本發(fā)明屬于煤炭的地質(zhì)勘探技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種煤電性頻散特性測量方法。

背景技術(shù)：

煤與瓦斯突出是我國煤礦最嚴(yán)重的災(zāi)害之一，突出機(jī)理目前尚未形成統(tǒng)一的認(rèn)識，但發(fā)生煤與瓦斯突出的區(qū)域大多構(gòu)造煤較為發(fā)育，而構(gòu)造煤的結(jié)構(gòu)造成了構(gòu)造煤吸附瓦斯能力強(qiáng)、低滲透性、低強(qiáng)度等特點(diǎn)，因此在采煤作業(yè)中如何避開構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)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(chǔ)地球物理實(shí)驗(yàn)研究勢在必行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種煤電性頻散特性測量方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)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(fēng)干，并測量風(fēng)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(fēng)干后的煤樣在不同的頻率f下進(jìn)行復(fù)電性測量，得到煤樣的阻抗z；

步驟s3：使用origin軟件，采用對數(shù)坐標(biāo)系，以頻率f為橫坐標(biāo)，阻抗z為縱坐標(biāo)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(biāo)，阻抗z為縱坐標(biāo)，得到不同煤種的總孔體積和阻抗z的散點(diǎn)圖，對其進(jìn)行二次函數(shù)擬合，得到擬合效果較好的頻段；

步驟s5：結(jié)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(yōu)勢頻段。

作為優(yōu)選，將煤樣浸水24小時，浸水后自然風(fēng)干6小時，使用常規(guī)的壓汞法測量風(fēng)干后的煤樣的總孔體積。

作為優(yōu)選，采用阻抗測量儀和夾持裝置對煤樣進(jìn)行復(fù)電性測量；夾持裝置包括龍門框架，龍門框架的內(nèi)腔的底部設(shè)有紫銅導(dǎo)體，煤樣設(shè)在紫銅導(dǎo)體的上端面，煤樣的上端面設(shè)有紫銅導(dǎo)體，煤樣上端的紫銅導(dǎo)體的上端面設(shè)有尼龍絕緣層，龍門框架的上端設(shè)有調(diào)節(jié)旋扭，調(diào)節(jié)旋扭的下端與尼龍絕緣層連接；兩個紫銅導(dǎo)體分別通過導(dǎo)線連接阻抗測量儀的測量信號輸入端。

作為優(yōu)選，煤樣的夾持壓力為0.1mpa。

作為優(yōu)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(jī)進(jìn)行1小時預(yù)熱，選取電壓1v，測量的頻率f的范圍設(shè)為100hz-100khz，測量頻率點(diǎn)為46個頻率點(diǎn)，測量參數(shù)設(shè)為阻抗z，測量煤樣的阻抗z。

作為優(yōu)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(biāo)，阻抗z為縱坐標(biāo)，得到不同煤種的總孔體積和阻抗z的散點(diǎn)圖，對其進(jìn)行二次函數(shù)擬合。

作為優(yōu)選，所述的煤樣包括不同煤種的原生結(jié)構(gòu)煤和不同煤種的構(gòu)造煤；將原生結(jié)構(gòu)煤加工成60mm的正方體的煤塊，將構(gòu)造煤封裝入高60mm，內(nèi)徑40mm的圓柱形鋼圈內(nèi)。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)是：

本發(fā)明采用交流激電法，以原生結(jié)構(gòu)煤和構(gòu)造煤的電性頻散響應(yīng)特征為研究目的，在常溫常壓下，對原生結(jié)構(gòu)煤和構(gòu)造煤進(jìn)行電性頻散特性測量，通過繪制原生結(jié)構(gòu)煤和構(gòu)造煤電性參數(shù)（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(shù)（阻抗z）和物性參數(shù)（總孔體積）相結(jié)合，找出煤電性探測的最優(yōu)頻段，為運(yùn)用電法探測煤層物性、結(jié)構(gòu)及構(gòu)造提供理論及實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中的阻抗測量儀和夾持裝置的連接示意圖；

圖2是本發(fā)明中的原生結(jié)構(gòu)煤幅頻特性圖；

圖3是本發(fā)明中的構(gòu)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(jié)構(gòu)，3為煤樣，4為紫銅導(dǎo)體，5為尼龍絕緣結(jié)構(gòu)，6為龍門框架，7為調(diào)節(jié)旋扭。

具體實(shí)施方式

原生結(jié)構(gòu)煤是指保留了原生沉積結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征的煤層，原生結(jié)構(gòu)煤的煤巖成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、內(nèi)生裂隙清晰可辨。構(gòu)造煤是煤層在構(gòu)造應(yīng)力作用下，發(fā)生成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)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(zhì)作用的產(chǎn)物。構(gòu)造煤的宏觀結(jié)構(gòu)常見碎裂結(jié)構(gòu)、碎粒結(jié)構(gòu)、粉粒結(jié)構(gòu)、糜棱結(jié)構(gòu)等，對應(yīng)的構(gòu)造煤命名為碎裂煤、碎粒煤、粉粒煤和糜棱煤。

參見圖1-6，一種煤電性頻散特性測量方法，采用交流激電法，以原生結(jié)構(gòu)煤和構(gòu)造煤的電性頻散響應(yīng)特征為研究目的，在常溫常壓下，對原生結(jié)構(gòu)煤和構(gòu)造煤進(jìn)行電性頻散特性測試，通過繪制原生結(jié)構(gòu)煤和構(gòu)造煤電性參數(shù)（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(shù)（阻抗z）和物性參數(shù)（總孔體積）相結(jié)合，意在找出煤電性探測的最優(yōu)頻段，其具體步驟為：

步驟s1：采集氣煤、肥煤、焦煤、無煙煤四種變質(zhì)程度的原生結(jié)構(gòu)煤，在煤層中分別標(biāo)定其走向、傾向、和垂直層理方向，加工成60mm的正方體煤塊作為原生結(jié)構(gòu)煤煤樣；

步驟s2：采集氣煤、肥煤、焦煤、無煙煤四種變質(zhì)程度的構(gòu)造煤，結(jié)合構(gòu)造煤自身硬度小且易破碎的特性，為了盡量保全共生構(gòu)造煤原始賦存狀態(tài)，將其封裝入高60mm，內(nèi)徑40mm的圓柱形鋼圈內(nèi)制成構(gòu)造煤煤樣；

步驟s3：將步驟s1中的原生結(jié)構(gòu)煤煤樣和步驟s2中的構(gòu)造煤煤樣均浸水24小時，然后自然風(fēng)干6小時，使用常規(guī)的壓汞法分別測量處理后的原生結(jié)構(gòu)煤煤樣和構(gòu)造煤煤樣的總孔體積。測量煤的復(fù)電性，主要與煤的孔隙裂隙有關(guān)，所以測量前先將煤樣浸水后再風(fēng)干，保證煤樣處于同一水分條件，當(dāng)給煤體加電時，孔隙裂隙中的水體導(dǎo)電，更直觀的體現(xiàn)出煤孔隙裂隙特征。

步驟s4：在常溫常壓下，采用阻抗測量儀和夾持裝置，對步驟s3中的風(fēng)干后的原生結(jié)構(gòu)煤煤樣和構(gòu)造煤煤樣分別進(jìn)行復(fù)電性測量；如圖1所示，夾持裝置包括龍門框架，龍門框架的內(nèi)腔的底部設(shè)有紫銅導(dǎo)體，原生結(jié)構(gòu)煤煤樣或構(gòu)造煤煤樣設(shè)在紫銅導(dǎo)體的上端面，原生結(jié)構(gòu)煤煤樣或構(gòu)造煤煤樣的上端面設(shè)有紫銅導(dǎo)體，原生結(jié)構(gòu)煤煤樣或構(gòu)造煤煤樣上端的紫銅導(dǎo)體的上端面設(shè)有尼龍絕緣層，龍門框架的上端設(shè)有調(diào)節(jié)旋扭，調(diào)節(jié)旋扭的下端與尼龍絕緣層連接；兩個紫銅導(dǎo)體分別通過導(dǎo)線連接阻抗測量儀的測量信號輸入端。測量時，煤樣的夾持壓力為0.1mpa，使得紫銅導(dǎo)體和煤樣端面耦合良好。lcr3522-50阻抗測量儀開機(jī)進(jìn)行1小時預(yù)熱，選取電壓1v，測量的頻率f的范圍設(shè)為100hz-100khz，測量頻率點(diǎn)為46個頻率點(diǎn)，測量參數(shù)設(shè)為阻抗z，分別測量原生結(jié)構(gòu)煤煤樣和構(gòu)造煤煤樣的阻抗z。

步驟s5：使用origin軟件，采用對數(shù)坐標(biāo)系，以頻率f為橫坐標(biāo)，阻抗z為縱坐標(biāo)繪制曲線，得到步驟s4中的原生結(jié)構(gòu)煤煤樣和構(gòu)造煤煤樣的頻譜特征曲線，得到波動明顯的頻段；如圖2、圖3劃線區(qū)域所示，發(fā)現(xiàn)原生煤和構(gòu)造煤在中頻階段（1khz-10khz）存在著明顯的波動。

步驟s6：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，低頻為327.5hz，657.9hz，中頻為2310hz，7055hz，高頻為32750hz，65790khz，以煤樣的總孔體積為橫坐標(biāo)，阻抗z為縱坐標(biāo)，得到4種變質(zhì)程度煤種的總孔體積和阻抗z的散點(diǎn)圖，因?yàn)槊旱目紫短卣魇请S著煤變質(zhì)程度的增加而呈現(xiàn)先減小后增大的特征，所以對其進(jìn)行二次函數(shù)擬合，發(fā)現(xiàn)中頻頻段擬合效果最好，是電性探測煤的優(yōu)勢頻段，為今后運(yùn)用電法探測煤層物性、結(jié)構(gòu)及構(gòu)造提供理論及實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

表1

表1為測量所采取的不同變質(zhì)程度煤樣，其中每種變質(zhì)程度的原生結(jié)構(gòu)煤為5個，構(gòu)造煤為3個，所測得數(shù)據(jù)繪制煤電性頻散特征曲線如圖2、圖3所示。

表2

表2為測量所采取的不同變質(zhì)程度煤樣的總孔體積。

表3

通過表3可知，對于原生結(jié)構(gòu)煤來說其中頻階段擬合效果最好，對于構(gòu)造煤來說，在低頻、中頻和高頻三個階段擬合效果都很好，結(jié)合之前z-f曲線，中頻頻段波動明顯，所以中頻頻段為電性測煤的優(yōu)勢頻段。

以上所述的實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。