煤層巷道破碎帶影響范圍的測定方法及其裝置制造方法
【專利摘要】一種煤層巷道破碎帶影響范圍的測定方法及其裝置，在巷道側(cè)壁煤層鉆孔施工完成后，將用固定連接管連接的前后膠囊通過連接管依次送入鉆孔中，通過注水管向前后膠囊中注水，使其膨脹并在兩段膠囊中間形成一段密閉的空間作為注氣段，之后打開氮氣瓶上的調(diào)節(jié)減壓穩(wěn)壓閥，調(diào)節(jié)減壓穩(wěn)壓閥至預(yù)定的壓力后打注氣管的開閥門并開始計時，此時氣體進(jìn)入注氣段并向煤層中滲透,待流量計的流量穩(wěn)定后記錄該穩(wěn)定流量，將前后膠囊泄壓并向鉆孔內(nèi)移動1m，重復(fù)多次注水注氣，得到從孔口向孔深不同位置的氣體滲透流量，從而有效測定煤層巷道兩側(cè)破碎帶影響范圍，確定合適的煤層瓦斯抽采鉆孔封孔深度，為礦井瓦斯抽采鉆孔封孔深度的確定提供了一種新的途徑。
【專利說明】煤層巷道破碎帶影響范圍的測定方法及其裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤層巷道破碎帶影響范圍的測定方法及其裝置，尤其適用于煤礦井下對順煤層抽采鉆孔進(jìn)行封孔時對煤層巷道破碎帶影響范圍的測定，屬于煤礦瓦斯抽采及利用【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]煤礦井下的煤層在開采前處于原始狀態(tài)。隨著井下掘進(jìn)巷道向前推進(jìn)，巷道周邊應(yīng)力將重新分布，并使巷道周邊的煤體發(fā)生破碎。在進(jìn)行本煤層瓦斯抽采時，瓦斯抽采鉆孔需要穿過巷道破碎帶而進(jìn)入原始煤層，必須對鉆孔進(jìn)行封孔才能進(jìn)行煤層的瓦斯抽放。封孔的深度對鉆孔的密封效果存在著巨大的影響。封孔長度過短，處于煤層巷道破碎帶影響范圍內(nèi)，可能導(dǎo)致封孔不嚴(yán)；封孔過長，則會導(dǎo)致封孔成本的增加。確定合理的封孔深度是保證抽采效果的關(guān)鍵。因此，對煤層巷道破碎帶影響范圍進(jìn)行準(zhǔn)確測定對礦井瓦斯抽采來說具有重大的意義。
[0003]在煤層巷道的兩側(cè)存在著卸壓帶、集中應(yīng)力帶和原始應(yīng)力帶這三個不同的區(qū)域。目前現(xiàn)場測定這三個區(qū)域的方法是沿煤層施工鉆孔，通過觀察鉆孔在不同鉆進(jìn)深度條件下單位鉆進(jìn)長度下的鉆屑量來反映地應(yīng)力的大小，進(jìn)而實現(xiàn)對巷道破碎帶影響范圍的測定。或者通過鉆孔使用超聲測定技術(shù)來測定不同深度處的裂隙分布來反映破碎帶的分布情況。這些方法都具有一定的依據(jù)，但都存在著影響因素較多，現(xiàn)場操作困難，不好量化的問題，給測定的效果帶來一定的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是要克服已有技術(shù)中存在的問題，提供一種方法簡便、準(zhǔn)確可靠的煤礦井下煤層巷道破碎帶影響范圍的測定方法和裝置，為現(xiàn)場抽采鉆孔封孔深度的確定提供依據(jù)。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明的井下煤層巷道破碎帶影響范圍的測定方法，包括如下步驟:
[0006](I)從煤巷側(cè)壁開孔施工一個孔徑為75mm、長度30m的順煤層鉆孔；
[0007](2)向鉆孔內(nèi)送入由固定連接管連接在一起的前膠囊和后膠囊，在后膠囊的后端部連接注水管和注氣管；
[0008](3)在孔口處設(shè)置與注水管相連的水泵、與注氣管相連的氮氣瓶，注氣管上依次設(shè)有閥門、流量計和減壓穩(wěn)壓閥，通過注水管向前膠囊和后膠囊中注入壓力水達(dá)到3MPa，使前后兩個膠囊膨脹，將此時兩個膨脹膠囊中間所形成的固定長度密閉空間作為注氣段；
[0009](4)打開氮氣瓶上的閥門，調(diào)節(jié)減壓穩(wěn)壓閥至預(yù)定的壓力后，打開閥門，此時氣體將經(jīng)過流量計和注氣管進(jìn)入注氣段并向煤層中滲透，待流量計的流量數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，記錄該穩(wěn)定流量值；
[0010](5)打開水泵的泄壓閥，使膠囊泄壓并通過連接管推動前膠囊和后膠囊向鉆孔深處移動Im ；[0011](6)重復(fù)步驟(4)、(5) 3?6次，得到注氣段在不同位置的氣體穩(wěn)定滲透流量；
[0012](7)待所測得的穩(wěn)定流量值逐漸減小并趨于穩(wěn)定后，停止測定工作，該流量隨深度增長趨于穩(wěn)定時的注氣段所在位置向外的區(qū)域即為巷道破碎帶影響范圍。
[0013]實現(xiàn)上述煤層巷道破碎帶影響范圍測定方法的裝置，包括設(shè)在鉆孔外的供氣裝置、供水裝置和設(shè)在鉆孔內(nèi)的前膠囊、后膠囊；所述的供氣裝置氮氣瓶、設(shè)在氮氣瓶上的減壓穩(wěn)壓閥，經(jīng)氣管連接的流量計、和設(shè)在氣管上的閥門；所述的供水裝置包括水泵、與水泵相連的注水管；前膠囊與后膠囊之間設(shè)有連接管；鉆孔孔口處設(shè)有推送在前膠囊、后膠囊的連接管。
[0014]有益效果:由于順煤層鉆孔抽采瓦斯是井下煤層防突和瓦斯治理的重要手段，而確定合理的抽采鉆孔封孔參數(shù)則是提高瓦斯抽采效果的根本保障。本發(fā)明通過實測不同深度鉆孔段的氣體穩(wěn)定滲透流量，進(jìn)而判斷煤層巷道實際的破碎帶的影響范圍，確定抽采鉆孔的最佳封孔深度，為最大限度地抽采煤層瓦斯提供保障。其主要優(yōu)點是:采用井下煤層巷道破碎帶影響范圍的測定方法及其裝置測定巷道破碎帶影響范圍，利用的是氣體在煤層中的穩(wěn)定流量與其破碎程度和應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。通過測定不同深度鉆孔段向周圍煤體的氣體穩(wěn)定滲透流量，考察煤層的破碎情況，進(jìn)而判斷煤層巷道破碎帶的影響范圍，確定抽采鉆孔的最佳封孔深度。并且由于測定采用的是氣體介質(zhì)，能夠更加直接的反映抽采鉆孔封孔后氣體的滲漏情況，避免了采用其它介質(zhì)和方法進(jìn)行測定所帶來的問題。經(jīng)現(xiàn)場實驗，對某礦井的煤層巷道破碎帶影響范圍進(jìn)行了現(xiàn)場測定證明，該方法能夠準(zhǔn)確的對煤層巷道破碎帶影響范圍進(jìn)行測定，并能確定最佳的抽采鉆孔封孔深度。按照此方法確定的封孔深度進(jìn)行封孔，能夠在提高鉆孔的抽采效果，對煤礦現(xiàn)場的瓦斯抽采工作具有重大的指導(dǎo)意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的煤層巷道破碎帶影響范圍測定方法操作流程圖。
[0016]圖2是本發(fā)明的煤層巷道破碎帶影響范圍測定裝置圖。
[0017]圖中:1_氮氣瓶；2_減壓穩(wěn)壓閥；3_流量計；4閥門；5-水泵；6_注水管；7-注氣管；8_連接管；9_后膠囊；10_前膠囊；11-注氣段；12_固定連接管；13-煤層。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個實施例作進(jìn)一步的描述:
[0019]本發(fā)明的井下煤層巷道破碎帶影響范圍的測定方法，利用氣體在鉆孔的不同深度處向鉆孔周邊滲透的流量大小來反映巷道周邊煤體的破碎情況，實現(xiàn)對煤層巷道周邊煤體破碎帶影響范圍的測定，為本煤層抽采鉆孔封孔位置的確定提供依據(jù)，具體步驟如下:
[0020]第一步，從煤巷側(cè)壁開孔施工一個孔徑75mm、長度30m的順煤層鉆孔；
[0021]第二步，將前膠囊10和后膠囊9使用固定連接管12連接后，通過連接管8依次送入施工好的鉆孔中距離孔口 2m的位置。
[0022]第三步，使用水泵5通過注水管6向前膠囊10和后膠囊9中注水，使水壓達(dá)到3MPa，在膠囊膨脹并在兩段膠囊中間形成一段固定長度的密閉空間作為注氣段11 ;保證進(jìn)行注氣測試時，氣體不會從前后端頭泄露；
[0023]第四步，將后膠囊9上的注氣管7與孔外流量計3連接后再與氮氣瓶I上的減壓穩(wěn)壓閥2連接；
[0024]第五步，打開氮氣瓶I上的閥門，調(diào)節(jié)減壓穩(wěn)壓閥2至預(yù)定的壓力后打開閥門4，此時氣體將經(jīng)過流量計3和注氣管7進(jìn)入注氣段11并向煤層中滲透，待流量計3的流量數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，記錄該穩(wěn)定流量；所述鉆孔外面的氮氣瓶I和減壓穩(wěn)壓閥2的作用在于能夠提供一個穩(wěn)定壓力的氣源，保證每次向注氣段11充氣時的條件相同；所述流量計3為注氣段11孔壁瓦斯?jié)B透流量的準(zhǔn)確測定提供了保障；
[0025]第六步，打開水泵5的泄壓閥，使膠囊泄壓并通過連接管8使前膠囊10和后膠囊9向鉆孔深處移動Im ；
[0026]第七步，循環(huán)重復(fù)上述第三?第六步的測定過程，得到注氣段11在不同位置的氣體穩(wěn)定滲透流量；
[0027]第八步，所測得的穩(wěn)定流量值逐漸減小并趨于穩(wěn)定后，停止測定工作，拆除測定裝置。該流量隨深度增長趨于穩(wěn)定時的注氣段11所在位置向外的區(qū)域即為巷道破碎帶影響范圍。
[0028]實現(xiàn)上述煤層巷道破碎帶影響范圍測定方法的裝置，包括設(shè)在鉆孔外的供氣裝置、供水裝置和設(shè)在鉆孔內(nèi)的前膠囊10、后膠囊9 ;所述的供氣裝置氮氣瓶1、設(shè)在氮氣瓶I上的減壓穩(wěn)壓閥2，經(jīng)氣管7連接的流量計3、和設(shè)在氣管7上的閥門4 ;所述的供水裝置包括水泵5、與水泵5相連的注水管6 ;前膠囊10與后膠囊9之間設(shè)有連接管12 ;鉆孔孔口處設(shè)有推送在前膠囊10、后膠囊9的連接管8。
[0029]該流量開始趨于穩(wěn)定時的注氣段所在位置向外的區(qū)域即為巷道破碎帶影響范圍，而抽采鉆孔封孔位置則至少要深于所測得的巷道破碎帶影響范圍?？梢杂行y定煤層巷道兩側(cè)破碎帶影響范圍，確定合適的煤層瓦斯抽采鉆孔封孔深度，為礦井瓦斯抽采鉆孔封孔深度的確定提供了 一種新的途徑。
【權(quán)利要求】
1.一種煤層巷道破碎帶影響范圍的測定方法，其特征在于，包括如下步驟: (O從煤巷側(cè)壁開孔施工一個孔徑為75mm、長度30m的順煤層鉆孔； (2)向鉆孔內(nèi)送入由固定連接管(12)連接在一起的前膠囊(10)和后膠囊(9)，在后膠囊(9)的后端部連接注水管(6)和注氣管(7); (3)在孔口處設(shè)置與注水管(6)相連的水泵(5)、與注氣管(7)相連的氮氣瓶(1)，注氣管(7)上依次設(shè)有閥門(4)、流量計(3)和減壓穩(wěn)壓閥(2)，通過注水管(6)向前膠囊(10)和后膠囊(9)中注入壓力水達(dá)到3MPa，使前后兩個膠囊膨脹，將此時兩個膨脹膠囊中間所形成的固定長度密閉空間作為注氣段(11); (4)打開氮氣瓶(I)上的閥門，調(diào)節(jié)減壓穩(wěn)壓閥(2)至預(yù)定的壓力后，打開閥門(4)，此時氣體將經(jīng)過流量計(3)和注氣管(7)進(jìn)入注氣段(11)并向煤層中滲透，待流量計(3)的流量數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，記錄該穩(wěn)定流量值； (5)打開水泵(5)的泄壓閥，使膠囊泄壓并通過連接管(8)推動前膠囊(10)和后膠囊(9)向鉆孔深處移動Im ； (6)重復(fù)步驟(4)、(5)多次，得到注氣段(11)在不同位置的氣體穩(wěn)定滲透流量； (7)待所測得的穩(wěn)定流量值逐漸減小并趨于穩(wěn)定后，停止測定工作，該流量隨深度增長趨于穩(wěn)定時的注氣段(11)所在位置向外的區(qū)域即為巷道破碎帶影響范圍。
2.一種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述煤層巷道破碎帶影響范圍測定方法的裝置，其特征在于:它包括設(shè)在鉆孔外的供氣裝置、供水裝置和設(shè)在鉆孔內(nèi)的前膠囊(10)、后膠囊(9);所述的供氣裝置氮氣瓶(I)、設(shè)在氮氣瓶(I)上的減壓穩(wěn)壓閥(2)，經(jīng)氣管(7)連接的流量計(3)、和設(shè)在氣管(7)上的閥門(4);所述的供水裝置包括水泵(5)、與水泵(5)相連的注水管(6);前膠囊(10)與后膠囊(9)之間設(shè)有連接管(12);鉆孔孔口處設(shè)有推送在前膠囊(10)、后膠囊(9)的連接管(8)。
【文檔編號】E21F17/00GK103939143SQ201410156227
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月17日
【發(fā)明者】陳裕佳, 蔣承林, 李曉偉, 唐俊, 劉輝輝 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)