本發(fā)明屬于煤炭的地質(zhì)勘探技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種不同含水飽和度煤體復(fù)電性頻散特征的測量方法。

背景技術(shù)：

煤礦瓦斯抽采是防范煤礦瓦斯事故，促進煤礦安全生產(chǎn)有力保障。瓦斯抽采的難易程度與煤層滲透性有很大關(guān)系。水力壓裂可以提高煤層滲透性，而如何采用一種簡捷快速的方法來評價水力壓裂壓開效果，是當(dāng)下我們關(guān)注的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種不同含水飽和度煤體復(fù)電性頻散特征的測量方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種不同含水飽和度煤體復(fù)電性頻散特征的測量方法，采集1-n塊煤樣，n為自然數(shù)，分別標(biāo)記為1^#-n^#煤樣，對1^#-n^#煤樣按照相同方法分別進行測量，測量均包括如下步驟：

步驟s1：將煤樣加工成邊長為60mm的正方體煤塊，對加工好的煤樣進行烘干操作；然后將干燥后的煤樣放至干燥塔中晾至室溫，煤樣稱重后再放入干燥塔中；

步驟s2：將步驟s1中干燥的煤樣完全浸入蒸餾水中，每隔時間t使用電子天平稱重，在常溫常壓下，采用阻抗測量儀，對含水煤樣進行復(fù)電性測量，測量完畢后再將煤樣放入蒸餾水中，直至72小時后稱重不再發(fā)生變化；

步驟s3：運用origin軟件，采用對數(shù)坐標(biāo)系，繪制r-hz-x雙y軸曲線，將步驟s2中的測量數(shù)據(jù)進行多項式曲線擬合，得到不同含水煤樣的復(fù)電性頻散特征曲線；

步驟s4：分析步驟s3中的不同含水煤樣的復(fù)電性頻散特征曲線。

作為優(yōu)選，在步驟s1中，使用干燥箱，對加工好的煤樣進行烘干操作，干燥箱的溫度設(shè)置為105度，每隔1個小時從干燥箱中拿出煤樣進行稱重一次，直至煤樣的質(zhì)量變化小于0.01克或質(zhì)量不再減少時為止，視此時煤樣為干燥狀態(tài)，飽和度記為0。

作為優(yōu)選，所述的干燥箱采用dhg-914ca電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱。

作為優(yōu)選，在步驟s2中，在常溫常壓下，采用阻抗測量儀和固定裝置對含水煤樣進行復(fù)電性測量；所述的固定裝置包括龍門框架，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，所述的阻抗測量儀采用lcr3533-01阻抗測量儀，先對阻抗測量儀進行一個小時的預(yù)熱；然后點擊阻抗測量儀的補償按鈕，阻抗測量儀自動進行補償，以提高測量精度；將頻率范圍調(diào)為1hz-200khz，測量參數(shù)設(shè)置為r和x，測量含水煤樣的復(fù)電性阻抗實部r、虛部x的值各200點，測量完畢后再將煤樣放入蒸餾水中。

作為優(yōu)選，在步驟s3中，將阻抗實部r、虛部x各200點和其對應(yīng)的頻率f變化值輸入origin軟件，以頻率f為橫坐標(biāo)，阻抗實部r、虛部x為縱坐標(biāo)，采用對數(shù)坐標(biāo)系，生成r-hz-x雙y軸散點圖，采用origin最高多項式擬合次數(shù)9次多項式曲線擬合，使r²>0.95，近似認(rèn)為擬合曲線為散點圖規(guī)律曲線，得到不同含水煤樣的復(fù)電性頻散特征曲線，將不同飽和度下煤樣的x隨f變化曲線繪制在一張圖上。

作為優(yōu)選，在步驟s4中，分析不同煤樣的不同含水飽和度煤體復(fù)電性頻散特征曲線，r隨著頻率f增大而減小，x隨著頻率f呈現(xiàn)三段式規(guī)律，且隨著煤樣含水飽和度增加，煤樣阻抗虛部x曲線逐漸下降。

作為優(yōu)選，所述的n=4，煤樣包括1^#煤樣、2^#煤樣、3^#煤樣及4^#煤樣，1^#煤樣為無煙煤，2^#煤樣為貧瘦煤，3^#煤樣為焦煤，4^#煤樣為肥煤。

本發(fā)明具有的優(yōu)點是：

本發(fā)明采用復(fù)電性測量方法，測量不同含水飽和度下煤體復(fù)電性頻散特征，進而將水力壓裂壓開效果與復(fù)電性相聯(lián)系，沒有壓開時對應(yīng)的是干燥水，而完全壓開時對應(yīng)的便是飽和水，半壓開狀態(tài)也可根據(jù)其復(fù)電性參數(shù)對應(yīng)的含水飽和度區(qū)間估算出其半壓開效果。根據(jù)不同含水飽和度下煤體復(fù)電性特征不同，通過測量煤體復(fù)電性特征，結(jié)合其與對應(yīng)煤體的含水飽和度關(guān)系，進而可以用來分析水力壓裂效果，為井下提高煤層滲透性提供技術(shù)支持及實驗支撐。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中的阻抗測量儀和固定裝置的連接示意圖；

圖2是本發(fā)明中的1^#煤樣在某一含水飽和度下阻抗實部r和虛部x下煤體頻散特征曲線；

圖3是本發(fā)明中的1^#煤樣不同含水飽和度煤體x隨f的頻散特征曲線；

圖4是本發(fā)明中的2^#煤樣不同含水飽和度煤體x隨f的頻散特征曲線；

圖5是本發(fā)明中的3^#煤樣不同含水飽和度煤體x隨f的頻散特征曲線；

圖6是本發(fā)明中的4^#煤樣不同含水飽和度煤體x隨f的頻散特征曲線；

圖7是本發(fā)明中的煤體復(fù)電性頻散特征曲線規(guī)律。

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。

具體實施方式

如圖1-3所示，采集無煙煤煤樣，標(biāo)記為1^#煤樣，對1^#煤樣進行測量，測量包括如下步驟：

步驟s1：將1^#煤樣加工成60mm的正方體的煤塊，使用dhg-914ca電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，對加工好的1^#煤樣進行烘干操作。溫度設(shè)置為105度，每隔1個小時從干燥箱中拿出1^#煤樣進行稱重一次，直至1^#煤樣的質(zhì)量變化小于0.01克或質(zhì)量不再減少時為止，視此時1^#煤樣為干燥狀態(tài)，飽和度記為0。然后將此干燥1^#煤樣放至干燥塔中晾至室溫，稱重后放入干燥塔中。

步驟s2：將1^#煤樣完全浸入蒸餾水中，每隔6h使用電子天平稱重，在常溫常壓下，采用lcr3533-01阻抗測量儀和固定裝置對含水1^#煤樣進行復(fù)電性測量。先對阻抗測量儀進行一個小時的預(yù)熱。然后點擊阻抗測量儀的補償按鈕，阻抗測量儀自動進行補償，以提高測量精度。將頻率范圍調(diào)為1hz-200khz，測量參數(shù)設(shè)置為r和x，電壓為1v。固定裝置包括龍門框架，龍門框架的內(nèi)腔的底部設(shè)有紫銅導(dǎo)體，1^#煤樣設(shè)在紫銅導(dǎo)體的上端面，1^#煤樣的上端面設(shè)有紫銅導(dǎo)體，1^#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)體分別通過四端對結(jié)構(gòu)連接阻抗測量儀的測量信號輸入端，四端對結(jié)構(gòu)可以降低誤差，測量含水1^#煤樣復(fù)電性阻抗實部r、虛部x的值各200點，測量完畢后再將1^#煤樣放入蒸餾水中，直至72小時后稱重不再發(fā)生變化，即認(rèn)為1^#煤樣含水達(dá)到飽和。

步驟s3：將阻抗實部r、虛部x各200點和其對應(yīng)的頻率變化值輸入origin軟件，以頻率為橫坐標(biāo)，阻抗實部r、虛部x為縱坐標(biāo)，采用對數(shù)坐標(biāo)系，生成r-hz-x雙y軸散點圖，采用origin最高多項式擬合次數(shù)9次多項式曲線擬合，使r²>0.95，近似認(rèn)為擬合曲線為散點圖規(guī)律曲線，得到不同含水1^#煤樣的復(fù)電性頻散特征曲線，將不同飽和度下煤體的x隨f變化曲線繪制在一張圖上。

步驟s4：分析不同含水飽和度煤體復(fù)電性頻散特征曲線，r隨著頻率f增大而減小，x隨著頻率f呈現(xiàn)三段式規(guī)律，且隨著煤體含水飽和度增加，煤體阻抗虛部x曲線逐漸下降。

如圖1、4所示，采集貧瘦煤煤樣，標(biāo)記為2^#煤樣，對2^#煤樣按照步驟1-4進行測量。

如圖1、5所示，采集焦煤煤樣，標(biāo)記為3^#煤樣，對3^#煤樣按照步驟1-4進行測量。

如圖1、6所示，采集肥煤煤樣，標(biāo)記為4^#煤樣，對4^#煤樣按照步驟1-4進行測量。

表1

表1為了使方法具有適用性，分別采集不同變質(zhì)程度的煤種作為1^#-4^#煤樣，分別在不同含水飽和度下測其復(fù)電性頻散特征，其測量結(jié)果分別對應(yīng)圖3-6。根據(jù)多種不同變質(zhì)程度煤樣的復(fù)電性頻散特征曲線，其曲線規(guī)律如圖7所示：ab為低頻階段，對應(yīng)的時間較長，有充足的時間發(fā)生極化，x隨f增大而降低，此階段為激發(fā)極化；bc為中頻階段，激發(fā)激化逐漸減弱，x隨f增大而增大，此階段為電磁感應(yīng)；cd為高頻階段，x隨著f增大而減小，此階段為介電極化。符合巖石電性頻散特征，為復(fù)電性進行煤巖勘探打下堅實的實驗基礎(chǔ)。

以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，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，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。