[发明专利]一种高瓦斯软煤钻孔产渣量和钻孔变形的测试方法

说明书

本发明公开了一种高瓦斯软煤钻孔产渣量和钻孔变形的测试方法，该测试方法的步骤为：1采集高瓦斯软煤试样储性参数，2制备高瓦斯松软煤样；3模拟井下高瓦斯软煤层的状况；4使用钻孔变形模拟器形成高瓦斯软煤层的钻孔；5记录瓦斯压力对应的钻孔产渣量和钻孔变形量；6改变钻孔的直径，测试高瓦斯松软煤样钻孔变形量；7绘制钻孔变形量随钻孔直径、瓦斯含量与瓦斯压力的动态变化曲率线。本发明的优点是：真实模拟在不同孔径规格下的高瓦斯软煤钻孔，且能准确测试钻孔变形量随瓦斯含量、瓦斯压力的动态变化规律。

技术领域

本发明属于煤矿开采技术领域，具体涉及一种煤层钻孔的参数测试。

背景技术

井下高瓦斯软煤顺层钻孔连续排渣一直是影响软煤顺层钻孔深度的主要问题。含瓦斯软煤钻孔过程中，孔周煤体受瓦斯压力、地应力及外部荷载等作用，钻孔结构发生塑性变形，甚至破坏。钻孔变形产生的大量煤渣聚集于孔内不同位置，引起软煤顺层钻孔排渣受阻，钻孔深度受到限制。

只要能够测试高瓦斯软煤顺层钻孔产渣量及孔内残余煤渣量，就能准确掌握软煤钻孔过程中孔内产渣规律和钻孔变形量，获得井下高瓦斯软煤顺层深孔钻进技术参数，实现高瓦斯软煤顺层深孔成孔。

中国专利文献CN104535422A于2015年4月22日公开了一种模拟测试钻孔变形的装置及方法，该装置包括内设煤岩体相似材料的模拟箱、设在模拟箱上的上压板，模拟箱的前后侧板上对称开有一圆孔，前后侧板上的圆孔经钻孔模具连通，形成模拟钻孔环境，在模拟钻孔内设置连有导压管的胶囊压力感应器，导压管的外露端经三通分别连有单向阀和压力表；该测试钻孔变形方法是将胶囊压力感应器送入箱体内的钻孔中，对钻孔施加应力，同步记录钻孔形变和压力表读数，得到压力与钻孔形变关系。该专利存在的问题有：

1、该专利中采用的煤岩体相似材料为沙子、石膏、水泥和水，建造的钻孔孔周强度较高，导致测试的精度低；

2、该专利中测试方法只能测试未含瓦斯煤岩体钻孔变形，未含瓦斯煤岩体强度高于高瓦斯松软煤层强度，其钻孔变形敏感性远低于含高瓦斯松软煤层相似煤层，不能实现含高瓦斯松软煤体钻孔缩径变形测试，测试结果不具备典型含瓦斯煤层钻孔变形共性；

3、该专利中无法测试不同瓦斯含量、瓦斯压力情况下钻孔变形量，只能定性测量垂直应力作用下的钻孔变形，而实际情况下煤层垂直应力几乎没变，煤层主要受瓦斯压力、地应力及采动应力作用，该专利方法的测试结果没有应用价值；

4、该专利采用钻孔上贴标尺的方法测试钻孔变形，标尺读数受钻孔变形影响非常大，而煤岩体微小的变形是不能用该专利方法测试得出的。同时，实际的钻孔并非壁面非常光滑，可能存在大小不一的裂隙与坑槽，其所采用的观察标尺法不能准确测试钻孔变形；

5、该专利测试方法需要使用胶囊压力传感器，且钻孔变形量是由胶囊压力演算得来，增加测试程序与装置结构的复杂度。

发明内容

针对现有模拟测试钻孔变形测试存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种高瓦斯软煤钻孔产渣量和钻孔变形的测试方法，它能够真实模拟在不同孔径规格下的高瓦斯软煤钻孔，且能准确测试钻孔变形量随瓦斯含量、瓦斯压力的动态变化规律。

为了解决上述技术问题，本发明提供的高瓦斯软煤钻孔产渣量和钻孔变形的测试方法，所用的测试装置包括反应器、钻孔变形模拟器、蓄水控制调节装置、排水测量装置和围压控制调节装置；

所述反应器包括反应器箱体、安全泄压阀和真空泵，反应器箱体为填充有松软煤体的气密性箱体，反应器箱体内部通过管道连接安全泄压阀和真空泵；

所述钻孔变形模拟器埋于反应器箱体内的松软煤体中，包括钻孔保护膜、钻孔定型器和转接头；钻孔保护膜为圆柱形高强塑料膜，钻孔保护膜内部封套有钻孔定型器，钻孔保护膜开口的一端与转接头密封连接，转接头固定于反应器箱体侧壁上用于连通外部装置；