CN106970015B - 一种模拟煤岩钻孔热冷加注装置及渗透率测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种模拟煤岩钻孔热冷加注装置，包括控制基座、承载架、物料转运平台、移动钻孔机、热风机、气体质量流量控制器、气体压力变送器、液氮加压器、低温液氮罐、空压机、氮气瓶、钻孔密封器、压力自适应囊袋、胶囊封孔器、万用表、高温导流管、低温导流管、加压管、高压管及数据处理终端；其测试方法，包括安装实验样品，加工实验钻孔，循环冲击，渗透测试及等五步。本发明设备结构简单，运行成本低廉，一方面具有良好的操作灵活性和可靠性，可有效的提高实验作业的工作效率和数据采集的精度，另一方面可有效的对各种井下自然条件进行仿真作业，从而极大的提高了实验数据与实际工作数据间的匹配性，增强实验数据的可靠性和准确性。

Description

一种模拟煤岩钻孔热冷加注装置及渗透率测试方法
技术领域
本发明涉一种模拟煤岩钻孔热冷加注装置及渗透率测试方法，属瓦斯抽采技术领域。
背景技术
我国煤矿井下瓦斯抽采作业时，为了提高瓦斯抽采作业效率，延长钻孔使用寿命，往往均需要对瓦斯抽采钻孔进行压裂增透作业，当前在进行压裂增透时，冷热冲击增透技术得到了极为广泛的应用，但在实际的工作中发现，当前在对瓦斯钻孔进行压裂增透作业时，由于冷热冲击增透技术为新兴技术，因此在施工和研究工作中，可以借鉴参考的资料及经验相对较少，同时不同煤层的地质结构对冷热冲击压力作业产生的效果也存在较大的差异，因此导致当前在对瓦斯钻孔进行冷热冲击增透作业时往往缺乏有效的设计理论依据，从而导致对瓦斯钻孔冷热冲击增透作业后的煤层渗透率无法得出准确的判断，而当前尚无有效的实验平台和理论研究平台，从而一方面严重影响了瓦斯渗透率工作效率和精度，另一方面也易造成增透作业成本较高，增透效果不好等现象发生，因此针对这一问题，迫切需要开发一种全新的模拟煤岩钻孔热冷加注装置和与之相应的实验方法，以满足实际使用的需要。
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明提供一种模拟煤岩钻孔热冷加注装置及渗透率测试方法与爆破冲击实施方法及其使用方法及其使用方法。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
一种模拟煤岩钻孔热冷加注装置，包括控制基座、承载架、物料转运平台、移动钻孔机、热风机、气体质量流量控制器、气体压力变送器、液氮加压器、低温液氮罐、空压机、氮气瓶、钻孔密封器、压力自适应囊袋、胶囊封孔器、万用表、高温导流管、低温导流管、加压管、高压管及数据处理终端，其中承载架至少一个，且承载架一端与控制基座侧表面通过铰链结构铰接，承载架包括承载立柱、导向横梁、驱动导轨、导向块、升降驱动机构及定位台，承载立柱至少两条，其末端设行走轮，顶端与导向横梁垂直分布，且各承载立柱均以导向横梁中线对称分布，且其中一条承载立柱与控制基座侧表面通过铰链结构铰接，导向横梁轴线与水平面平行分布，驱动导轨安装在导向横梁下表面并与导向横梁轴线平行分布，导向块共三个，安装在导向横梁上并沿导向横梁轴线方向与导向横梁滑动连接，导向块通过转台机构与升降驱动机构铰接并可环绕铰接轴进行0°—90°夹角旋转，升降驱动机构下端面与通过转台机构与定位台铰接，且定位台可环绕铰接轴进行0°—90°夹角旋转，物料转运平台位于导向横梁正下方，并沿导向横梁轴线方向水平移动，移动钻孔机安装在远离控制基座一侧的导向块的定位台上，热风机、气体质量流量控制器、气体压力变送器、液氮加压器、低温液氮罐、空压机、氮气瓶、万用表及数据处理终端均安装在承载基座上，其中热风机与高温导流管末端连通，高温导流管前端与位于中间位置的导向块的定位台连接，低温液氮罐通过液氮加压器与低温导流管末端连通，低温导流管前端与位于靠近控制基座一侧位置的导向块的定位台连接，钻孔密封器、压力自适应囊袋分别包覆在高温导流管、低温导流管前端外表面，并与高温导流管、低温导流管同轴分布，万用表通过至少两个检测电极与物料转运平台侧表面连接，且检测电极与万用表间通过导线电气连接，空压机与加压管末端连通，加压管前端与物料转运平台侧表面连通，氮气瓶通过气体质量流量控制器与高压管末端连通，高压管前端与物料转运平台侧表面连通，且加压管和高压管前端分别与气体压力变送器连通，且胶囊封孔器至少一个并包覆在加压管和高压管前端外表面，数据处理终端分别与承载架的驱动导轨、物料转运平台的行走机构、移动钻孔机、热风机、气体质量流量控制器、气体压力变送器、液氮加压器、空压机、万用表电气连接。
进一步的，所述的物料转运平台包括机架、承载台、侧挡板及行走机构，所述的机架下表面与行走机构连接，上表面与承载台连接，所述的侧挡板至少四个，与承载台上表面垂直连接，并环绕承载台轴线依次首尾连接构成闭合环状结构，所述的承载台轴线与导向横梁轴线垂直且相交，所述的侧挡板中，其中至少一个与承载台相互铰接。
进一步的，所述的承载台侧表面上设至少两个到位传感器，所述的到位传感器至少两个并沿导向横梁轴线方向分布，且到位传感器轴线与导向横梁轴线垂直且相交。
进一步的，所述的控制基座包括定位块、工作台及定位滑槽，所述的定位块至少四个安装在工作台下表面并环绕工作台轴线均布，所述的滑槽至少一条，嵌于工作台上表面并分别与热风机、气体质量流量控制器、气体压力变送器、液氮加压器、低温液氮罐、空压机、氮气瓶、万用表及数据处理终端滑动连接。
进一步的，所述的承载架为两个或两个以上时，则各承载架环绕控制基座轴线均布。
进一步的，所述的承载立柱和升降驱动机构为液压柱、气压柱及丝杠结构中的任意一种。
进一步的，所述的导向横梁上另设至少一条柔性链板，且所述的柔性链板前端与控制基座连接，所述的数据处理终端分别与承载架的驱动导轨、物料转运平台的行走机构、移动钻孔机、热风机、气体质量流量控制器、气体压力变送器、液氮加压器、空压机、万用表电气连接时的导线均嵌于柔性链板内。
一种基于模拟煤岩钻孔热冷加注装置的渗透率测试方法，包括如下步骤：
第一步，安装实验样品，首先根据实验需要，选择满足实验条件需要的煤块样本，然后将煤块样本安装到物料转运平台上并定位，并将物料转运平台转运至承载架的移动钻孔机的正下方；
第二步，加工实验钻孔，利用移动钻孔机，首先在煤块样本上表面加工一个入注钻孔，然后在煤块样本侧表面加工一个测试钻孔，且所述的入注钻孔与测试钻孔轴线相互垂直分布；
第三步，循环冲击，在完成第二步作业后，首先通过物料转运平台将煤块样本转运至高温导流管处，并使高温导流管前端嵌入到入注钻孔内，然后启动热风机，将温度稳定为350℃—500℃压力为0.2MPa—0.5MPa的热空气通过高温导流管进入到入注钻孔内，同时由高温空气驱动钻孔密封器、压力自适应囊袋对入注钻孔进行密封，并在入注钻孔密封后，通过热风机持续对入注钻孔进行加热5—15分钟，同时通过万用表对煤块样本温度进行检测，并使煤块样本温度煤块样本达到300℃后，关闭热风机停止对入注钻孔加热，当钻孔内气体自由逸散压力自适应囊袋不具备对入注钻孔密封作用后，将高温导流管从入住钻孔中拔出，然后0.5分钟—3分钟内向入注钻孔内通入5℃—10℃的低温常压水，并在煤块样本温度冷却至15—30℃时，通过物料转运平台将煤块样本转运至低温导流管处，并使低温导流管前端嵌入到入注钻孔内，然后启动液氮加压器，将低温液氮罐内液氮增压至0.2MPa—0.5MPa后注入到入注钻孔内，同时由高压液氮驱动钻孔密封器、压力自适应囊袋对入注钻孔进行密封，并在入注钻孔密封后，通过液氮加压器持续对入注钻孔进行降温3分钟—5分钟，同时通过万用表对煤块样本温度进行检测，并使煤块样本温度达到-180℃—-100℃左右时，关闭液氮加压器停止对入注钻孔注冷，当入注钻孔内气体自由散逸压力自适应囊袋不具备对入注钻孔密封作用后，将低温导流管前端从入住钻孔中拔出，从而完成一次冲击作业，并在完成冲击作业后对煤块样本裂纹发展情况进行图片记录，在完成一次冲击作业并做好煤块样本裂纹发展情况进行图片记录后，再次循环进行冲击作业；
第四步，渗透测试，完成第三步作业后，将加压管、高压管前端和气体压力变送器均嵌入到测试钻孔内，并由空压机产生高压空气驱动胶囊封孔器对测试钻孔进行密封，同时通过钻孔密封器、压力自适应囊袋对入注钻孔进行密封，然后通过气体质量流量控制器将氮气瓶内氮气引入到测试钻孔内，由气体压力变送器对测试钻孔内的氮气压力值进行采集和检测，然后将气体压力变送器检测到的数值和气体质量流量控制器设定的数值一同传输到数据处理终端，由数据处理终端进行数据运行处理，其中注入到测试钻孔内氮气的初始压力值为0.2MPa—0.5MPa，氮气注入时间为1分钟及气体压力变送器数据采集时间间隔为1.5分钟—2.5分钟；
第五步，渗透率数据计算，首先在数据处理终端建立渗透率计算函数，然后将第四步采集到的具体数值带入到渗透率计算函数中，即可计算得到煤块样本的渗透率具体数值。
本实施例中，所述的第五步中，渗透率计算函数为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
其中：K为气体渗透率；
Q0为标准状况下的气体体积流量；
L 为多孔介质渗流长度；
A为多孔介质横截面积；
p0为标准状况下的气体压力;
pi为进气端压力;pe为出气端压力；
T为实验环境绝对温度；
Figure 422223DEST_PATH_IMAGE002
为标准状况下绝对温度；
b为Klinkenberg系数；
Figure 904151DEST_PATH_IMAGE003
为标准状况下气体的动力黏度;T0= 273.15K；
Tsu为Sutherland常数。
本发明设备结构简单，使用灵活，运行成本低廉，一方面具有良好的操作灵活性和可靠性，可有效的提高实验作业的工作效率和数据采集的精度，另一方面可有效的对各种井下自然条件进行仿真作业，从而极大的提高了实验数据与实际工作数据间的匹配性，增强实验数据的可靠性和准确性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为本发明结构意图；
图2为本发明使用方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1所述的一种模拟煤岩钻孔热冷加注装置，包括控制基座1、承载架2、物料转运平台3、移动钻孔机4、热风机5、气体质量流量控制器6、气体压力变送器7、液氮加压器8、低温液氮罐9、空压机10、氮气瓶11、钻孔密封器12、压力自适应囊袋13、胶囊封孔器14、万用表15、高温导流管16、低温导流管17、加压管18、高压管19及数据处理终端20，其中承载架2至少一个，且承载架2一端与控制基座1侧表面通过铰链结构铰接。
本实施例中，所述的承载架2包括承载立柱201、导向横梁202、驱动导轨203、导向块204、升降驱动机构205及定位台206，承载立柱201至少两条，其末端设行走轮207，顶端与导向横梁202垂直分布，且各承载立柱201均以导向横梁202中线对称分布，且其中一条承载立柱201与控制基座1侧表面通过铰链结构21铰接，导向横梁202轴线与水平面平行分布，驱动导轨203安装在导向横梁202下表面并与导向横梁202轴线平行分布，导向块204共三个，安装在导向横梁202上并沿导向横梁202轴线方向与导向横梁202滑动连接，导向块204通过转台机构22与升降驱动机构205铰接并可环绕铰接轴进行0°—90°夹角旋转，升降驱动机构205下端面与通过转台机构22与定位台206铰接，且定位台206可环绕铰接轴进行0°—90°夹角旋转。
本实施例中，所述物料转运平台3位于导向横梁202正下方，并沿导向横梁202轴线方向水平移动，移动钻孔机4安装在远离控制基座1一侧的导向块204的定位台206上，热风机5、气体质量流量控制器6、气体压力变送器7、液氮加压器8、低温液氮罐9、空压机10、氮气瓶11、万用表15及数据处理终端20均安装在承载基座1上，其中热风机5与高温导流管16末端连通，高温导流管16前端与位于中间位置的导向块204的定位台206连接，低温液氮罐9通过液氮加压器8与低温导流管17末端连通，低温导流管17前端与位于靠近控制基座1一侧位置的导向块204的定位台206连接，钻孔密封器12、压力自适应囊袋13分别包覆在高温导流管16、低温导流管17前端外表面，并与高温导流管16、低温导流管17同轴分布，万用表15通过至少两个检测电极23与物料转运平台3侧表面连接，且检测电极23与万用表15间通过导线电气连接，空压机10与加压管18末端连通，加压管18前端与物料转运平台3侧表面连通，氮气瓶11通过气体质量流量控制器6与高压管19末端连通，高压管19前端与物料转运平台3侧表面连通，且加压管18和高压管19前端分别与气体压力变送器7连通，且胶囊封孔器14至少一个并包覆在加压管18和高压管19前端外表面，数据处理终端20分别与承载架2的驱动导轨203、物料转运平台3的行走机构34、移动钻孔机4、热风机5、气体质量流量控制器6、气体压力变送器7、液氮加压器8、空压机10、万用表15电气连接。
本实施例中，所述的物料转运平台3包括机架31、承载台32、侧挡板33及行走机构34，所述的机架31下表面与行走机构34连接，上表面与承载台32连接，所述的侧挡板33至少四个，与承载台32上表面垂直连接，并环绕承载台32轴线依次首尾连接构成闭合环状结构，所述的承载台32轴线与导向横梁202轴线垂直且相交，所述的侧挡板33中，其中至少一个与承载台32相互铰接。
本实施例中，所述的承载台32侧表面上设至少两个到位传感器24，所述的到位传感器24至少两个并沿导向横梁202轴线方向分布，且到位传感器24轴线与导向横梁202轴线垂直且相交。
本实施例中，所述的控制基座1包括定位块101、工作台102及定位滑槽103，所述的定位块101至少四个安装在工作台102下表面并环绕工作台102轴线均布，所述的滑槽103至少一条，嵌于工作台102上表面并分别与热风机5、气体质量流量控制器6、气体压力变送器7、液氮加压器8、低温液氮罐9、空压机10、氮气瓶11、万用表15及数据处理终端20滑动连接。
本实施例中，所述的承载架2为两个或两个以上时，则各承载架2环绕控制基座1轴线均布。
本实施例中，所述的承载立柱201和升降驱动机构205为液压柱、气压柱及丝杠结构中的任意一种。
本实施例中，所述的导向横梁202上另设至少一条柔性链板25，且所述的柔性链板25前端与控制基座1连接，所述的数据处理终端20分别与驱动导轨203、物料转运平台3的行走机构34、移动钻孔机4、热风机5、气体质量流量控制器6、气体压力变送器7、液氮加压器8、空压机10、万用表15电气连接时的导线均嵌于柔性链板25内。
本实施例中，所述的数据处理终端20为工业计算机和个人计算机中的任意一种。
如图2所示，一种基于模拟煤岩钻孔热冷加注装置的渗透率测试方法，包括如下步骤：
第一步，安装实验样品，首先根据实验需要，选择满足实验条件需要的煤块样本，然后将煤块样本26安装到物料转运平台3上并定位，并将物料转运平台3转运至承载架2的移动钻孔机4的正下方；
第二步，加工实验钻孔，利用移动钻孔机4，首先在煤块样本26上表面加工一个入注钻孔27，然后在煤块样本26侧表面加工一个测试钻孔28，且所述的入注钻孔27与测试钻孔28轴线相互垂直分布；
第三步，循环冲击，在完成第二步作业后，首先通过物料转运平台3将煤块样本26转运至高温导流管16处，并使高温导流管16前端嵌入到入注钻孔27内，然后启动热风机5，将温度稳定为350℃—500℃压力为0.2MPa—0.5MPa的热空气通过高温导流管16进入到入注钻孔27内，同时由高温空气驱动钻孔密封器12、压力自适应囊袋13对入注钻孔27进行密封，并在入注钻孔密封27后，通过热风机5持续对入注钻孔27进行加热5—15分钟，同时通过万用表15对煤块样本26温度进行检测，并使煤块样本26温度达300℃后，关闭热风机5停止对入注钻孔27加热，当入注钻孔27内气体自由散逸压力自适应囊袋13不具备对入注钻孔27密封作用后，将高温导流管16从入住钻孔27中拔出，然后在0.5分钟—3分钟内向入注钻孔27内通入5℃—10℃的低温常压水，并在煤块样本26温度冷却至15—30℃时，通过物料转运平台3将煤块样本26转运至低温导流管17处，并使低温导流管17前端嵌入到入注钻孔27内，然后启动液氮加压器8，将低温液氮罐9内液氮增压至0.2MPa—0.5MPa后注入到入注钻孔27内，同时由高压液氮驱动钻孔密封器12、压力自适应囊袋13对入注钻孔27进行密封，并在入注钻孔27密封后，通过液氮加压器8持续对入注钻孔27进行降温5分钟，同时通过万用表15对煤块样本26温度进行检测，并使煤块样本26温度达到-180℃后，关闭液氮加压器8停止对入注钻孔27加热，并入注钻孔27内气体自由散逸且钻孔密封器12、压力自适应囊袋13不具备对入注钻孔27密封作用后，将低温导流管17前端从入住钻孔27中拔出，从而完成一次冲击作业，并在完成冲击作业后对煤块样26本裂纹发展情况进行图片记录，在完成一次冲击作业并做好煤块样本26裂纹发展情况进行图片记录后，再次循环进行冲击作业；
第四步，渗透测试，完成第三步作业后，将加压管18、高压管19前端和气体压力变送器7均嵌入到测试钻孔28内，并由空压机10产生高压空气驱动胶囊封孔器14对测试钻孔28进行密封，同时通过钻孔密封器12、压力自适应囊袋13对入注钻孔27进行密封，然后通过气体质量流量控制器7将氮气瓶11内氮气引入到测试钻孔28内，由气体压力变送器7对测试钻孔28内的氮气压力值进行采集和检测，然后将气体压力变送器7检测到的数值和气体质量流量控制器7设定的数值一同传输到数据处理终端20，由数据处理终端20进行数据运行处理，其中注入到测试钻孔28内氮气的初始压力值为0.2MPa—0.5MPa，氮气注入时间为1分钟及气体压力变送器7数据采集时间间隔为1.5分钟—2.5分钟；
第五步，渗透率数据计算，首先在数据处理终端建立渗透率计算函数，然后将第四步采集到的具体数值带入到渗透率计算函数中，即可计算得到煤块样本的渗透率具体数值。
本实施例中，所述的第五步中，渗透率计算函数为：
Figure 897514DEST_PATH_IMAGE001
；
其中：K为气体渗透率；
Q0为标准状况下的气体体积流量；
L 为多孔介质渗流长度；
A为多孔介质横截面积；
p0为标准状况下的气体压力;
pi为进气端压力;pe为出气端压力；
T为实验环境绝对温度；
Figure 714161DEST_PATH_IMAGE002
为标准状况下绝对温度；
b为Klinkenberg系数；
Figure 762757DEST_PATH_IMAGE003
为标准状况下气体的动力黏度;T0= 273.15K；
Tsu为Sutherland常数。
本发明设备结构简单，使用灵活，运行成本低廉，一方面具有良好的操作灵活性和可靠性，可有效的提高实验作业的工作效率和数据采集的精度，另一方面可有效的对各种井下自然条件进行仿真作业，从而极大的提高了实验数据与实际工作数据间的匹配性，增强实验数据的可靠性和准确性。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种基于模拟煤岩钻孔热冷加注装置的渗透率测试方法，其特征在于：所述的基于模拟煤岩钻孔热冷加注装置的渗透率测试方法包括如下步骤：
第一步，安装实验样品，首先根据实验需要，选择满足实验条件需要的煤块样本，然后将煤块样本安装到物料转运平台上并定位，并将物料转运平台转运至承载架的移动钻孔机的正下方；
第二步，加工实验钻孔，利用移动钻孔机，首先在煤块样本上表面加工一个入注钻孔，然后在煤块样本侧表面加工一个测试钻孔，且所述的入注钻孔与测试钻孔轴线相互垂直分布；
第三步，循环冲击，在完成第二步作业后，首先通过物料转运平台将煤块样本转运至高温导流管处，并使高温导流管前端嵌入到入注钻孔内，然后启动热风机，将温度稳定为350℃—500℃压力为0.2MPa—0.5MPa的热空气通过高温导流管进入到入注钻孔内，同时由高温空气驱动钻孔密封器、压力自适应囊袋对入注钻孔进行密封，并在入注钻孔密封后，通过热风机持续对入注钻孔进行加热5—15分钟，同时通过万用表对煤块样本温度进行检测，煤块样本达到300℃后，关闭热风机停止对入注钻孔加热，当钻孔内气体自由散逸压力自适应囊袋不具备对入注钻孔密封作用后，将高温导流管从入注钻孔中拔出，然后在0.5分钟—3分钟内向入注钻孔内通入5℃—10℃的常压低温水，并在煤块样本温度冷却至15—30℃时，通过物料转运平台将煤块样本转运至低温导流管处，并使低温导流管前端嵌入到入注钻孔内，然后启动液氮加压器，将低温液氮罐内液氮增压至0.2MPa—0.5MPa后注入到入注钻孔内，同时由高压液氮驱动钻孔密封器、压力自适应囊袋对入注钻孔进行密封，并在入注钻孔密封后，通过液氮加压器持续对入注钻孔进行降温3分钟—5分钟，同时通过万用表对煤块样本温度进行检测，并使煤块样本温度达到-180℃—-100℃左右时，关闭液氮加压器停止对入注钻孔注冷，当钻孔内气体自由散逸压力自适应囊袋不具备对入注钻孔密封作用后，将低温导流管前端从入住钻孔中拔出，从而完成一次冲击作业，并在完成冲击作业后对煤块样本裂纹发展情况进行图片记录，在完成一次冲击作业并做好煤块样本裂纹发展情况进行图片记录后，再次循环进行冲击作业；
第四步，渗透测试，完成第三步作业后，将加压管、高压管前端和气体压力变送器均嵌入到测试钻孔内，并由空压机产生高压空气驱动胶囊封孔器对测试钻孔进行密封，同时通过钻孔密封器、压力自适应囊袋对入注钻孔进行密封，然后通过气体质量流量控制器将氮气瓶内氮气引入到测试钻孔内，由气体压力变送器对测试钻孔内的氮气压力值进行采集和检测，然后将气体压力变送器检测到的数值和气体质量流量控制器设定的数值一同传输到数据处理终端，由数据处理终端进行数据运行处理，其中注入到测试钻孔内氮气的初始压力值为0.2MPa—0.5MPa，氮气注入时间为1分钟及气体压力变送器数据采集时间间隔为1.5分钟—2.5分钟；
第五步，渗透率数据计算，首先在数据处理终端建立渗透率计算函数，然后将第四步采集到的具体数值带入到渗透率计算函数中，即可计算得到煤块样本的渗透率具体数值。
2.根据权利要求1所述的一种基于模拟煤岩钻孔热冷加注装置的渗透率测试方法，其特征在于：所述的第五步中，渗透率计算函数为：
Figure 897762DEST_PATH_IMAGE002
；
其中：K为气体渗透率；
Q0为标准状况下的气体体积流量；
L 为多孔介质渗流长度；
A为多孔介质横截面积；
p0为标准状况下的气体压力；
Pi为进气端压力；Pe为出气端压力；
T为实验环境绝对温度；
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为标准状况下绝对温度；
b为Klinkenberg系数；
Figure 408378DEST_PATH_IMAGE004
为标准状况下气体的动力黏度；T0= 273.15K；
Tsu为Sutherland常数。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110441213B (zh) * 2019-08-26 2020-09-15 中国地质大学（北京） 煤样渗透率计算模拟试验装置及其试验方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103115843A (zh) * 2012-12-26 2013-05-22 中国人民解放军63653部队 一种岩体气体渗透率现场原位测量方法
WO2016141621A1 (zh) * 2015-03-09 2016-09-15 中国矿业大学 真三轴流压致裂、割缝、渗流、瓦斯驱赶一体化实验系统

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103115843A (zh) * 2012-12-26 2013-05-22 中国人民解放军63653部队 一种岩体气体渗透率现场原位测量方法
WO2016141621A1 (zh) * 2015-03-09 2016-09-15 中国矿业大学 真三轴流压致裂、割缝、渗流、瓦斯驱赶一体化实验系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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基于CT扫描的煤岩钻孔注液氮致裂试验研究;王乔等;《煤炭科学技术》;20170415(第04期);全文 *

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