[发明专利]钻孔瓦斯抽采实验室模拟方法及封孔材料密封性测试方法

摘要

本发明公开了一种钻孔瓦斯抽采实验室模拟方法，包括步骤：一、实验前期准备；二、预制堵头模拟结构并形成注浆空间；三、往钻孔模拟管内注浆，模拟封孔，并通过声发射系统采集用于研究裂隙封堵情况的声发射信号数据；四、测试抽负压能力；五、检测钻孔模拟管不同位置漏气对抽采瓦斯浓度的影响；本发明还公开了一种封孔材料密封性测试方法，包括步骤：一、实验前期准备；二、预制堵头模拟结构并形成注浆空间；三、往钻孔模拟管内注入封孔材料，并观察裂隙封堵情况；四、测试抽负压能力。本发明能够真实模拟现场情况，实验耗费的人力物力少，实验效果好，实验结果精确性高，实用性强。

主权项

1.一种钻孔瓦斯抽采实验室模拟方法，其采用的钻孔瓦斯抽采实验室模拟系统包括钻孔模拟管(7)、封孔注浆系统、瓦斯压力模拟加载系统和瓦斯检测仪(24)，以及声发射系统和与声发射系统相接的计算机；所述钻孔模拟管(7)内两头设置有堵头模拟结构(8)，位于两个堵头模拟结构(8)之间的一段钻孔模拟管(7)的管壁上设置有多个裂隙模拟孔(1)，所述裂隙模拟孔(1)上连接有裂隙模拟管(17)，所述裂隙模拟管(17)上连接有漏气检测开关(9)；所述封孔注浆系统包括伸入钻孔模拟管(7)内的注浆管(20)和返浆管(6)，以及与注浆管(20)连接的注浆泵(23)；所述注浆泵(23)上设置有注浆手柄(22)和注浆压力表(21)；所述瓦斯压力模拟加载系统包括通过真空泵连接管(19)连接在瓦斯抽采管(5)一端的真空泵(2)和通过瓦斯气体罐连接管(12)连接在钻孔模拟管(7)一端的瓦斯气体罐(15)，所述真空泵连接管(19)上连接有真空压力表(3)和抽真空开关(4)，所述瓦斯气体罐(15)的瓦斯气体出口上设置有瓦斯气体罐开关(14)，所述瓦斯气体罐连接管(12)上连接有瓦斯压力表(13)和瓦斯抽采开关(11)；所述注浆管(20)固定在瓦斯抽采管(5)的下侧，所述返浆管(6)固定在瓦斯抽采管(5)的上侧，所述瓦斯检测仪(24)通过瓦斯检测仪连接管(25)连接在真空泵连接管(19)上；其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、实验前期准备，具体过程为：步骤101、取一段直径为135mm的有机玻璃管作为钻孔模拟管(7)，取一段直径为75mm的有机玻璃管作为瓦斯抽采管(5)，取一段PVC铝塑管作为注浆管(20)，取一段PVC铝塑管作为返浆管(6)；步骤102、在钻孔模拟管(7)的管壁上开出多个裂隙模拟孔(1)，并在裂隙模拟孔(1)中连接裂隙模拟管(17)，在裂隙模拟管(17)上连接漏气检测开关(9)；步骤103、将瓦斯抽采管(5)、注浆管(20)和返浆管(6)用铁丝捆扎起来，并使注浆管(20)固定在瓦斯抽采管(5)的下侧，使返浆管(6)固定在瓦斯抽采管(5)的上侧；步骤104、将棉纱布剪成条状，缠绕在瓦斯抽采管(5)、注浆管(20)和返浆管(6)上两个准备设置堵头模拟结构(8)的位置处，并在棉纱布的两侧均设置用于防止堵头模拟结构(8)向左右扩散的垫片(18)；步骤二、预制堵头模拟结构(8)并形成注浆空间，具体过程为：步骤201、将液态聚氨酯倒入烧杯中后，采用刷子蘸取液态聚氨酯均匀涂抹在棉纱布上，并使液态聚氨酯完全渗透进棉纱布内；步骤202、将涂抹液态聚氨酯后的瓦斯抽采管(5)、注浆管(20)和返浆管(6)的整体放进钻孔模拟管(7)内，并固定好位置，使瓦斯抽采管(5)位于钻孔模拟管(7)径向的中间位置处；步骤203、将送入瓦斯抽采管(5)、注浆管(20)和返浆管(6)后的钻孔模拟管(7)的整体放置在试验台架上，并将钻孔模拟管(7)固定好，避免钻孔模拟管(7)滑落，之后静置两天，等待液态聚氨酯发泡完全形成堵头模拟结构(8)；步骤三、往钻孔模拟管(7)内注浆，模拟封孔，并通过声发射系统采集用于研究裂隙封堵情况的声发射信号数据，具体过程为：步骤301、清理注浆泵(23)，并检查注浆泵(23)，确保注浆泵(23)完好；步骤302、将水泥浆液(10)倒入注浆泵(23)中后，启动注浆泵(23)，先排出注浆泵(23)管路中的空气，再将注浆泵(23)与注浆管(20)连接起来；步骤303、通过注浆泵(23)将水泥浆液(10)通过注浆管(20)注入钻孔模拟管(7)内两个堵头模拟结构(8)之间的空间内，直到返浆管(6)内有水泥浆液(10)流出时关闭注浆泵(23)停止注浆；步骤304、用锤子轻轻敲击钻孔模拟管(7)，使两个堵头模拟结构(8)之间的水泥浆液(10)紧密接触并排出其中的气泡；步骤305、再次启动注浆泵(23)注浆，直到返浆管(6)内有水泥浆液(10)流出时关闭注浆泵(23)停止注浆；步骤306、断开注浆泵(23)与注浆管(20)的连接，并将注浆管(20)的注浆口和返浆管(6)的返浆口堵住，防止水泥浆液(10)流出；步骤307、用清水清洗注浆泵(23)；步骤308、将声发射系统中的多个传感器(16‑3)分别安装到钻孔模拟管(7)的外壁上不同数据采集位置处，并将声发射系统中的数据采集机箱(16‑1)与计算机连接；将钻孔模拟管(7)静置一周，使水泥浆液(10)充分凝固，水泥浆液(10)凝固过程中，通过声发射系统采集声发射信号数据并将采集到的信号传输给计算机进行记录，供通过声发射信号数据研究水泥浆液(10)凝固时内部的应力变化，进而研究钻孔模拟管(7)的封堵情况使用；步骤四、测试抽负压能力，具体过程为：步骤401、将真空泵(2)通过真空泵连接管(19)连接在瓦斯抽采管(5)的一端；步骤402、启动真空泵(2)，对钻孔模拟管(7)进行负压检测，观察真空压力表(3)的读数并记录最大可达负压；当钻孔模拟管(7)达到最大可达负压时，关闭真空泵(2)，并关闭设置在真空泵连接管(19)上的抽真空开关(4)；步骤403、观察真空压力表(3)的读数并记录，当真空压力表(3)的读数在10～30分钟内无变化时，判断为封孔成功，执行步骤五；否则，当真空压力表(3)的读数在10～30分钟内急剧下降时，判断为封孔失败，重复步骤一至步骤三，重新模拟注浆封孔；步骤五、检测钻孔模拟管(7)不同位置漏气对抽采瓦斯浓度的影响，具体过程为：步骤501、将瓦斯检测仪(24)通过瓦斯检测仪连接管(25)连接在真空泵连接管(19)上，并将瓦斯气体罐(15)通过瓦斯气体罐连接管(12) 连接在钻孔模拟管(7)的一端；步骤502、打开瓦斯气体罐开关(14)和瓦斯抽采开关(11)，通过瓦斯气体罐连接管(12)将瓦斯气体罐(15)内的瓦斯气体引入钻孔模拟管(7)内，提供实验室模拟的钻孔瓦斯；观察瓦斯压力表(13)的读数，使钻孔模拟管(7)内的瓦斯压力处于恒定值；步骤503、启动真空泵(2)，对钻孔模拟管(7)进行瓦斯抽采，依次打开不同位置处的漏气检测开关(9)，并记录下不同位置处的漏气检测开关(9)打开时瓦斯检测仪(24)的读数。