MT-T 846—1999 煤体导水性分类.pdf

目 次 前言 Ⅱ 1 范围1 2 引用标准1 3 定义1 4 煤体导水性分类指标1 5 煤体导水性分类指标测定方法1 6 煤体导水性分类4 附录A 提示的附录 煤体导水性的模糊综合评价方法 6 附录B 提示的附录 煤层注水建议参数与方案 7 Ⅰ MT/T8 4 61 9 9 9 前 言 本标准是以几十年来媒层注水、 瓦斯抽放的实践为主要依据, 按照G B/T 1 . 11 9 9 3 标准化工作 导则第1单元 标准的起草与表述原则 第1部分 标准编写的基本规定 等要求编写的。 本标准的附录A、B均为提示的附录。 本标准由国家煤炭工业局行业管理司提出。 本标准由煤炭工业煤矿安全标准化技术委员会归口。 本标准起草单位 太原理工大学。 本标准主要起草人 赵阳升、 段康廉、 胡耀青、 杨栋。 本标准委托太原理工大学负责解释。 Ⅱ MT/T8 4 61 9 9 9 中 华 人 民 共 和 国 煤 炭 行 业 标 准 煤 体 导 水 性 分 类 C l a s s i f i c a t i o n s o f p e r m e a b i l i t y f o r c o a l m a s s MT/T 8 4 61 9 9 9 国家煤炭工业局1 9 9 9 - 1 1 - 1 1批准 2 0 0 0 - 0 3 - 1 5实施 1 范围 本标准规定了煤体导水性分类的指标及测定方法。 本标准适用于在现场采集煤样后在实验室测定分类指标的煤体导水性分类。 2 引用标准 下列标准所包含的条文, 通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时, 所示版本均 为有效。所有标准都会被修订, 使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 MT 4 11 9 8 7 岩石孔隙率的测定方法 3 定义 本标准采用下列定义。 3 . 1 煤体导水性p e r m e a b i l i t y o f c o a l m a s s 煤体导通水的能力。 3 . 2 渗透率s p e c i f i c p e r m e a b i l i t y 介质输运流体能力的标量, 仅与骨架性质有关。 3 . 3 裂隙分形维数f r a c t a l d i m e n s i o n o f f r a c t u r e 裂隙数量随尺度变化的幂。 4 煤体导水性分类指标 a孔隙率n ; b裂隙分形维数D ; c1 m尺度下裂隙条数N1 m ; d煤体渗透率的对数l o gK 。 5 煤体导水性分类指标测定方法 5 . 1 煤样采集与试件制备 5 . 1 . 1 煤样采集 在煤层中相应深度选择三个未受采动影响的典型煤层地质单元 未受构造影响 , 每一单元均分别 沿煤层上、 中、 下部采用人工或机械钻削的方法, 取3 0 0mm3 0 0mm3 0 0mm的煤样各一块, 每个煤 层从三个部位共采集煤样9块, 专车运到地面, 蜡封后再用塑料袋包装, 加垫缓冲材料, 装箱后运到实验 单位。 1 5 . 1 . 2 试件制备 将采集的煤样切割成1 0 0mm1 0 0mm2 0 0mm的试件, 然后在磨石机上磨平。试件要求 长9 9 1mm, 宽9 91mm, 高2 0 11mm, 且各面平行度应小于0 . 2mm。 5 . 2 媒体裂隙分形维数及1 m尺度下裂隙条数测定 5 . 2 . 1 试件 采用按5 . 1 . 2制备的试件, 对试件的六个表面进行裂隙分形分布规律的观测。 5 . 2 . 2 测定步骤 5 . 2 . 2 . 1 取初始的分形尺度为1 0 0 mmL0 , 在观测表面上划出1 0 0 mm1 0 0 mm的一个正方形网格, 统计位于该网格中长度大于L0裂隙条数N0; 然后将其网格划成4个L0/2尺度的子网格, 统计位于每 个子网格中的长度大子L0/2的裂隙条数, 累加后, 作为第二级分形网格的裂隙条数 依此类推, 分别用 L0/4、L0/8、L0/1 6的尺度划分以上各网格, 并统计位于每个子网格中的长度大子分形网格尺度的裂隙 条数Ni, 并累加, 作为第i级分形网格的裂隙条数。 5 . 2 . 2 . 2 按式1 计算裂隙分形维数D。 D l o gNδ/l o gδ 1 式中 δ 分形尺度; N δ 对应于尺度δ的裂隙条数。 5 . 2 . 2 . 3 将δL o, 代入裂隙条数与尺度之关系式2 , 即可得N0。 NδN δD 0 2 式中 N0 裂隙条数初值。 按照式 3 计算1m尺度下裂隙的条数。 N1m1 0 0N01 0 0 0 -D 3 5 . 2 . 2 . 4 取每个试件上六个观测表面的分形维数和1m尺度下裂隙条数的算术平均值, 作为该试件的 裂隙分形维数与1m尺度下裂隙的条数, 见表1。 表1 试件裂隙条数分形分布统计表 观测尺度 观 测 表 面 abcdef L0 L0/2 L0/4 L0/8 L0/1 6 裂隙条数N1m 裂隙条数 平均 分形维数D 分形维数 平均 5 . 2 . 2 . 5 取9个试件的裂隙分形维数与1m尺度下裂隙条数的算术平均值, 为该煤体的分类指标。 5 . 3 煤体渗透率测定 2 MT/T8 4 61 9 9 9 5 . 3 . 1 测定装置 测定装置为三轴渗透试验台, 见图1。 1三轴渗透仪;2轴压加载与稳压系统;3煤样; 4侧压加载与稳压系统;5孔隙压加载与稳压系统 图1 三轴渗透试验台结构原理图 5 . 3 . 2 测定方法 5 . 3 . 2 . 1 将分形观测过的试件, 在熔化的石蜡中浸泡四个侧面23s, 使石蜡与试件紧密粘合在一起, 在试件的四个侧面形成光滑平整的蜡模, 然后清理上下底面的石蜡。 5 . 3 . 2 . 2 将试件置入渗透仪内, 施加轴压3MP a, 侧压2MP a, 水压1MP a, 湿润3h。 5 . 3 . 2 . 3 按照表2的试验方案, 测定各种应力状态下 轴压、 侧压并稳压, 将水压加到设定值 , 一定的 问隔时间内 1 03 0m i n 的出水量, 用量杯测量, 重复三次, 其误差应小于3 0, 取其平均值。 表2 试件渗透率测定方案表 MP a σ1σ2 P 1 . 02 . 03 . 04 . 05 . 06 . 07 . 0 3 . 02 . 0 6 . 0 2 . 0 3 . 0 4 . 0 9 . 0 4 . 0 5 . 0 6 . 0 1 2 . 0 4 . 0 5 . 0 6 . 0 7 . 0 8 . 0 5 . 3 . 2 . 4 按照公式4 分别计算试件在各种应力状态下的渗透率。 kQ μ Δ p F ΔL 4 式中 3 MT/T8 4 61 9 9 9 k 试件渗透率,m d; Q 单位时间内的排水量;c m 3; Δ p 试件进点口与出水的压力增量,MP a; F 试件截面积,c m 2; μ 水的动力粘滞系数, 取1 c B; Δ L 试件高度,c m。 5 . 3 . 3 煤体渗透率计算 5 . 3 . 3 . 1 分别按式5 计算上、 中、 下部位的煤体渗透率。 km s l n e k s1 e k s2 e k s3 3 km z l n e k z1 e k z2 e k z3 3 5 km x e kx1 e kx2 e kx3 3 式中 km1、km2、km3 上、 中、 下部位的煤体渗透率; ks1、ks2、ks3 煤层上部3个采样点试件的渗透率 kz1、kz2、kz3 煤层中部3个采样点试件的渗透率; kx1、kx2、kx3 煤层下部3个采样点试件的渗透率。 5 . 3 . 3 . 2 按式6 计算煤体渗透率。 km l n e km s e km z e km x 3 6 式中 km 煤体渗透率,m d。 5 . 3 . 3 . 3 按式7 进行煤样渗透率随体积应力与孔隙压变化的曲线拟合, 可以获得系数a、b、c。 kma e b θ c p 7 式中 θ 体积应力,θσ1σ2σ3,MP a; p 孔隙压,MP a; a、b、c 拟合系数。 5 . 3 . 3 . 4 根据煤体确定埋藏深度的地应力值, 并取孔隙压等于侧压, 代入7 式, 即可获得对应深度下 的煤体渗透率。 一般情况下, 当地应力未知时, 取煤体的侧压系数λ 0 . 5, 侧压σ 2σ30 . 5r h,Θ2r h, 并取P 0 . 5 r h, 某一埋藏深度下煤体的渗透率可由8 式计算。 kma e [ -2b0 . 5cr h] 8 式中 r 岩石的比重; h 煤层埋藏深度。 5 . 4 煤样孔隙率测定 孔隙率的测定方法按MT 4 1的规定进行。 6 煤体导水性分类 6 . 1 煤体导水性分类 4 MT/T8 4 61 9 9 9 煤体导水性分类采用模糊综合评价方法, 详见提示的附录A。 根据分类的综合模糊得分, 本标准将煤体导水性分为五类1 5级, 见表3。 表3 煤体导水性模糊分类 类别 ⅠⅡⅢⅣⅤ 评价描述很好好中等差极差 评定得分 8 01 . 7N1m1 6 Ⅱ0 . 0 7 5 l o g1 0K≤0 . 4 2 57 . 7 5n≤9 . 2 51 . 6D≤1 . 71 2N1m≤1 6 Ⅲ-0 . 2 7 5 l o g1 0K≤0 . 0 7 56 . 2 5n≤7 . 7 51 . 5D≤1 . 68N1m≤1 2 Ⅳ-0 . 6 2 5 l o g1 0K≤0 . 2 7 54 . 7 5n≤6 . 2 51 . 4D≤1 . 54N1m≤8 Ⅴl o gK1 0≤-0 . 6 2 5n≤4 . 7 5D≤1 . 4N1m≤4 5 MT/T8 4 61 9 9 9 附 录 A 提示的附录 煤体导水性的模糊综合评价方法 本分类标准采用了模糊数学的理论, 作为煤体导水性分类的综合评价方法。 综合评价的模糊数学模型简述如下 设煤体导水性分类因素集为 U μ1 μ2 μ3 μ4 l o gk n D N1 m A 1 式中 k 煤体渗透率,m d; n 煤样孔隙率;; D 媒体裂隙分形维数; N1 m 1 m尺度下的裂隙条数。 设煤体导水性类别集为 v{Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ} A 2 权因子集 A {0 . 5/l o gk 0 . 2 5/n 0 . 1 2 5/D 0 . 1 2 5/N1 m} A 3 类别评分矩阵 C{1 0 0/Ⅰ 8 0/Ⅱ 6 0/Ⅲ 4 0/Ⅳ 2 0/Ⅴ} A 4 把第i个因素评价R j{ ri1,ri2,Λ Λ,r i5} 看作V 上的模糊子集, 其中r i k表示第i个因素的评价对第k 个类别的隶属度, 则总评价矩阵为 R r1 1r1 2r1 3r1 4 r2 1r2 2r2 3r2 4 r3 1r3 2r3 3r3 4 r4 1r4 2r4 3r4 4 􀮡 􀮣 􀮢 􀪂􀪂 􀪂 􀪂􀪂 􀪂 􀮧 􀮩 􀮨 􀪂􀪂 􀪂 􀪂􀪂 􀪂 A 5 式中 0≤r i j ≤1,i1, 4,j1, 4。 则综合评价矩阵为 B A R b1 b2 b3 b4 b5 A 6 则可以获得煤体导水性综合评价评分结果为 WB C T[ b1 b 2 b 3 b 4 b 5] [CⅠ C Ⅱ C Ⅲ C Ⅳ C Ⅴ] T A 7 根据W值的大小, 即可以获得对煤体导水性的分类结果。 6 MT/T8 4 61 9 9 9 附 录 B 提示的附录 煤层注水建议参数与方案 表B 1 煤层注水建议参数与方案 类别孔间距m注水孔终压MP a注水方案 Ⅰ 1 2 3 2 0 1 . 5 深孔预注水, 动压或静压 2 . 0 深孔预注水, 动压或静压 2 . 5 深孔预注水, 动压或静压 Ⅱ 1 2 3 2 0 3 . 5 深孔预注水, 动压 4 . 0 深孔预注水, 动压 5 . 0 深孔预注水, 动压 Ⅲ 1 2 3 1 5 5 . 0 深孔预注水, 动压 6 . 0 深孔预注水, 动压 7 . 5 深孔预注水, 动压 Ⅳ 1 2 3 1 5 9 . 0 深孔预注水, 动压 1 0 . 0 深孔预注水, 动压 1 2 . 0 深孔预注水, 动压 Ⅴ 1 1 2 3 6 7 . 5 浅孔短壁动压注水 9 . 0 浅孔短壁动压注水 1 0 . 5 浅孔短壁动压注水 注 1 该类煤层也可采用在卸压区深孔静压注水的方案。 7 MT/T8 4 61 9 9 9