CN113237811A - 一种原位煤层渗透率及所受采动应力的联合测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原位煤层渗透率及所受采动应力的联合测试方法，所述方法包括：对待测孔进行封闭，得到密封空间，所述待测孔位于待测煤层中。然后对所述密封空间进行第一注气操作，获取所述密封空间基于所述第一注气操作得到的原始瓦斯压力值和稳定气压值，并根据所述原始瓦斯压力值、所述稳定气压值与注入气体流量关系，确定所述待测煤层的原位煤层渗透率。然后对所述密封空间进行第二注气操作，获取所述密封空间内基于所述第二注气操作产生的目标气压值，并根据所述目标气压值确定所述待测煤层所受采动应力值。解决了现有技术中缺乏在煤层中同一点位同时测试煤层渗透率和采动应力的联合测试方法，从而导致深部煤层开采所产生的采动应力场与原位煤层渗透率之间的相互作用规律不明确的问题。

Description

一种原位煤层渗透率及所受采动应力的联合测试方法

技术领域

本发明涉及煤矿安全生产技术领域，尤其涉及的是一种原位煤层渗透率及所受采动应力的联合测试方法。

背景技术

随着煤炭资源的开采技术与装备的快速发展以及浅部易开采煤层的逐渐减少，煤矿开采强度逐渐升高，开采深度也不断增大。相对浅部煤层，深部煤层地质条件与应力环境更加复杂，煤层所受地应力增大，瓦斯含量和绝对瓦斯涌出量增高，原位煤层渗透率则会降低。因此深部高瓦斯煤层在受到高频度和高强度的掘进和回采等生产工作的扰动时，会经历高应力的反复加载、卸载过程，导致煤层中瓦斯通过临空面大量涌入工作空间，瓦斯突出等动力灾害和瓦斯爆炸事故发生的危险性逐渐升高，对煤矿的安全生产构成严重威胁。

而原位煤层渗透率是控制煤层中瓦斯溢出和流动的关键因素，其主要影响因素为煤层所处应力环境，在工作面前方以及工作面周围煤岩体内主要表现为受工作面采动应力的影响，在煤层不同位置处渗透率具有明显差别，因此煤层所受采动应力与渗透率的相互作用关系是深部煤层瓦斯抽采利用和灾害控制基础科学问题。然而目前煤层的原位煤层渗透率和所受采动应力通常采用分开测试的方法，测试装备的互相干扰导致难以对煤层中同一点位的采动应力与渗透率进行准确测试，深部煤层开采所产生的采动应力与原位煤层渗透率之间的相互作用规律不明确，导致保护层开采、水压致裂、水力冲孔等煤层增透技术的选择具有盲目性，且增透效果难以准确评估，深部高瓦斯煤层开采的安全问题愈发严重。

因此，现有技术还有待改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种原位煤层渗透率及所受采动应力的联合测试方法，旨在解决现有技术中缺乏在煤层中同一点位同时测试煤层渗透率和采动应力的联合测试方法，从而导致深部煤层开采所产生的采动应力场与原位煤层渗透率之间的相互作用规律不明确的问题。

本发明解决问题所采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供一种原位煤层渗透率及所受采动应力的联合测试方法，其中，所述方法包括：

对待测孔进行封闭，得到密封空间；所述待测孔位于待测煤层中；

对所述密封空间进行第一注气操作，获取所述密封空间基于所述第一注气操作得到的原始瓦斯压力值和稳定气压值，并根据所述原始瓦斯压力值、所述稳定气压值与注入气体流量关系确定所述待测煤层的原位煤层渗透率；

对所述密封空间进行第二注气操作，获取所述密封空间内基于所述第二注气操作产生的目标气压值，并根据所述目标气压值确定所述待测煤层所受采动应力值。

在一种实施方式中，所述对待测孔进行封闭，得到密封空间，包括：

将第一水压膨胀封孔塞和第二水压膨胀封孔塞放置于所述待测孔中；

根据所述第一水压膨胀封孔塞和所述第二水压膨胀封孔塞对所述待测孔进行封闭；

封闭后，将所述第一水压膨胀封孔塞与所述第二水压膨胀封孔塞之间的空间作为所述密封空间。

在一种实施方式中，所述根据所述第一水压膨胀封孔塞和所述第二水压膨胀封孔塞对所述待测孔进行封闭，包括：

对所述第一水压膨胀封孔塞和所述第二水压膨胀封孔塞进行注水，直至所述第一水压膨胀封孔塞与所述待测孔的孔壁之间产生的压力值达到预设压力阈值，且所述第二水压膨胀封孔塞与所述待测孔的孔壁之间产生的压力值达到所述预设压力阈值，以实现对所述待测孔进行封闭。

在一种实施方式中，所述第一水压膨胀封孔塞与所述第二水压膨胀封孔塞之间通过注气筛管连接；所述第一注气操作包括第一分注气操作和第二分注气操作；所述对所述密封空间进行第一注气操作，获取所述密封空间基于所述第一注气操作得到的原始瓦斯压力值和稳定气压值，并根据所述原始瓦斯压力值、所述稳定气压值与注入气体流量关系，确定所述待测煤层的原位煤层渗透率，包括：

通过所述注气筛管以第一气体质量流量对所述密封空间进行注气，以实现对所述密封空间进行第一分注气操作；

获取所述密封空间基于所述第一分注气操作得到的所述原始瓦斯压力值；

通过所述注气筛管以第二气体质量流量对所述密封空间进行注气，以实现对所述密封空间进行第二分注气操作；所述第二气体质量流量大于所述第一气体质量流量；

获取所述密封空间基于所述第二分注气操作产生的稳定气压值；

根据所述原始瓦斯压力值、所述稳定气压值与注入气体流量关系确定所述待测煤层的原位煤层渗透率。

在一种实施方式中，所述获取所述密封空间基于所述第一分注气操作得到的所述原始瓦斯压力值，包括：

获取预测的原始瓦斯压力目标值，以所述第一气体质量流量对所述密封空间进行注气操作，直至注入的气体的压力值大于所述原始瓦斯压力目标值时停止所述注气操作；

获取所述密封空间基于所述第一分注气操作产生的第一气压变化信息，根据所述第一气压变化信息确定所述原始瓦斯压力值；所述原始瓦斯压力值为所述第一气压变化信息中，气压值下降至稳定状态时对应的数值；所述稳定状态用于反映预设时长内，气压值小于预设变化阈值所对应的状态。

在一种实施方式中，所述获取所述密封空间基于所述第二分注气操作产生的稳定气压值，包括：

获取所述密封空间基于所述第二分注气操作得到的第二气压变化信息，根据所述第二气压变化信息确定所述稳定气压值；所述稳定气压值为所述第一气压变化信息中，气压值上升至所述稳定状态时对应的数值。

在一种实施方式中，所述目标气压值包括：关闭气压值和重张气压值；所述对所述密封空间进行第二注气操作，获取所述密封空间内基于所述第二注气操作产生的目标气压值，包括：

对所述密封空间进行第二注气操作，获取所述密封空间内基于所述第二注气操作产生的气压变化信息，得到第三气压变化信息；

根据所述第三气压变化信息，确定所述密封空间对应的关闭气压值；所述关闭气压值为所述第三气压变化信息中，气压值经过上升阶段，在所述待测煤层的煤壁上产生压裂裂隙后下降至所述稳定状态时对应的数值；

对所述密封空间进行卸压操作，所述卸压操作完毕以后对所述密封空间再次进行所述第二注气操作，获取所述密封空间基于再次进行的所述第二注气操作产生的气压变化信息，得到第四气压变化信息；

根据所述第四气压变化信息，确定所述密封空间对应的重张气压值；所述重张气压值为所述第四气压变化信息中，气压值上升至最大值，使所述压裂裂隙重新张开时对应的数值。

在一种实施方式中，所述对所述密封空间进行第二注气操作，包括：

通过所述注气筛管，以第三气体质量流量对所述密封空间进行注气操作，并使所述密封空间基于所述注气操作产生大于预设深度值的所述压裂裂隙；所述第三气体质量流量大于所述第一气体质量流量。

在一种实施方式中，所述对所述密封空间进行卸压操作，包括：

对所述密封空间内的气体进行释放，使所述密封空间内的气压值降低至所述原始瓦斯压力值。

在一种实施方式中，所述根据所述目标气压值确定所述待测煤层所受采动应力值，包括：

将预设倍数的所述关闭压力值与所述重张压力值的差值，作为所述待测煤层所受采动应力值。

本发明的有益效果：本发明实施例通过首先对待测孔进行封闭，得到密封空间；所述待测孔位于待测煤层中。然后对所述密封空间进行第一注气操作，获取所述密封空间基于所述第一注气操作得到的原始瓦斯压力值和稳定气压值，并根据所述原始瓦斯压力值、所述稳定气压值与注入气体流量关系，确定所述待测煤层的原位煤层渗透率。然后对所述密封空间进行第二注气操作，获取所述密封空间内基于所述第二注气操作产生的目标气压值，并根据所述目标气压值确定所述待测煤层所受采动应力值。解决了现有技术中缺乏在煤层中同一点位同时测试煤层渗透率和采动应力的联合测试方法，从而导致深部煤层开采所产生的采动应力场与原位煤层渗透率之间的相互作用规律不明确的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的原位煤层渗透率及所受采动应力的联合测试方法的流程示意图。

图2是本发明实施例提供的不同注气操作所对应的密封空间内的气压变化示意图。

图3是本发明实施例提供的原位煤层渗透率及所受采动应力的联合测试方法所采用的各种部件之间的连接关系图。

图4是本发明实施例提供的原始煤层瓦斯压力值测试原理示意图。

图5是本发明实施例提供的原位煤层渗透率测试原理示意图。

图6是本发明实施例提供的采动应力测试原理示意图。

图7是本发明实施例提供的原位煤层渗透率及所受采动应力的联合测试方法的整体测试路线图。

附图标号说明：1-高压气源，2-高压水源，3-注水管，4-水截止阀，5-水压表，6-注气管，7-气截止阀，8-气体质量流量控制器，9-气压表，10-推杆，11-第一水压膨胀封孔塞，12-注气筛管，13-第二水压膨胀封孔塞。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

随着煤炭资源的开采技术与装备的快速发展以及浅部易开采煤层的逐渐减少，煤矿开采强度逐渐升高，开采深度也不断增大。相对浅部煤层，深部煤层地质条件与应力环境更加复杂，煤层所受地应力增大，瓦斯含量和绝对瓦斯涌出量增高，原位煤层渗透率则会降低。因此深部高瓦斯煤层在受到高频度和高强度的掘进和回采等生产工作的扰动时，会经历高应力的反复加载、卸载过程，导致煤层中瓦斯通过临空面大量涌入工作空间，瓦斯突出等动力灾害和瓦斯爆炸事故发生的危险性逐渐升高，对煤矿的安全生产构成严重威胁。

而原位煤层渗透率是控制煤层中瓦斯溢出和流动的关键因素，其主要影响因素为煤层所处应力环境，在工作面前方以及工作面周围煤岩体内主要表现为受工作面采动应力的影响，在煤层不同位置处渗透率具有明显差别，因此煤层所受采动应力与渗透率的相互作用关系是深部煤层瓦斯抽采利用和灾害控制基础科学问题。然而目前煤层的原位煤层渗透率和所受采动应力通常采用分开测试的方法，测试装备的互相干扰导致难以对煤层中同一点位的采动应力与渗透率进行准确测试，深部煤层开采所产生的采动应力与原位煤层渗透率之间的相互作用规律不明确，导致保护层开采、水压致裂、水力冲孔等煤层增透技术的选择具有盲目性，且增透效果难以准确评估，深部高瓦斯煤层开采的安全问题愈发严重。

针对现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种原位煤层渗透率及所受采动应力的联合测试方法，通过首先对待测孔进行封闭，得到密封空间；所述待测孔位于待测煤层中。然后对所述密封空间进行第一注气操作，获取所述密封空间基于所述第一注气操作得到的原始瓦斯压力值和稳定气压值，并根据所述原始瓦斯压力值、所述稳定气压值与注入气体流量关系，确定所述待测煤层的原位煤层渗透率。然后对所述密封空间进行第二注气操作，获取所述密封空间内基于所述第二注气操作产生的目标气压值，并根据所述目标气压值确定所述待测煤层所受采动应力值。解决了现有技术中缺乏在煤层中同一点位同时测试煤层渗透率和采动应力的联合测试方法，从而导致深部煤层开采所产生的采动应力场与原位煤层渗透率之间的相互作用规律不明确的问题。

如图1或者图7所示，所述方法包括如下步骤：

步骤S100、对待测孔进行封闭，得到密封空间；所述待测孔位于待测煤层中。

具体地，为了测试深部煤层的渗透率和采动应力，本实施例需要首先在待测煤层上进行钻孔，得到待测孔。并基于该待测孔，生成一个用于进行测试的封闭空间，以排除外界环境因素的干扰。在一种实现方式中，待测孔对应的深度可以按照待测煤层的位置确定。

在一种实现方式中，所述步骤S100具体包括如下步骤：

步骤S101、将第一水压膨胀封孔塞和第二水压膨胀封孔塞放置于所述待测孔中；

步骤S102、根据所述第一水压膨胀封孔塞和所述第二水压膨胀封孔塞对所述待测孔进行封闭；

步骤S103、封闭后，将所述第一水压膨胀封孔塞与所述第二水压膨胀封孔塞之间的空间作为所述密封空间。

具体地，为了对待测孔进行封闭，本实施例需要采用至少两个水压膨胀封孔塞，即第一水压膨胀封孔塞和第二水压膨胀封孔塞，并将这两个水压膨胀封孔塞放置于待测孔中。可以理解的是，该第一水压膨胀封孔塞和该第二水压膨胀封孔塞的直径应该与该待测孔的直径相匹配，才能实现更好的封闭效果，且该第一水压膨胀封孔塞与该第二水压膨胀封孔塞分别位于同一待测孔内的不同深度。为了实现对待测孔进行封闭，在一种实现方式中，本实施例需要对该第一水压膨胀封孔塞和该第二水压膨胀封孔塞进行注水。具体地，如图3所示，该第一水压膨胀封孔塞与该第二水压膨胀封孔塞之间通过注水管进行连接，该注水管又通过水截止阀与高压水源连接，当打开该水截止阀时，高压水源的水就会通过该注水管注入该第一水压膨胀封孔塞以及该第二水压膨胀封孔塞中。

注水后，该第一水压膨胀封孔塞和该第二水压膨胀封孔塞会膨胀，进而对待测孔的孔壁(即待测煤层的煤壁)产生压力，当该第一水压膨胀封孔塞与待测孔的孔壁之间产生的压力值达到预设压力阈值，且该第二水压膨胀封孔塞也与待测孔的孔壁之间产生的压力值达到该预设压力阈值时，即完成对待测孔的封闭。此时，该第一水压膨胀封孔塞和该第二水压膨胀封孔塞之间的空间即为一个密封空间，该密封空间即用于测试待测煤层的原位煤层渗透率以及采动应力。在一种实现方式中，第一水压膨胀封孔塞，第二水压膨胀封孔塞，以及注水管等相关设备的承压能力不小于30MPa，以对待测孔实现有效的封堵。

如图1或者图7所示，所述方法还包括如下步骤：

步骤S200、对所述密封空间进行第一注气操作，获取所述密封空间基于所述第一注气操作得到的原始瓦斯压力值和稳定气压值，根据所述原始瓦斯压力值、所述稳定气压值与注入气体流量关系，确定所述待测煤层的原位煤层渗透率。

本实施例中首先在密封空间中测试待测煤层的原位煤层渗透率。具体地，本实施例需要对密封空间进行第一注气操作，使得密封空间内注入高压气体。如图5所示，当高压气体注入密封空间以后，由于待测煤层具有孔隙，因此注入密封空间的高压气体会散逸至孔隙中，并在经过一定时间后，孔隙内的气压与密封空间的气压会达到平衡，即密封空间内的气压值会达到稳定状态，不再产生变化。采取不同的注入气体流量可以分别获得原始瓦斯压力值和稳定气压值，根据得到的原始瓦斯压力值、稳定气压值与注入气体流量关系，即可计算出待测煤层的原位煤层渗透率。

在一种实现方式中，所述第一水压膨胀封孔塞与所述第二水压膨胀封孔塞之间通过注气筛管连接；所述第一注气操作包括第一分注气操作和第二分注气操作；所述步骤S200具体包括如下步骤：

步骤S201、通过所述注气筛管以第一气体质量流量对所述密封空间进行注气，以实现对所述密封空间进行第一分注气操作；

步骤S202、获取所述密封空间基于所述第一分注气操作得到的所述原始瓦斯压力值；

步骤S203、通过所述注气筛管以第二气体质量流量对所述密封空间进行注气，以实现对所述密封空间进行第二分注气操作；所述第二气体质量流量大于所述第一气体质量流量；

步骤S204、获取所述密封空间基于所述第二分注气操作产生的稳定气压值；

步骤S205、根据所述原始瓦斯压力值、所述稳定气压值与注入气体流量关系确定所述待测煤层的原位煤层渗透率。

具体地，为了实现对密封空间进行注气，如图3所示，本实施例还采用一条注气筛管连接第一水压膨胀封孔塞与第二水压膨胀封孔塞，该注气筛管位于第一水压膨胀封孔塞与第二水压膨胀封孔塞之间，两端分别与第一水压膨胀封孔塞、第二水压膨胀封孔塞连接。第一水压膨胀封孔塞与第二水压膨胀封孔塞之中，位于待测孔孔口的水压膨胀封孔塞的内部还设置有高压注气连接杆，该高压注气连接杆中空，且由多段组成，一端与该注气筛管连接，另一端则伸出待测孔孔外，依次与气压检测模块和气体质量流量控制器以及高压气源连接。在一种实现方式中，在测试的开始阶段，可以采用该高压注气连接杆为推杆，将第一水压膨胀封孔塞、注气筛管、第二水压膨胀封孔塞以及注水管送入待测孔内的指定位置。

首先，本实施例会通过注气筛管以第一气体质量流量对密封空间进行注气，以实现对密封空间进行第一分注气操作，并获取密封空间基于第一分注气操作得到的原始瓦斯压力值。具体地，打开高压气源、气体质量流量控制器以及气截止阀，通过气体质量流量控制器实现以第一气体质量流量将高压气源的气体输入密封空间中。随着气体的输入，密封空间内的气压会发生变化。如图2所示，Q₀即对应第一气体质量流量，在第一分注气操作后对密封空间内的气压进行监测，可以获得第一气压变化信息(对应图2中的第一阶段)，可以看出在该阶段内，密封空间的气压首先上升，然后下降，最后进入平稳状态。原因是，停止注气操作以后，如图4所示，由于待测煤层具有孔隙，因此密封空间内的气体会向待测煤层的孔隙散逸，从而使得密封空间内的气压呈现下降趋势，经过一定时间以后，密封空间内的气压和孔隙内的气压会达到一个平衡，此时测量出的密封空间内的气压即为原始瓦斯压力值(图2中的P₀)。

然后本实施例会通过所述注气筛管以第二气体质量流量对所述密封空间进行注气，以实现对所述密封空间进行第二分注气操作；所述第二气体质量流量大于所述第一气体质量流量。并获取所述密封空间基于所述第二分注气操作产生的稳定气压值。具体地，本实施例在进行第二分注气操作时，会实时监控密封空间内的气压信息，得到第二气压变化信息，如图2中的第二阶段所示，可以看出在该阶段内，密封空间的气压首先上升，然后进入平稳状态。此时测量出的密封空间内的气压即为稳定气压值(图2中的P₁或者P₂或者P₃)。

最后根据测得的原始瓦斯压力值、稳定气压值与注入气体流量关系就可以确定待测煤层的原位煤层渗透率。在一种实现方式中，为了提高测试结果的精确度，本实施例可以采取重复测试的方式，采用不同的气体质量流量重复执行步骤S200，如图2或者图5所示，可以继续采用大于第二气体质量流量Q₁的其他气体质量流量Q₂、Q₃对密封空间重复执行步骤S200，得到不同的稳定气压值P₂、P₃。然后根据原始瓦斯压力值分别和不同的稳定气压值进行计算，得到若干个待测煤层的原位煤层渗透率，再采用取平均值的方式，最终确定待测煤层的原位煤层渗透率。具体地，本实施例中采用的原位煤层渗透率的计算公式如下所示：

其中，k_i为原位煤层渗透率；P_sc为标准大气压力；Q_i为气体质量流量；μ为所注入气体的动力黏度；L为第一水压膨胀封孔塞与第二水压膨胀封孔塞之间的钻孔密封段长度；P_i为对应于不同的气体质量流量所得到的稳定气压值；P₀为原始瓦斯压力值；b为第一水压膨胀封孔塞/第二水压膨胀封孔塞的长度；r为待测孔的半径。

如图1或者7所示，所述方法还包括如下步骤：

步骤S300、对所述密封空间进行第二注气操作，获取所述密封空间内基于所述第二注气操作产生的目标气压值，并根据所述目标气压值确定所述待测煤层所受采动应力值。

具体地，本实施例还需要在该密封空间中对待测煤层所受采动应力进行测试。测试时，需要对密封空间再次进行注气，即实施第二注气操作，注气使得密封空间内的气压发生变化，通过对密封空间内的气压进行监测，可以确定若干目标气压值，目标气压值反映了密封空间在第二注气操作后煤壁被压裂的状态，根据第二注气操作中密封空间内目标气压值的大小可以计算出待测煤层所受采动应力值。

在一种实现方式中，所述目标气压值包括：关闭气压值和重张气压值；所述对所述密封空间进行第二注气操作，获取所述密封空间内基于所述第二注气操作产生的目标气压值，包括如下步骤：

步骤S301、对所述密封空间进行第二注气操作，获取所述密封空间内基于所述第二注气操作产生的气压变化信息，得到第三气压变化信息；

步骤S302、根据所述第三气压变化信息，确定所述密封空间对应的关闭气压值；所述关闭气压值为所述第三气压变化信息中，气压值经过上升阶段，压裂煤壁后下降至所述稳定状态时对应的数值；

步骤S303、对所述密封空间进行卸压操作，所述卸压操作完毕以后对所述密封空间再次进行所述第二注气操作，获取所述密封空间基于再次进行的所述第二注气操作产生的气压变化信息，得到第四气压变化信息；

步骤S304、根据所述第四气压变化信息，确定所述密封空间对应的重张气压值；所述重张气压值为所述第二气压变化信息中，气压值上升至最大值，使压裂裂隙重新张开时对应的数值。

具体地，为了确定待测煤层所受采动应力值，本实施例需要对该密封空间进行第二注气操作。在一种实现方式中，所述第二注气操作的具体过程为：通过所述注气筛管，以第三气体质量流量对所述密封空间进行注气操作，并使所述密封空间基于所述注气操作产生大于预设深度值的压裂裂隙，其中，所述第三气体质量流量大于所述第一气体质量流量。在一种实现方式中，所述预设深度值为待测孔的直径的3倍。

简言之，如图2所示，本实施例在采动应力的测试阶段，需要采用更大的气体质量流量Q_max对密封空间进行注气，使密封空间内的气压持续增大，过大的气压压裂待测孔的孔壁，使得孔壁产生平行于所受采动应力(即平行于所受最大主应力方向)的裂隙。获取密封空间基于第二注气操作产生的气压变化信息，即第三气压变化信息。如图2所示，第三气压变化信息即对应于图2中的第三阶段，根据第三气压变化信息可以确定密封空间对应的关闭气压值，其中关闭气压值为第三气压变化信息中，气压值经过上升阶段后下降至稳定状态时对应的数值，例如图2中的第三阶段中的P_s即为关闭气压值。

如图6所示，测得关闭气压以后，需要对密封空间进行卸压操作。具体地，对所述密封空间内的气体进行释放，使所述密封空间内的气压值降低至所述原始瓦斯压力值，即完成所述卸压操作。卸压完毕以后，需要对密封空间再次进行第二注气操作，并监测密封空间内的气压变化，得到第四气压变化信息。可以理解的是，在第一次实施第二注气操作时，待测孔孔壁上会由于密封空间内的气压持续增大而生成压裂裂隙，当实施卸压操作以后，该压裂裂隙会由于密封空间内的气压降低而闭合，当再次实施第二注气操作以后，该压裂裂隙又会因为密封空间内的气压增大而再次张开。

如图2所示，图2中的第四阶段即对应与第四气压变化信息，根据第四气压变化信息可以确定密封空间对应的重张压力值，该重张压力值为该第四气压变化信息中，气压值上升至最大值时对应的数值，例如图2中第四阶段中的P_r即为重张压力值。

获得关闭压力值和重张压力值以后，即可根据该关闭压力值和该重张压力值计算待测煤层对应的采动应力值。对应的采动应力值的计算公式如下所示：

P_z＝3P_s-P_r-P₀

其中，P_z为待测煤层对应的采动应力；P_s为关闭压力值；P_r为重张压力值；P₀为原始瓦斯压力值。

在一种实现方式中，为了保证测试结果的准确性，本实施例可以在密封空间中重复执行步骤S300，并计算出若干个采动应力值，再采用取平均值的方式，确定待测煤层最终的采动应力值。在测试结束后，可以打开气截止阀，完全卸掉密闭空间内的气体压力。以及打开水截止阀，完全卸掉水压膨胀封孔塞空腔内的水压力。并利用注水管将钻孔内的水压膨胀封孔塞完全拉出待测孔，以备下次使用。

在一种实现方式中，本实施例可以在同一待测孔内，放置多对水压膨胀封孔塞，每一对水压膨胀封孔塞即可测得该待测孔不同深度对应的原位煤层渗透率和采动应力，从而实现同时获得待测煤层不同深度的原位煤层渗透率和采动应力。

总的来说，现有的煤层原始瓦斯压力、原位煤层渗透率、煤层所受采动应力的测试方法相互独立，如果在煤层中某点进行以上多个参数测试时，多个钻孔会导致煤层原始瓦斯压力、原位煤层渗透率、煤层所受采动应力的原位环境与状态发生较大的变化，大大降低测试的准确性。并且现有的测试方法需要多套测试设备同时工作，劳动强度大，且回采巷道中的实施场地有限，难以同时开展。本发明采用一个钻孔、一套设备，在不同的注气流量与压力记录阶段获得煤层原始瓦斯压力、原位煤层渗透率、煤层所受采动应力等参数，实现对特定点位煤层的以上参数进行互不干扰地同时测试，提高了测试的便利性和准确性，便于对以上测得参数进行进一步的分析研究。

综上所述，本发明公开了一种原位煤层渗透率及所受采动应力的联合测试方法，通过首先对待测孔进行封闭，得到密封空间，所述待测孔位于待测煤层中。然后对所述密封空间进行第一注气操作，获取所述密封空间基于所述第一注气操作得到的原始瓦斯压力值和稳定气压值，并根据所述原始瓦斯压力值、所述稳定气压值与注入气体流量关系，确定所述待测煤层的原位煤层渗透率。然后对所述密封空间进行第二注气操作，获取所述密封空间内基于所述第二注气操作产生的目标气压值，并根据所述目标气压值确定所述待测煤层所受采动应力值。解决了现有技术中缺乏在煤层中同一点位同时测试煤层和采动应力的联合测试方法，从而导致深部煤层开采所产生的采动应力场与原位煤层渗透率之间的相互作用规律不明确的问题。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种原位煤层渗透率及所受采动应力的联合测试方法，其特征在于，所述方法包括：

对待测孔进行封闭，得到密封空间；所述待测孔位于待测煤层中；

对所述密封空间进行第一注气操作，获取所述密封空间基于所述第一注气操作得到的原始瓦斯压力值和稳定气压值，并根据所述原始瓦斯压力值、所述稳定气压值与注入气体流量关系，确定所述待测煤层的原位煤层渗透率；

对所述密封空间进行第二注气操作，获取所述密封空间内基于所述第二注气操作产生的目标气压值，并根据所述目标气压值确定所述待测煤层所受采动应力值。

2.根据权利要求1所述的一种原位煤层渗透率及所受采动应力的联合测试方法，其特征在于，所述对待测孔进行封闭，得到密封空间，包括：

将第一水压膨胀封孔塞和第二水压膨胀封孔塞放置于所述待测孔中；

根据所述第一水压膨胀封孔塞和所述第二水压膨胀封孔塞对所述待测孔进行封闭；

封闭后，将所述第一水压膨胀封孔塞与所述第二水压膨胀封孔塞之间的空间作为所述密封空间。

3.根据权利要求2所述的一种原位煤层渗透率及所受采动应力的联合测试方法，其特征在于，所述根据所述第一水压膨胀封孔塞和所述第二水压膨胀封孔塞对所述待测孔进行封闭，包括：

对所述第一水压膨胀封孔塞和所述第二水压膨胀封孔塞进行注水，直至所述第一水压膨胀封孔塞与所述待测孔的孔壁之间产生的压力值达到预设压力阈值，且所述第二水压膨胀封孔塞与所述待测孔的孔壁之间产生的压力值达到所述预设压力阈值，以实现对所述待测孔进行封闭。

4.根据权利要求2所述的一种原位煤层渗透率及所受采动应力的联合测试方法，其特征在于，所述第一水压膨胀封孔塞与所述第二水压膨胀封孔塞之间通过注气筛管连接；所述第一注气操作包括第一分注气操作和第二分注气操作；所述对所述密封空间进行第一注气操作，获取所述密封空间基于所述第一注气操作得到的原始瓦斯压力值和稳定气压值，并根据所述原始瓦斯压力值、所述稳定气压值与注入气体流量关系，确定所述待测煤层的原位煤层渗透率，包括：

通过所述注气筛管以第一气体质量流量对所述密封空间进行注气，以实现对所述密封空间进行第一分注气操作；

获取所述密封空间基于所述第一分注气操作得到的所述原始瓦斯压力值；

通过所述注气筛管以第二气体质量流量对所述密封空间进行注气，以实现对所述密封空间进行第二分注气操作；所述第二气体质量流量大于所述第一气体质量流量；

获取所述密封空间基于所述第二分注气操作产生的稳定气压值；

根据所述原始瓦斯压力值、所述稳定气压值与注入气体流量关系确定所述待测煤层的原位煤层渗透率。

5.根据权利要求4所述的一种原位煤层渗透率及所受采动应力的联合测试方法，其特征在于，所述获取所述密封空间基于所述第一分注气操作得到的所述原始瓦斯压力值，包括：

获取预测的原始瓦斯压力目标值，以所述第一气体质量流量对所述密封空间进行注气操作，直至注入的气体的压力值大于所述原始瓦斯压力目标值时停止所述注气操作；

获取所述密封空间基于所述第一分注气操作产生的第一气压变化信息，根据所述第一气压变化信息确定所述原始瓦斯压力值；所述原始瓦斯压力值为所述第一气压变化信息中，气压值下降至稳定状态时对应的数值；所述稳定状态用于反映预设时长内，气压值小于预设变化阈值所对应的状态。

6.根据权利要求5所述的一种原位煤层渗透率及所受采动应力的联合测试方法，其特征在于，所述获取所述密封空间基于所述第二分注气操作产生的稳定气压值，包括：

获取所述密封空间基于所述第二分注气操作得到的第二气压变化信息，根据所述第二气压变化信息确定所述稳定气压值；所述稳定气压值为所述第一气压变化信息中，气压值上升至所述稳定状态时对应的数值。

7.根据权利要求5所述的一种原位煤层渗透率及所受采动应力的联合测试方法，其特征在于，所述目标气压值包括：关闭气压值和重张气压值；所述对所述密封空间进行第二注气操作，获取所述密封空间内基于所述第二注气操作产生的目标气压值，包括：

对所述密封空间进行第二注气操作，获取所述密封空间内基于所述第二注气操作产生的气压变化信息，得到第三气压变化信息；

根据所述第三气压变化信息，确定所述密封空间对应的关闭气压值；所述关闭气压值为所述第三气压变化信息中，气压值经过上升阶段，在所述待测煤层的煤壁上产生压裂裂隙后下降至所述稳定状态时对应的数值；

对所述密封空间进行卸压操作，所述卸压操作完毕以后对所述密封空间再次进行所述第二注气操作，获取所述密封空间基于再次进行的所述第二注气操作产生的气压变化信息，得到第四气压变化信息；

根据所述第四气压变化信息，确定所述密封空间对应的重张气压值；所述重张气压值为所述第四气压变化信息中，气压值上升至最大值，使所述压裂裂隙重新张开时对应的数值。

8.根据权利要求7所述的一种原位煤层渗透率及所受采动应力的联合测试方法，其特征在于，所述对所述密封空间进行第二注气操作，包括：

通过所述注气筛管，以第三气体质量流量对所述密封空间进行注气操作，并使所述密封空间基于所述注气操作产生大于预设深度值的所述压裂裂隙；所述第三气体质量流量大于所述第一气体质量流量。

9.根据权利要求7所述的一种原位煤层渗透率及所受采动应力的联合测试方法，其特征在于，所述对所述密封空间进行卸压操作，包括：

对所述密封空间内的气体进行释放，使所述密封空间内的气压值降低至所述原始瓦斯压力值。

10.根据权利要求7所述的一种原位煤层渗透率及所受采动应力的联合测试方法，其特征在于，所述根据所述目标气压值确定所述待测煤层所受采动应力值，包括：

将预设倍数的所述关闭压力值与所述重张压力值的差值，作为所述待测煤层所受采动应力值。

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