[發明專利]一種煤電性頻散特性測量方法

在審

• 申請號: 201710307021.1
• 申請日: 2017-05-04
• 公開（公告）號: CN107121458A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 孟慧;雷東記;趙晨光;郭曉潔;林晨;薛群山;閆林曉
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: G01N27/02
• 分類號: G01N27/02;G01N27/20
• 代理公司: 鄭州立格知識產權代理有限公司41126
• 代理人: 李紅衛

技術領域

本發明屬于煤炭的地質勘探技術領域，尤其涉及一種煤電性頻散特性測量方法。

背景技術

煤與瓦斯突出是我國煤礦最嚴重的災害之一，突出機理目前尚未形成統一的認識，但發生煤與瓦斯突出的區域大多構造煤較為發育，而構造煤的結構造成了構造煤吸附瓦斯能力強、低滲透性、低強度等特點，因此在采煤作業中如何避開構造煤發育區成為降低瓦斯突出事故的有效手段之一。鑒于煤礦安全及煤層氣抽采的需要以及為其它勘探方法提供參考，開展煤巖基礎地球物理實驗研究勢在必行。

發明內容

本發明的目的是提供一種煤電性頻散特性測量方法。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種煤電性頻散特性測量方法，包括如下步驟：

步驟S1：制煤樣，將得到的煤樣浸水處理，自然風干，并測量風干后的煤樣的總孔體積；

步驟S2：在常溫常壓下，采用交流激電法，對風干后的煤樣在不同的頻率f下進行復電性測量，得到煤樣的阻抗Z；

步驟S3：使用origin軟件，采用對數坐標系，以頻率f為橫坐標，阻抗Z為縱坐標繪制得到煤樣的頻譜特征曲線，得到波動明顯的頻段；

步驟S4：以煤樣的總孔體積為橫坐標，阻抗Z為縱坐標，得到不同煤種的總孔體積和阻抗Z的散點圖，對其進行二次函數擬合，得到擬合效果較好的頻段；

步驟S5：結合步驟S3和步驟S4，波動明顯且擬合效果好的頻段即為煤樣的優勢頻段。

作為優選，將煤樣浸水24小時，浸水后自然風干6小時，使用常規的壓汞法測量風干后的煤樣的總孔體積。

作為優選，采用阻抗測量儀和夾持裝置對煤樣進行復電性測量；夾持裝置包括龍門框架，龍門框架的內腔的底部設有紫銅導體，煤樣設在紫銅導體的上端面，煤樣的上端面設有紫銅導體，煤樣上端的紫銅導體的上端面設有尼龍絕緣層，龍門框架的上端設有調節旋扭，調節旋扭的下端與尼龍絕緣層連接；兩個紫銅導體分別通過導線連接阻抗測量儀的測量信號輸入端。

作為優選，煤樣的夾持壓力為0.1MPa。

作為優選，所述的阻抗測量儀采用LCR3522-50阻抗測量儀，LCR3522-50阻抗測量儀開機進行1小時預熱，選取電壓1V，測量的頻率f的范圍設為100Hz-100kHz，測量頻率點為46個頻率點，測量參數設為阻抗Z，測量煤樣的阻抗Z。

作為優選，選取100-1kHz為低頻，1k-10kHz為中頻，10kHz-100kHz為高頻，在每個頻段上任意選取兩個頻率，以煤樣的總孔體積為橫坐標，阻抗Z為縱坐標，得到不同煤種的總孔體積和阻抗Z的散點圖，對其進行二次函數擬合。

作為優選，所述的煤樣包括不同煤種的原生結構煤和不同煤種的構造煤；將原生結構煤加工成60mm的正方體的煤塊，將構造煤封裝入高60mm，內徑40mm的圓柱形鋼圈內。

本發明具有的優點是：

本發明采用交流激電法，以原生結構煤和構造煤的電性頻散響應特征為研究目的，在常溫常壓下，對原生結構煤和構造煤進行電性頻散特性測量，通過繪制原生結構煤和構造煤電性參數（阻抗振幅）與頻率之間頻譜特征曲線來揭示煤體的電性頻散特征，并將煤的電性參數（阻抗Z）和物性參數（總孔體積）相結合，找出煤電性探測的最優頻段，為運用電法探測煤層物性、結構及構造提供理論及實驗基礎。

附圖說明

圖1是本發明中的阻抗測量儀和夾持裝置的連接示意圖；

圖2是本發明中的原生結構煤幅頻特性圖；

圖3是本發明中的構造煤幅頻特性圖；

圖4是低頻327.5Hz總孔體積和阻抗Z二次擬合曲線圖；

圖5是中頻2310Hz總孔體積和阻抗Z二次擬合曲線圖；

圖6是高頻32750Hz總孔體積和阻抗Z二次擬合曲線圖；

1為LCR3533-01阻抗測量儀，2為四端對結構，3為煤樣，4為紫銅導體，5為尼龍絕緣結構，6為龍門框架，7為調節旋扭。

具體實施方式

原生結構煤是指保留了原生沉積結構、構造特征的煤層，原生結構煤的煤巖成分、結構、構造、內生裂隙清晰可辨。 構造煤是煤層在構造應力作用下，發生成分、結構和構造的變化，引起煤層破壞、粉化、增厚、減薄等變形作用和煤的降解、縮聚等變質作用的產物。構造煤的宏觀結構常見碎裂結構、碎粒結構、粉粒結構、糜棱結構等，對應的構造煤命名為碎裂煤、碎粒煤、粉粒煤和糜棱煤。