[发明专利]一种煤层钻孔瓦斯抽采模拟试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种煤层钻孔瓦斯抽采模拟试验装置及方法，其模拟试验装置包括支座、位于支座上方的模拟箱、设置在支座和模拟箱之间用于调节模拟箱倾角的倾角调节机构，以及探测模拟箱内模拟样本裂缝情况的裂缝探测系统；其模拟试验方法包括步骤：一、模拟箱倾角的调节；二、钻孔瓦斯抽采中最优钻孔的获取；三、钻孔瓦斯抽采中最优封孔结构的获取。本发明模拟煤层处于不同倾角钻孔瓦斯抽采，还可模拟钻孔结构的性能以及封孔结构的性能，确定最优的钻孔结构和封孔结构，为实际煤层钻孔瓦斯抽采提供了有利的钻孔布置方案，也为煤层钻孔瓦斯抽采提供了保障，有助于提高瓦斯抽采效率及安全系数。

技术领域

本发明属于煤矿瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种煤层钻孔瓦斯抽采模拟试验装置及方法。

背景技术

我国是以煤炭作为主要能源的国家，随着国民经济的发展，煤炭的需求量与日俱增，煤炭的开采力度也越来越大，矿井逐步向深部延伸，煤层出现高瓦斯、松软性、低透性、易突出等特点，尤其瓦斯问题日益突出，治理瓦斯问题的根本方法是瓦斯抽采，而决定瓦斯抽采效果的关键环节是封孔，钻孔密封的好坏直接决定着采掘接替周期和整个矿井是否能够安全生产。我国目前大多矿井瓦斯抽采量不达标，究其原因除了煤层瓦斯基础工作做得不够、抽放瓦斯方法选择不当外，瓦斯抽采钻孔封孔效果满足不了工程要求也是一个重要原因，因此封孔效果与质量检测是煤层瓦斯抽采的关键。但是，现有技术中还缺乏结构简单、设计新颖合理、使用操作方便、实用性强的煤层钻孔瓦斯抽采模拟试验装置。而为了研制出合适的煤层钻孔瓦斯抽采模拟试验装置，首先就需要在实验室内进行研究，为抽采钻孔的轴向瓦斯运移规律研究、合理封孔深度、封孔方法和钻孔结构、提高抽采效率研究提供理论和现实依据，为瓦斯抽采提供保障；但是，现有技术中，还缺乏切实可行的在实验室内进行煤矿瓦斯抽采钻孔的模拟试验装置和模拟试验方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种煤层钻孔瓦斯抽采模拟试验装置，该模拟试验装置通过向模拟箱中加注瓦斯、钻孔瓦斯抽采来模拟在钻孔瓦斯抽采时煤层模拟样本中出现的裂缝位置以及抽采的瓦斯浓度变化情况，还可根据实际煤层结构模拟顺层钻孔抽采、穿层钻孔抽采以及煤层处于不同倾角时的钻孔瓦斯抽采，同时还可模拟在钻孔瓦斯抽采过程中，所设计的钻孔结构的性能以及封孔结构的性能，从而确定结构合理的钻孔结构和封孔结构，这样为实际煤层钻孔瓦斯抽采提供了有利的钻孔封孔布置方案，也为煤层钻孔瓦斯抽采提供了保障，有助于提高瓦斯抽采效率及安全系数。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种煤层钻孔瓦斯抽采模拟试验装置，其特征在于：包括支座、位于支座上方的模拟箱和用于探测模拟箱内煤层模拟样本内裂缝位置的裂缝探测单元，支座上设置有用于调节模拟箱倾角的倾角调节机构；

所述模拟箱通过进气管与瓦斯气罐连通，所述模拟箱上开设有多个漏气测量孔，所述漏气测量孔上安装有可拆卸的堵塞件，模拟箱的底部钻设有多个延伸至煤层模拟样本内部的钻孔和用于抽采煤层模拟样本内部瓦斯的抽采管，所述抽采管延伸至钻孔内，所述钻孔与抽采管之间设置有防止瓦斯气体溢出的封孔结构，所述抽采管与抽采泵连通，所述抽采管上安装有抽气控制阀和浓度传感器，所述模拟箱内设置有加载件；

所述裂缝探测单元包括设置在模拟箱上用于跟踪所述煤层模拟样本内裂缝位置的声发射探头、与声发射探头连接的声发射采集盒和与所述声发射采集盒连接的计算机；

所述倾角调节机构包括第一组液压支架和朝所述第一组液压支架方向滑动的第二组液压支架，所述第一组液压支架的底端固定在支座上，所述第一组液压支架的顶端铰接在模拟箱上，所述第二组液压支架的底端滑动安装在支座上，所述第二组液压支架的顶端铰接在模拟箱上。

上述一种煤层钻孔瓦斯抽采模拟试验装置，其特征在于：所述第一组液压支架由第一液压支架和第二液压支架组成，所述第二组液压支架由第三液压支架和第四液压支架组成，第三液压支架和第四液压支架设置在第一液压支架和第二液压支架之间。