗透性能的常数，称为渗透率，单位为10^-3um²，它取决于岩体的性质和裂隙几何特征，而与流体的性质无关，将式(1)和式(2)结合，可以得出煤体渗透率k的计算公式：

将热力学公式及气体浓度值c带入后，煤体渗透率k转化为以气体浓度c为未知量的计算公式：

k＝cπr²Mμ/[L(t₂-t₁)(p₁M-cRT)ρg] (4)

式中，r为观测孔半径，M为示踪气体的分子量，L为注气孔与观测孔之间的距离；p₁为注气孔压力，单位为Pa，每次记录浓度信息时，同时记录注气孔压力；R为摩尔气体常数，R＝8.31Pa·m³/(mol·k)；T为煤层温度，单位为K，得到煤体渗透率。

优选的，步骤A中的观测孔为多个，观测孔以注气孔为圆心布置于注气孔周围，观测孔到注气孔的距离为1～3m，观测孔与渗透观测管路一一对应。

进一步的，步骤F和步骤G之间还包括

Q.当注气观测浓度检测仪(71)观测到注气孔内示踪气体浓度在煤体内扩散完后，重新进入步骤E，直至注气观测浓度检测仪(71)与渗透观测浓度检测仪(72)分别实时观测注气孔与观测孔内示踪气体的浓度变化的次数为n次，n为大于6的整数；

相应的，步骤G后还包括，依据n次的数值对煤体渗透率进行n次计算，取n次结果的平均值作为最终的煤体渗透率。

本发明的有益效果是：结构简单，易于操作，测量精度高、适用范围广，采用筛孔管可以保证示踪气体均匀释放，以便观测其浓度均匀变化，主机能够存储大容量监测数据，减少工作量，提高工作效率；采用本申请的系统能够及时准确地监测注入的示踪气体的浓度变化情况，后期通过计算机能够计算得出深部煤体在原始状态下的渗透率变化特征，能够实现深部煤体在原始状态下渗透率的测试，为矿山开采涉及的瓦斯治理与瓦斯抽采提供依据；此外，通过无线传输还能够能够实现高速无线传输，现场易于布置装置，减少布线带来的麻烦。本发明适用于适用于矿山开采、瓦斯治理、井巷开拓、巷道支护等工程中，以期指导煤矿企业安全生产过程中涉及的瓦斯治理与瓦斯抽采等方案的制定和参数的确定。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中筛孔管的结构示意图；

其中，1为筛孔管，2为连通管，3为封孔材料，41为注气三通管，42为渗透观测三通管，51为注气压力表，52为渗透观测压力表，6为阀门，71为注气观测浓度检测仪，72为渗透观测浓度检测仪，8为减压阀，9为气瓶，10为线缆，11为主机，12为计算机。

具体实施方式

下面结合附图，详细描述本发明的技术方案。

如图1所示，以一条渗透观测管路为例，本发明的利用示踪气体测试煤体渗透率的系统，包括注气管路、注气观测管路及渗透观测管路，还包括孔内管道，孔内管道包括筛孔管1和若干根依次连接的连通管2，连通管2的数量根据钻孔深度及钻孔数目决定。筛孔管1与第一根连通管相连，最后一根连通管2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。

注气管路包括一条孔内管道，该孔内管道的连接口与注气三通管41相连，注气三通管41的另外两端分别连接有注气压力表51与通气管，通气管的另一端与储存有示踪气体的气瓶9相连，通气管上设置有控制示踪气体流量的阀门。此外，还可以只在气瓶9端口处设置阀门，而无需在注气管路上设置控制示踪气体流量的阀门。具体而言，还可以在通气管与注气三通管41之间设置有阀门6，阀门6通过通气管与减压阀8相连，减压阀8与气瓶9相连，设置多个不同种类的阀门可以使得对气体流量的更加精确。阀门6优选为球心阀门，具有流体阻力小，密封性好，开关迅速，可靠性高等优点，其量程在0～2.5MPa。

注气观测管路包括一条孔内管道，该孔内管道的连接口与注气观测浓度检测仪71相连接；渗透观测管路包括一条孔内管道，该孔内管道的连接口与渗透观测三通管42相连，渗透观测三通管42的另外两端分别连接有渗透观测压力表52与渗透观测浓度检测仪72。

注气观测浓度检测仪71与渗透观测浓度检测仪72分别与主机11相连，用于将测得的浓度数据传送给主机，主机11又与计算机12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，浓度检测仪检测范围0～5000ppm。主机用于实时记录数据，由于井下条件的限制，不可使用计算机，因此需要专门的防爆主机进行数据记录及初步处理。

实际操作中，注气管路的筛孔管及连通管、注气观测管路中的筛孔管及连通管都位于注气孔中，而渗透观测管路的筛孔管及连通管位于观测孔中，注气孔和观测孔平行间隔一定距离设置。通过注气管路向注气孔注入示踪气体，利用注气观测管路对注气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。由于计算渗透率是按照两个孔口的距离计算的，而实际渗透的距离是两个筛孔管，因此要保证注气孔和观测孔平行设置，且使得注气观测管路中的孔内管道与注气管路中的孔内管道、渗透观测管路中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置，以提高监测结果的准确性。压力表直接测试孔内压力，无须与主机相连，可以直接读取数据，注气压力表51测的是注气孔压力值，渗透观测压力表52测的是观测孔压力值。

此外，还可以在通气管上连接有气体流量计，气体流量计与主机相连，以便实时观测示踪气体流量，并将气体流量传输给主机，使得可以实时控制气体流量。

优选的，为了有助于向孔内推进安装，设计筛孔管1未与连通管2连接的端头为扁平状，为了防止在放置过程中煤粉堵孔进入连通管，对该端头进行扁平封闭设置，筛孔管1的结构如图2所示，与连通管2可以为螺纹连接，例如在连通管2两端设有外螺纹，筛孔管1和注气三通管41设置有与连通管2外螺纹匹配的内螺纹，注气压力表51的连接口处设有与注气三通管4另一端头内螺纹匹配的外螺纹。基于硬度和成本考虑，采用铁质的筛孔管1和连通管2。

主机11选用N通道主机，渗透观测管路为2～N-1条，通道的数目与浓度检测仪一一对应，例如选用8通道的主机，而渗透观测管路为2-7条，此处的浓度检测仪包括注气观测浓度检测仪71与渗透观测浓度检测仪72。

注气观测浓度检测仪71与渗透观测浓度检测仪72分别包括检测单元、微处理器、传输单元，微处理器分别与检测单元及传输单元相连，传输单元通过数据接口与线缆10相接，微处理器将检测的气体浓度信息转化为电信号，通过线缆10将气体浓度信息传输给主机11，线缆10优选为三芯线缆。此外，也可以采用无线连接方式传输数据，注气观测浓度检测仪71与渗透观测浓度检测仪72分别内置有检测单元、存储单元、无线传输单元及微处理器，微处理器分别与检测单元、存储单元及无线传输单元相连，存储单元用于临时存储监测的气体浓度值。主机11内设置有能够与注气观测浓度检测仪71与渗透观测浓度检测仪72的无线传输单元通信的无线传输模块。如此设计，无需布线，简化系统结构，减少干扰。同理，主机11与计算机12之间也可以采用有线或无线方式传输数据。

优选采用智能化主机，主机11包括存储模块、传输模块及处理控制模块，处理控制模块分别与存储模块及传输模块相连，存储模块为容量大于等于1TB的大容量存储模块，能够存储大容量监测数据，减少传输数据的频率，减少工作量，提高工作效率。处理控制模块将气体浓度信息进行处理分类，处理控制模块将由传输模块接收到的气体浓度电信号进行处理后转换为数字信号，并存储到存储模块中，再通过传输模块将气体浓度信息传输至计算机12。为了可视化观察气体变化情况，在主机11上设置与处理控制模块相连的图形显示模块。

计算机12中安装有配套的后处理软件，后处理软件与windowsXP、windows7、windows8、windows10等多系统兼容，可以对示踪气体变化特征进一步分析。

为了使得本系统在矿井下长期使用，防止瓦斯过高等危险情况丢失采集的数据，在主机11外部设置有防爆外壳。

选用SF₆气体作为示踪气体，SF₆是矿用的较理想的示踪气体：当人体中含有80％的SF₆和20％的O₂时，24h内对人体无病理反应；SF₆在25℃水中的溶解度只有0.001cm³/cm³，矿井内所遇到的物料对它无明显的吸附作用；具有很强的热稳定性和化学惰性，300℃以下干燥环境中与铜、银、铁、铝不反应；环境的自然本底极低，对检测精度无影响。

以现场示踪气体SF₆为例，本发明利用示踪气体测试煤体渗透率的方法，包括以下步骤，具体实验过程分为两部分：煤层示踪气体SF₆浓度信息监测和煤体渗透率计算：

1.现场示踪气体SF₆浓度信息监测

A.在测试煤层内钻取两个钻孔，一个钻孔将矿用测温计放置于孔底，测试煤层温度T，单位为K；另一个钻孔利用压力表与4分铁管连接(并进行封孔)，待压力稳定后即为煤层瓦斯压力P，单位为MPa；同时钻取孔深30m的注气孔与观测孔，两孔的孔间距为L，孔径为d，此例中孔间距2m，孔径89mm，并记录上述数值。

测温度与煤层瓦斯压力的钻孔可以是注气孔与观测孔中任一个，也可以是额外孔。煤层温度为基础数据，可以和煤层瓦斯压力同时测试，也可以分别进行。

为了提高结果的准确性，实际操作中可以设置多个观测孔，观测孔以注气孔为圆心布置于注气孔周围，观测孔距离注气孔距离1～3m，距离太近则钻孔时产生裂隙改变煤层渗透率，距离太远监测到数据时间长。观测孔与渗透观测管路一一对应，因此主机也选用多通道主机。

B.在注气孔内分别依次放置注气管路、注气观测管路的孔内管道，在观测孔内放置渗透观测管路的孔内管道，并利用封孔材料分别对注气孔和观测孔进行封孔，封孔长度为s，此处选取20m，封孔材料包括聚氨酯材料和水泥。

现场操作时，可以根据实际情况的选择，设置孔深和封孔长度，其数据选择对结果的影响不大，但为了结果更加准确，本例设置孔深30m，封孔长度20m，尽可能保证封孔效果良好，不出现漏气情况。若是封孔长度太短，容易出现漏气现象；反之太长，目前现场封孔技术难以达到。

C.按照图1的结构，将各个管路的其他设备都连接好，具体而言，将三通管、压力表、浓度检测仪、通气管、气瓶分别和上述各个管路中的连通管相连接，并将浓度检测仪及计算机与主机相连，将注气压力表放置在注气孔孔口，观测注气孔孔口的注气压力表变化，并实时记录注气孔内压力p₁。

D.打开主机，将主机调试到实时监测气体浓度模式。

E.依次打开气瓶阀门、减压阀阀门和阀门，当注气孔内压力大于煤层瓦斯压力a倍时，停止注气。a是为了保证注气孔压力大于煤层瓦斯压力设定的一个倍数，可以设置为1.1～1.5，不能设置得太大，压力过大可能会压坏设备及管路。例如测得煤层瓦斯压力PMPa，在孔内注气压力达1.1PMPa时停止注气。

F.利用注气观测浓度检测仪71与渗透观测浓度检测仪72分别实时观测注气孔与观测孔内示踪气体SF₆浓度变化，并将数据传输给主机进行记录，在每次记录浓度信息时，同时记录注气孔压力p₁MPa。

实际操作中，优选将各压力表放置在各孔的孔口处，提高测量准确度。

G.当第一浓度检测仪71观测到注气孔内示踪气体SF₆浓度在煤体内扩散完后，即第一浓度检测仪71观测到注气孔内示踪气体SF₆浓度为0后，重新进入步骤E，开启各个阀门，进行第二次注气观测，如此反复循环n次，以便于能够多次观测求取平均值，提高结果准确率，优选的，n至少为7。监测完后，将主机内的7次监测的示踪气体SF₆浓度信息导出到计算机进行后处理。

2.煤体渗透率计算，该部分可以通过计算机完成。

在利用计算机进行数据处理过程中主要应用达西定律来计算煤体的渗透系数K和渗透率k，公式如下：

式中，v为渗流速度，单位为m/s；为压力梯度，单位为Pa；K为渗透系数，单位为m/s。

渗透系数不仅取决于岩石的性质和集合特征，而且与渗流流体的基本物理性质有关。为了把裂隙介质的特征和流体性质对渗流系数的影响区分开来，将渗透系数写成下面的形式：

式中ρ为流体密度，查得标准状态下SF₆气体的密度是6.25kg/m³；μ为流体的动力黏滞系数，查得SF₆气体的动力黏滞系数是9.48×10^-5m²/s；g为加速度，取9.8m/s²，k为表征裂隙介质渗透性能的常数，称为渗透率，单位为10^-3um²，它取决于岩体的性质和裂隙几何特征，而与流体的性质无关。将式(1)和式(2)结合，可以得出煤体渗透率k的计算公式：

将热力学公式及气体浓度值c带入后，煤体渗透率k转化为以气体浓度c为未知量的计算公式：

k＝cπr²Mμ/[L(t₂-t₁)(p₁M-cRT)ρg] (4)

式中，r为观测孔半径，此例中r＝44.5mm；M为SF₆分子量，M＝146；L为注气孔与观测孔之间的距离，此例中观测距离为2m；p₁为注气孔压力，每次观测直接读取，单位为Pa，每次记录浓度信息的同时对其进行记录；R为摩尔气体常数，R＝8.31Pa·m³/(mol·k)；T为煤层温度，单位为K。如此可得到煤体渗透率。

为了提高准确率，可以以现场进行的N次如7次示踪气体SF₆观测所得数据为基础，根据观测孔内示踪气体SF₆浓度变化，结合式(4)最终计算得出煤体渗透率。

Claims (10)

1.一种利用示踪气体测试煤体渗透率的系统，其特征在于，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(1)和若干根依次连接的连通管(2)，筛孔管(1)与第一根连通管相连，最后一根连通管(2)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(41)相连，注气三通管(41)的另外两端分别连接有注气压力表(51)与通气管，通气管的另一端与储存有示踪气体的气瓶(9)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(71)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(42)相连，渗透观测三通管(42)的另外两端分别连接有渗透观测压力表(52)与渗透观测浓度检测仪(72)；

注气观测浓度检测仪(71)与渗透观测浓度检测仪(72)分别与主机(11)相连，用于将测得的浓度数据传送给主机，主机(11)又与计算机(12)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(11)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。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，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。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，筛孔管(1)未与连通管(2)连接的端头为扁平状封闭结构。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，注气观测浓度检测仪(71)与渗透观测浓度检测仪(72)分别包括检测单元、微处理器、传输单元，微处理器分别与检测单元及传输单元相连，传输单元通过数据接口与线缆(10)相接，微处理器将检测的气体浓度信息转化为电信号，通过线缆(10)将气体浓度信息传输给主机(11)。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，注气观测浓度检测仪(71)与渗透观测浓度检测仪(72)分别内置有检测单元、存储单元、无线传输单元及微处理器，微处理器分别与检测单元、存储单元及无线传输单元相连，主机(11)内设置有能够与注气观测浓度检测仪(71)与渗透观测浓度检测仪(72)的无线传输单元通信的无线传输模块。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，主机(11)包括存储模块、传输模块及处理控制模块，处理控制模块分别与存储模块及传输模块相连，处理控制模块将由传输模块接收到的气体浓度电信号进行处理后转换为数字信号，并存储到存储模块中，再通过传输模块将气体浓度信息传输至计算机(12)。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，主机(11)还包括图形显示模块，图形显示模块与处理控制模块相连。

8.一种利用示踪气体测试煤体渗透率的方法，基于如权利要求1至7任一项所述的一种利用示踪气体测试煤体渗透率的系统，其特征在于，包括以下步骤：

A.在测试煤层内钻取两个钻孔，其中，一个钻孔用于将矿用测温计放置于孔底测试煤层温度T，另一个钻孔用于利用压力表测试煤层瓦斯压力P；同时钻取注气孔与观测孔，两孔的孔间距为L，孔径为d，并记录上述数值；

B.在注气孔内分别依次放置注气管路、注气观测管路的孔内管道，在观测孔内放置渗透观测管路的孔内管道，并利用封孔材料分别对注气孔和观测孔进行封孔；

C.将各个管路的其他设备都连接好；

D.打开主机，将主机调试到实时监测气体浓度模式；

E.打开阀门，当注气孔内压力大于煤层瓦斯压力a倍时，停止注气，a是为了保证注气孔压力大于煤层瓦斯压力设定的一个倍数，取值范围为1.1～1.5；

F.利用注气观测浓度检测仪(71)与渗透观测浓度检测仪(72)分别实时观测注气孔与观测孔内示踪气体的浓度变化，并将数据传输给主机进行记录，在每次记录浓度信息时，同时记录注气孔压力p₁，监测完后，将主机内的示踪气体浓度信息导出到计算机进行后处理；

G.计算机接收数据后，进行以下操作，

应用达西定律来计算煤体的渗透系数K和渗透率k，公式如下：

$v=-K\▿P---\left(1\right)$

式中，v为渗流速度，单位为m/s；为压力梯度，单位为Pa；K为渗透系数，单位为m/s；

渗透系数为

$K=\frac{k\mathrm{\ρ}g}{\mathrm{\μ}}---\left(2\right)$

式中ρ为流体密度，μ为流体的动力黏滞系数，g为加速度，k为表征裂隙介质渗透性能的常数，称为渗透率，单位为10^-3um²，它取决于岩体的性质和裂隙几何特征，而与流体的性质无关，将式(1)和式(2)结合，可以得出煤体渗透率k的计算公式：

$k=\frac{-v\mathrm{\μ}}{\▿P\mathrm{\ρ}g}---\left(3\right)$

将热力学公式及气体浓度值c带入后，煤体渗透率k转化为以气体浓度c为未知量的计算公式：

k＝cπr²Mμ/[L(t₂-t₁)(p₁M-cRT)ρg] (4)

式中，r为观测孔半径，M为示踪气体的分子量，L为注气孔与观测孔之间的距离；p₁为注气孔压力，单位为Pa，每次记录浓度信息时，同时记录注气孔压力；R为摩尔气体常数，R＝8.31Pa·m³/(mol·k)；T为煤层温度，单位为K，得到煤体渗透率。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤A中的观测孔为多个，观测孔以注气孔为圆心布置于注气孔周围，观测孔到注气孔的距离为1～3m，观测孔与渗透观测管路一一对应。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤F和步骤G之间还包括

Q.当注气观测浓度检测仪(71)观测到注气孔内示踪气体浓度在煤体内扩散完后，重新进入步骤E，直至注气观测浓度检测仪(71)与渗透观测浓度检测仪(72)分别实时观测注气孔与观测孔内示踪气体的浓度变化的次数为n次，n为大于6的整数；

相应的，步骤G后还包括，依据n次的数值对煤体渗透率进行n次计算，取n次结果的平均值作为最终的煤体渗透率。