[發明專利]含瓦斯煤體水力致裂裂隙場聲發射定位監測裝置及方法

有效

• 申請號: 201610066642.0
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105675724B
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發明（設計）人: 李楠;陳棟;李保林;孫煒辰
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N29/14
• 分類號: G01N29/14
• 代理公司: 32249 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)
• 代理人: 楊曉玲

一種含瓦斯煤體水力致裂裂隙場聲發射定位監測裝置及方法，屬于煤礦瓦斯災害防治及微震監測裝置及方法。監測裝置：在第一密封腔體內連接有第二密封腔體，兩個密封腔體與地應力模擬模塊連接，瓦斯吸附解吸模塊與水力致裂模塊連接后與第二密封腔體的柱塞連接，聲發射定位監測模塊的傳感器連接在第二密封腔體的壁上。方法：安裝聲發射傳感器，將煤樣放入第二密封腔體，建立空間坐標系；將瓦斯氣體在注入煤樣，使煤樣充分吸附瓦斯；向煤樣施加圍壓和垂直壓力；向煤體內注入帶有示蹤顏色的高壓水，開啟聲發射定位監測系統，對監測到的聲發射信號進行分析，并對水力致裂引起的煤體破裂事件進行定位監測，實現對水力致裂裂隙場演化的實時監測。

技術領域

本發明涉及一種煤礦瓦斯災害防治及微震監測裝置及方法，特別是一種含瓦斯煤體水力致裂裂隙場聲發射定位監測裝置及方法。

背景技術

煤炭是我國的主體能源，在一次能源結構中占70％左右。近年來，我國許多礦區相繼進入深部開采范圍，深部開采環境下，煤層的地應力大、煤層透氣性低、瓦斯含量和瓦斯壓力顯著增大。煤礦瓦斯災害日趨嚴重，已成為制約煤礦安全高效生產的重要因素。

瓦斯(煤層氣)不僅是煤礦重大危險源和大氣污染源，更是一種寶貴的不可再生能源。對低透氣性煤層進行卸壓增透，提高煤層滲透率和瓦斯抽采效率是深部瓦斯治理和瓦斯高效開發利用的重要手段。水力致裂作為油田、致密油氣、頁巖氣等油氣開發的核心技術之一，已經廣泛應用于油氣儲層的改造，近年來也開始應用于煤礦井下瓦斯抽采和治理。井下煤層水力致裂能夠對煤體結構進行改造，壓裂范圍大，煤層卸壓增透效果明顯，瓦斯抽采效率顯著提高，國內多個煤礦已經采用井下煤層水力壓裂技術進行瓦斯治理和開發并取得了較好的效果。

煤體水力致裂技術的基本原理是通過壓裂鉆孔向煤層注入壓裂液，在壓裂液壓力的作用下，煤體將被壓開并產生裂縫，繼續向煤體注入壓裂液，裂縫就會向煤體內部擴展，從而改變煤體的結構和滲透性，提高瓦斯抽采效率。認識煤體水力致裂裂縫擴展規律及裂隙場時空演化過程對于提高壓裂效果和優化壓裂設計方案具有重要意義。目前在煤體水力致裂裂縫監測和壓裂效果評價方面的研究不夠深入。測試煤體含水率、瓦斯抽采濃度和流量變化規律以及鉆屑量等指標只能給出水力致裂區域特定地點的壓裂效果，不能實現水力致裂裂縫擴展和裂隙場時空演化過程全面連續監測，井下水力致裂鉆孔布置存在很大盲目性，可能因鉆孔間距過大導致出現壓裂盲區或間距過小造成資源浪費；另外上述評價方法需要進行鉆孔作業，施工難度和成本較大。中國專利公布號CN104020192A，發明名稱“瓦斯煤水力壓裂裂隙場時空監測裝置及方法”，該發明測試煤樣水力壓裂過程的電阻率信號，通過煤樣內部電阻率對鹽水的響應監測壓裂裂縫時空分布。該方法較難實現對壓裂裂縫的精確定位，而且只能采用鹽水進行壓裂，對壓裂液化學屬性要求較高。

含瓦斯煤體水力致裂的聲發射定位監測評價技術是利用水力致裂誘發煤體破裂產生的聲發射波信息，對破裂事件進行震源定位，實現對水力致裂裂縫擴展過程的實時連續監測，并對裂隙場演化過程進行實時監測，進而評價水力致裂效果。

發明內容

本發明的目的是要提供一種操作方便、方法簡單、全面準確的含瓦斯煤體水力致裂裂隙場聲發射定位監測裝置及方法，解決煤層水力致裂裂隙場分布規律及壓裂范圍監測不全面、不精確的問題。

技術方案，本發明的目的是這樣實現的：監測裝置包括：第一密封腔體、第二密封腔體、地應力模擬模塊、瓦斯吸附解吸模塊、水力致裂模塊和聲發射定位監測模塊；在第一密封腔體內連接有第二密封腔體，兩個密封腔體與地應力模擬模塊連接，瓦斯吸附解吸模塊與水力致裂模塊連接后與第二密封腔體的柱塞連接，聲發射定位監測模塊的傳感器連接在第二密封腔體的壁上。

所述的第一密封腔體由底座、設在底座上的鋼板、橡膠筒以及上蓋圍成；所述的鋼板為圓管狀，底座和上蓋分別位于圓管的上部和底部，構成圓筒；橡膠筒位于圓筒內；所述的底座上設有通向第一密封腔體內的左通道和右通道，左通道和右通道入口處分別設有封膠螺栓。