】
[0023] 圖1為本發(fā)明中現(xiàn)場測試部的示意圖；
[0024] 圖2為本發(fā)明中實驗室測試部的示意圖；
[0025] 圖3為本發(fā)明中大尺寸徑向滲流測試機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 其中，1-上保護(hù)層機(jī)巷，2-采空區(qū)，3-上保護(hù)層風(fēng)巷，4-上保護(hù)層，5-理論卸壓 線，6-小孔徑穿煤孔，7-被保護(hù)層，8-理論卸壓線中線，9-測壓鉆孔，10-底板巖巷及鉆 場，11-壓力表，12-電液伺服控制油壓栗，13-大尺寸徑向滲流測試機(jī)構(gòu)，14-質(zhì)量流量計， 15-閥門d，16-集氣裝置，17-數(shù)據(jù)處理中心，18-數(shù)據(jù)采集器，19-壓力變送器，20-真空 栗，21-減壓閥，22-甲烷鋼瓶，23-連接螺栓螺母，24-連接法蘭，25-T型活塞，26-密封圈， 27-高壓罐體，28-壓頭，29-排氣花管，30-滲氣花管，31-氣口，32-排氣口。
【具體實施方式】
[0027] 本發(fā)明提供了一種用于確定上保護(hù)層開采卸壓范圍的測試系統(tǒng)及測試方法，為使 本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解， 此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0028] 本發(fā)明提供了一種用于確定上保護(hù)層開采卸壓范圍的測試系統(tǒng)，如圖1與圖2所 示的，其包括現(xiàn)場測試部與實驗室測試部，將現(xiàn)場測試部獲取的煤樣通過實驗室測試部進(jìn) 行測試，其中，實驗室測試部包括大尺寸徑向滲流測試機(jī)構(gòu)13,大尺寸徑向滲流測試機(jī)構(gòu) 13與一電液伺服控制油壓栗12相連接，電液伺服控制油壓栗12用于向大尺寸徑向滲流測 試機(jī)構(gòu)13施加壓力，大尺寸徑向滲流測試機(jī)構(gòu)13配置有一質(zhì)量流量計14,質(zhì)量流量計14 通過相應(yīng)管路分別與大尺寸徑向滲流測試機(jī)構(gòu)13、集氣裝置16相連通，大尺寸徑向滲流測 試機(jī)構(gòu)13通過相應(yīng)管路與真空栗20相連通，真空栗20通過減壓閥21與一甲烷鋼瓶22相 連通。
[0029] 更進(jìn)一步的，如圖3所示的，上述大尺寸徑向滲流測試機(jī)構(gòu)13包括一高壓罐體27， 高壓罐體27上部設(shè)置有連接法蘭24,連接法蘭24通過連接螺栓螺母23與高壓罐體27相 連接，高壓罐體27內(nèi)設(shè)置有T型活塞25, T型活塞25的豎直段與電液伺服控制油壓栗12 相連接，T型活塞25的水平段橫向布置在高壓罐體27內(nèi)，T型活塞25之水平段下方的高 壓罐體27內(nèi)設(shè)置有壓頭28,壓頭28下方設(shè)置有用于放置煤樣的滲氣花管30,滲氣花管30 通過排氣花管29相連通，滲氣花管30的下部設(shè)置有排氣管，排氣管通過排氣口 32與質(zhì)量 流量計14相連通，一個滲氣花管30的一端通過氣口 31與真空栗20相連通，另一個滲氣花 管30的一端以及排氣管的另一端上分別設(shè)置有壓力變送器19,質(zhì)量流量計14、壓力變送器 19均與一數(shù)據(jù)采集器18相連接，數(shù)據(jù)采集器18與一數(shù)據(jù)處理中心17相連接，數(shù)據(jù)處理中 心17 -般采用計算機(jī)等技術(shù)形式。
[0030] 在本發(fā)明的另一較佳實施例中，上述現(xiàn)場測試部包括上保護(hù)層4,上保護(hù)層4包括 采空區(qū)2,采空區(qū)2的一端設(shè)置有上保護(hù)層機(jī)巷1，另一端設(shè)置有上保護(hù)層風(fēng)巷3,上保護(hù)層 4的下方為被保護(hù)層7,從被保護(hù)層7之底板巖巷及鉆場10內(nèi)向卸壓邊界區(qū)域施工四個小 孔徑穿煤鉆孔6作為測壓鉆孔9,測壓鉆孔9終孔位置連成一條直線，并以理論卸壓線中線 8為中心，每間隔十五米布置一個測壓鉆孔9,測壓鉆孔9均勻布置，每個測壓鉆孔9均與一 壓力表11相連接；測壓鉆孔9采用風(fēng)力排渣工藝施工，施工過程中采集各測壓鉆孔9的煤 樣并密封保存，且記錄測壓鉆孔9的施工參數(shù)，測壓鉆孔9施工完畢后封孔測定煤層瓦斯壓 力，每天記錄各測壓鉆孔對應(yīng)壓力表的讀數(shù)。
[0031] 本發(fā)明還提供了一種使用上述測試系統(tǒng)的測試方法，其包括以下步驟：
[0032] A、將從測壓鉆孔9得到的篩分煤樣放置于滲氣花管30內(nèi)，然后啟動電液伺服控 制油壓栗12,驅(qū)動T型活塞25向下運動，通過壓頭28給煤樣施加垂向應(yīng)力，隨后進(jìn)行真空 脫氣，兩小時后關(guān)閉真空栗20及閥門15b、閥門15a ;然后開啟甲烷鋼瓶22和減壓閥21，向 高壓罐體27內(nèi)注氣，注氣壓力為該煤樣實測壓力值，進(jìn)行六小時平衡吸附，然后開啟閥門 15c、閥門15d進(jìn)行大尺寸徑向穩(wěn)態(tài)滲流實驗，通過壓力變送器19、質(zhì)量流量計14與數(shù)據(jù)采 集器18記錄平衡時內(nèi)外邊界壓力和氣體流量；
[0033] B、將步驟A所測數(shù)據(jù)代入式（1)計算，得出該煤樣在設(shè)定垂直向力下的滲透率值，
[0035] 其中，K為煤樣的滲透率，單位為mD或103μηι; μ為瓦斯的粘度，20°C時取為 1. 087 X 10 5Pa · s ;p。為實驗室的大氣壓力，單位為Pa ;Q。為氣體流量，單位為ml/s ;p w為內(nèi) 邊界壓力，單位為MPa !Pf3外邊界壓力，單位為MPa ;rw為內(nèi)邊界半徑，單位為cm、]%為外邊界 半徑，單位為cm ;h為煤層厚度，單位為cm ;
[0036] C、通過更換煤樣和改變垂向應(yīng)力進(jìn)行多次大尺寸徑向穩(wěn)態(tài)滲流實驗，獲得各煤樣 在不同垂向應(yīng)力下的滲透率，并繪制出滲透與垂向應(yīng)力的關(guān)系曲線；
[0037] D、根據(jù)現(xiàn)場所測煤層滲透率，確定各測壓鉆孔9位置處煤體垂向應(yīng)力，繪制卸壓 邊界區(qū)域垂向應(yīng)力分布曲線，根據(jù)實際煤層賦存情況計算垂向卸壓臨界值，得出該臨界值 在實測曲線中對應(yīng)的位置，即為該區(qū)域上保護(hù)層開采的實際卸壓邊界位置。
[0038] 更進(jìn)一步的，如圖1所示的，在步驟A之前還包括：
[0039] 從被保護(hù)層7之底板巖巷及鉆場10內(nèi)向卸壓邊界區(qū)域施工四個小孔徑穿煤鉆孔 6作為測壓鉆孔9,測壓鉆孔9終孔位置連成一條直線，并以理論卸壓線中線8為中心，每間 隔十五米均勻一個測壓鉆孔9,測壓鉆孔9均勻布置，每個測壓鉆孔9均與一壓力表11相連 接；測壓鉆孔9采用風(fēng)力排渣工藝施工，施工過程中采集各測壓鉆孔9的煤樣并密封保存， 此處的煤樣用于步驟A-步驟D進(jìn)行測試，且記錄測壓鉆孔9施工參數(shù)，測壓鉆孔9施工完 畢后封孔測定煤層瓦斯壓力，每天記錄各測壓鉆孔壓力表的讀數(shù)，
[0040] 待壓力穩(wěn)定后，記錄各測壓鉆孔瓦斯壓力值，采用測壓鉆孔9徑向法計算各測壓 鉆孔9所在位置煤層透氣性系數(shù)，并根據(jù)式（2)換算成滲透率，獲得各鉆孔所在位置的煤層 滲透率；
[0041] λ=ΚΛ2μρ。）式（2)
[0042] 其中，K為煤樣的滲透率，單位為mD或103μηι; μ為瓦斯的粘度，20°C時取為 L 087 X 10 5Pa · s ;p。為實驗室的大氣壓力，單位為Pa。
[0043] 為了更進(jìn)一步描述本發(fā)明，以下列舉更為詳盡的實施例進(jìn)行說明。
[0044] 步驟a、根據(jù)保護(hù)層開采條件，參照國家安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《保護(hù)層開采技術(shù)規(guī)范 AQ1050-2008》確定被保護(hù)層7理論卸壓線中線8,上保護(hù)層4開采后，在被保護(hù)層7底板巖 巷及鉆場10內(nèi)向卸壓邊界區(qū)域施工4個小孔徑（Φ46_)穿煤鉆孔6作為測壓鉆孔9,即 1#、2#、3#與4#，測壓鉆孔9終孔位置連成一線，并以理論卸壓線中線8為中心，間隔15m均 勻布置，測壓鉆孔9采用風(fēng)力排渣工藝施工，施工過程中采集各測壓鉆孔9的煤樣并密封保 存，同時記錄測壓鉆孔9施工參數(shù)，測壓鉆孔9施工完畢后封孔測定煤層瓦斯壓力，每天記 錄各鉆孔壓力表11讀數(shù)；
[0045] 步驟b、待壓力穩(wěn)定后，記錄各鉆孔瓦斯壓力值，采用測壓鉆孔9徑向法測算各鉆 孔所在位置煤層透氣性系數(shù)，并根據(jù)公式λ =ΚΛ2 μ p。）換算成滲透率，獲得各鉆孔所在 位置的煤層滲透率；
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