電阻法測(cè)定水在煤體中滲吸特征的實(shí)驗(yàn)研究

宋鑫 柳曉莉

摘 要：利用四極探針法測(cè)定電阻率的原理搭建了水在煤體中滲吸特征的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，開展了水在長焰煤、焦煤、瘦煤和無煙煤4種不同變質(zhì)程度煤樣中的滲吸特征實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在煤樣高度方向上，隨著滲吸時(shí)間的延長，滲吸高度逐漸增加，但增加的速度逐漸減慢，滲吸高度和滲吸時(shí)間之間符合冪函數(shù)關(guān)系。

關(guān)鍵詞：電阻率;滲吸特征;四極探針法

中圖分類號(hào)：TD712? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2021）24-0085-03

Experimental Study on Measurement of Water Imbibition Characteristics in Coal by Resistance Method

SONG Xin? ? LIU Xiaoli

（School of Mining Engineering， North China University of Science and Technology， Tangshan Hebei 063210）

Abstract： Based on the principle of measuring resistivity by quadrupole probe method， the experimental platform of water imbibition characteristics in coal was built， and the experiments of water imbibition characteristics in long flame coal， coking coal， lean coal and anthracite coal samples with four different metamorphic degrees were carried out. The results show that the imbibition height gradually increased with the extension of imbibition time， but the increasing speed gradually slowed down， the relationship between infiltration height and infiltration time is power function.

Keywords： resistivity; imbibition characteristics; quadrupole probe method

煤層注水是防治瓦斯災(zāi)害、粉塵災(zāi)害和沖擊地壓的重要手段，注水過程中煤體的潤濕分布規(guī)律是煤層注水參數(shù)設(shè)定的重要依據(jù)?；诖?，很多學(xué)者采用不同的手段開展了注水過程中煤體潤濕分布規(guī)律的研究。王彬、王兆豐等通過改造醫(yī)用的輸液設(shè)備為注水實(shí)驗(yàn)的加水裝置，利用NMRI成像技術(shù)記錄了注水過程中水在煤樣中的分布規(guī)律[1]，潘一山等用NMRI成像技術(shù)記錄了水驅(qū)氣過程中水和氣在煤體中的流動(dòng)規(guī)律[2]。周宏偉等利用NMRI成像技術(shù)開展了煤體注水過程中孔隙結(jié)構(gòu)和滲流通道變化規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究[3]。王開德等借助COMSOL軟件進(jìn)行了不同注水壓力下，滲流速度和孔隙壓力在煤體中的分布規(guī)律[4]，肖知國等利用RFPA2D數(shù)值模擬軟件分析了裂隙對(duì)煤層注水過程中水分分布的影響[5]。本文利用四極探針法測(cè)定電阻率的原理搭建了水在煤體中滲吸特征的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，探究了水在煤體中的滲吸規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

純水中含有可移動(dòng)的離子比較少，一般認(rèn)為是不導(dǎo)電的，而日常生活中的飲用水含有大量的可自由移動(dòng)的離子和雜質(zhì)，具有良好的導(dǎo)電性。本文利用四極探針法測(cè)定電阻率的原理搭建了電阻法測(cè)定水在煤體中滲吸特征的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，如圖1所示。在干燥煤樣中當(dāng)水分的增量達(dá)到一定值時(shí)，電阻率會(huì)發(fā)生比較明顯的變化，可以依據(jù)電阻率的變化來推測(cè)水在煤體中的分布規(guī)律。

將4根導(dǎo)電的金屬探針放置在如圖1所示的1、2、3、4處，將探針1、4和交流電源、電流表連接，將探針2、3和數(shù)字電壓表連接，按式1可以得到探針2和探針3之間煤樣的電阻率：

[p=2πV231（1r12-1r13-1r42+1r43）-1]? ? （1）

式中：[p]為探針2、探針3之間的電阻率，Ω;[V23]為探針2和探針3之間的電壓，V;[I]為通過煤樣的電流，A;[r12]為探針1、探針2之間的距離，mm;[r13]為探針1、探針3之間的距離，mm;[r42]為探針4、探針2之間的距離，mm;[r43]為探針4、探針3之間的距離，mm。

1.2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

采用自主搭建的電阻法測(cè)定水在煤體中滲吸特征的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行水在煤體中的滲吸實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要由交流電源、電流表、電壓表、電極線、煤樣、探針、導(dǎo)電膏、絕緣膠帶等組成，如圖2所示。

1.3 煤樣制備

1.3.1 煤樣選擇。選擇耿村礦長焰煤、唐山礦1/3焦煤、紅嶺礦瘦煤和常村礦無煙煤4種不同變質(zhì)程度的煤樣作為本次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)煤樣。煤樣的工業(yè)分析如表1所示。

1.3.2 煤樣制備。首先將表1中4個(gè)礦的煤樣用煤樣粉碎機(jī)粉碎，用粒度篩篩選出粒徑為0～0.5 mm的煤粉，以這些煤粉為骨料，用液壓壓力機(jī)在120 kN的壓力下制備耿村礦、紅嶺礦和常村礦的標(biāo)準(zhǔn)型煤的煤樣1個(gè)，唐山礦的標(biāo)準(zhǔn)型煤的煤樣5個(gè)（在制作過程中，唐山礦5個(gè)型煤的煤樣煤粉質(zhì)量、水和型煤壓制壓力均相同），在電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱中烘干，用保鮮膜包裹后放入磨口玻璃瓶中備用。