[发明专利]煤层瓦斯抽采钻孔稳定性测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测定在煤层中施工的瓦斯抽采钻孔稳定性的装置及方法，特别是一种煤层瓦斯抽采钻孔稳定性测试装置及方法。

背景技术

我国煤炭资源丰富，分布地域广阔，但煤层赋存条件差异大，含瓦斯煤层多，瓦斯储量大，同时，我国90 %以上的矿井为井工开采，高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井占矿井总数的50 %以上。因此，在煤炭开采过程中，常常伴随着大量瓦斯的涌出。特别是随着煤炭生产的高效集约化和矿井开采深度的增加，瓦斯涌出量越来越大，煤与瓦斯突出和瓦斯爆炸的威胁也越来越严重。瓦斯灾害已成为制约我国煤矿安全、高效生产的最重要因素。

解决高瓦斯煤层开采过程中瓦斯涌出问题的主要措施是瓦斯抽采，加强瓦斯抽采、实现“先抽后采”已被确立为瓦斯治理的治本之策。然而，我国煤层的构造复杂且多强烈变形，许多高瓦斯煤层又均属于低透气性软煤层，这就要求瓦斯抽采具有足够的抽采时间，即抽采钻孔具有足够的稳定性及有效使用期限，然而煤层尤其是软煤层由于流变性较强，造成钻孔成型后在较短时间内（有时可能仅几个小时）即被压实而失去抽采功能。

目前，传统的评价钻孔稳定性（有效使用寿命）的方法主要通过该钻孔的瓦斯抽采参数（包括瓦斯浓度、流量、纯量等）实现，然而，瓦斯抽采参数受封孔质量、串孔、数据采集等多种因素的影响，造成当一个钻孔的抽采参数不甚理想时，无法有效判断是哪个或哪几个环节出现了问题，不能确定钻孔是否完全失效。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对煤矿瓦斯抽采中存在的实际问题，提供一种低成本、操作简单的煤层瓦斯抽采钻孔稳定性测试装置及方法。

技术方案：本发明的煤层瓦斯抽采钻孔稳定性测试装置，包括压力传感器、导向杆、压力数据采集仪和加压泵；压力传感器与导向杆连接，导向杆通过导管道与压力数据采集仪、阀门和加压泵顺序连接。

所述的压力传感器包括压力感应胶囊和连接在一侧的进液口。

所述的导向杆包括PVC管、卡槽和PVC管两端的快速接头；PVC管构成主管道网络，在主管道上围成有卡槽，在主管道上连接有快速接头；

所述的压力感应胶囊为圆柱形，长度为80~120 mm，最大膨胀外径不大于60 mm，内部充入气体或者液体2种感应介质；

所述的PVC管外径为40~50 mm，内径为30~40 mm，每根长3~5 m，正中部有放置压力感应胶囊的卡槽，卡槽尺寸与压力感应胶囊尺寸相对应，卡槽的轴向上尺寸略大于压力感应胶囊的尺寸，使压力感应胶囊能卡入卡槽中，径向上不约束压力感应胶囊的膨胀；所述的PVC管强度大于感应胶囊的强度，且具有一定的柔韧度，能够满足瓦斯钻孔在走向方向上的较小曲折变化，同时，PVC管两端安装快速接头便于多根PVC管间的连接；

所述的压力数据采集仪有4个通道，即可以同时采集4个传感器的数据，采集的数据可通过USB数据存储器实时存储数据，也可通过标准信号输出接口与已有的KJ煤矿安全监测系统分站连接，将数据实时传输到地面。

本发明的煤层瓦斯抽采钻孔稳定性测试方法，包括如下步骤：

a. 选择打钻地点，施工本煤层瓦斯抽采钻孔；

b. 将压力感应胶囊通过进液口与橡胶软管连接，打开阀门利用加压泵向压力感应胶囊内注入感应介质，测试所有传感器及橡胶软管的密封性；

c. 撤去加压泵，打开阀门，使感应介质流出，若密封性良好，进行以下步骤，若密封性不佳，存在漏液现象，则处理后重复步骤（b），直到密封性良好为止；

d. 将压力感应胶囊放置在第1根PVC管的卡槽内；

e. 将连接好的第1根PVC管及压力感应胶囊送入钻孔，PVC管的一端位于孔口外侧0.5 m；

f. 用步骤d的方式处理第2根PVC管，之后通过快速接头将2根PVC管连接起来，继续向钻孔内部送入；

g. 以同样的方式连接、送管，直至第一根PVC管到达孔底；

h. 封孔；

i. 将数据采集仪与各管线相连接，利用加压泵依次向个压力感应胶囊注入感应介质，之后撤去加压泵，并封闭阀门，通过压力数据采集仪实时监测钻孔内部各压力感应胶囊所在位置钻孔的稳定性机塌孔情况。

所述对压力感应胶囊加压的压力为0.3~0.5 MPa。