基于鉆孔氣體漏失量的煤層巷旁卸壓帶寬度測定系統和方法技術方案

本發明專利技術公開了一種基于鉆孔氣體漏失量的煤層巷旁卸壓帶寬度測定系統和方法，該測定系統包括滲流氣體管路、連接桿和連接桿上的封孔膠囊，滲流氣體管路一端連接高壓氣源并且滲流氣體管路上設有雙功能流量計，所述封孔膠囊連接有流體充入機構。基于鉆孔氣體漏失量的煤層巷旁卸壓帶寬度測定方法是基于上述系統并通過測定單位長度鉆孔氣體漏失量來實現的測定方法，本發明專利技術通過測定單位長度的氣體滲流室在鉆孔不同深度的氣體漏失量，確定煤層巷道開挖后巷旁卸壓帶的寬度，可為確定巷旁瓦斯抽放鉆孔的封孔深度、確定采煤工作面沿傾斜方向實施防突措施的范圍、突出煤層巷道的采掘部署、提高采掘工作面瓦斯涌出量預測準確度提供測定技術和方法。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種用于煤層巷道開挖后沿煤層傾斜方向巷旁卸壓帶寬度測定技術，尤其是一種。
技術介紹
煤層開采后的采掘空間對鄰近煤體一定范圍內的瓦斯賦存、運移和應力狀態具有良好的卸壓效果，由于巷道的開挖地應力和煤層瓦斯壓力的平衡狀態不斷遭到破壞，煤體破裂疏松、透氣能力增大、瓦斯得到排放，形成一個具有一定寬度的卸壓帶。測定煤層巷旁卸壓帶寬度，對確定巷旁瓦斯抽放鉆孔的封孔深度、確定采煤工作面沿傾斜方向實施防突措施的范圍、突出煤層巷道的采掘部署、提高采掘工作面瓦斯涌出量預測準確度都具有十分重要的意義。以往的煤層巷旁卸壓帶寬度測定方法主要有以下幾種: (I)鉆屑法:采用在巷旁施工鉆孔，采集鉆屑測定鉆屑量及鉆屑解吸指標等參數，分析并確定巷旁的卸壓帶寬度，但由于在鉆孔深部不能實現“定點取樣”，所測數據受諸多影響因素的制約，測定結果具有很大的不確定性。(2)瓦斯含量法:采用在巷旁施工鉆孔，采集鉆屑測定煤層瓦斯含量等參數，同樣由于不能實現“定點取樣”，測定結果具有很大的不確定性。(3)鉆孔瓦斯涌出初速度法:根據鉆孔瓦斯涌出初速度特征確定卸壓帶寬度，在卸壓帶內煤層透氣性大大增加，在應力集中帶內煤層透氣性降低到原始透氣性以下，由于鉆孔初期瓦斯涌出量主要來源于鉆孔周圍的破裂帶，因此，當鉆孔進入應力集中帶時，瓦斯涌出初速度增大，形成與應力分布曲線相似的沿鉆孔長度瓦斯涌出初速度分布曲線。但是，鉆孔何時進入應力集中帶，目前尚無判斷指標，因此該方法也有很大的局限性。(4)瓦斯抽采參數法:根據不同封孔深度的瓦斯抽采鉆孔的參數來確定卸壓帶的寬度，當封孔在卸壓帶內時，抽采鉆孔的由于受貫通裂隙的影響，抽采負壓和抽采濃度相對較低，但該方法需要施工多個鉆孔，測定過程受其他因素影響較大，測定周期長。國內外關于“漏失量”方面已經公開的專利文獻僅有“零漏失量音速噴嘴法氣體流量標準裝置(專利號為200820134181.7)”，該裝置是用來測定噴嘴氣體流量的標準裝置；關于“鉆孔漏失量”和“鉆孔氣體漏失量”的專利文獻尚未見報道。在國內外已經廣泛應用“鉆孔沖洗液漏失量法”測定煤礦開采導致的上覆巖層破壞“三帶”的高度，來確定上覆巖導水裂縫帶高度等，為礦井的煤柱留設和水災害的防治提供理論基礎。但由于煤層的特殊性，不能采用沖洗液測定煤層巷旁的卸壓帶寬度，因此，依據煤層的氣體滲流理論提出了基于鉆孔氣體漏失量的煤層巷旁卸壓帶寬度寬度測定系統和方法
技術實現思路
本專利技術為了克服現有測定技術的不足，提供一種基于鉆孔氣體漏失量的煤層巷旁卸壓帶寬度寬度測定系統和方法，通過測定單位長度的氣體滲流室在鉆孔不同深度的氣體漏失量，可以確定煤層巷道開挖后巷旁卸壓帶的寬度，為確定巷旁瓦斯抽放鉆孔的封孔深度、確定采煤工作面沿傾斜方向實施防突措施的范圍、突出煤層巷道的采掘部署、提高采掘工作面瓦斯涌出量預測準確度提供測定技術和方法。為實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案:一種基于鉆孔氣體漏失量的煤層巷旁卸壓帶寬度測定系統，包括滲流氣體管路、連接桿和設置在連接桿上的封孔膠囊，滲流氣體管路一端連接高壓氣源并且滲流氣體管路上設有雙功能流量計，所述封孔膠囊連接有流體充入機構。所述流體充入機構包括注水管路和注水管路上依次設置的液壓泵、溢流閥及壓力表。基于鉆孔氣體漏失量的煤層巷旁卸壓帶寬度測定方法，包括如下步驟:(一)制備上述的基于鉆孔氣體漏失量的煤層巷旁卸壓帶寬度測定系統，從煤層巷道的巷道幫上施工一順層鉆孔到一定深度，(二)利用連接桿將封孔膠囊送入鉆孔內預定位置，封孔膠囊與鉆孔孔底之間的腔室構成氣體滲流室，將滲流氣體管路的端部伸入氣體滲流室內，(三)通過流體充入機構向封孔膠囊充入流體，使封孔膠囊膨脹，密封好氣體滲流室，(四)將高壓氣源的高壓氣體通過滲流氣體管路輸送至氣體滲流室，當雙功能流量計的壓力讀數穩定時讀取并記錄其壓力值，在恒定滲流壓力下，氣體滲流室內氣體流場穩定后，讀取并記錄雙功能流量計的氣體流量值，(五)關閉滲流氣體管路，將封孔膠囊卸壓，利用連接桿將封孔膠囊從鉆孔中拔出，將滲流氣體管路端部從鉆孔中拔出，按照原鉆孔方向繼續向鉆孔深處鉆進一定距離，到位后退出鉆桿，(六)重復步驟(二)一(五)，直至雙功能流量計在恒定的壓力讀數下、不同鉆孔深度的氣體流量值減小至不再減小達到穩定值后，則說明鉆孔已經穿過煤層巷旁卸壓帶。在步驟(五)中，拔出封孔膠囊后，鉆孔繼續鉆進距離為1.0m-1.5m。每次鉆孔鉆進后測量時的高壓氣源的輸出氣體的氣壓值均相同，每次鉆孔鉆進后均留設鉆孔孔底前段Im為氣體滲流室。本專利技術所述的，具有以下有益效果:本專利技術的測定系統和方法不用采集鉆孔鉆屑，不用采用其他測試方法確定應力集中帶的位置、不用施工多個鉆孔，只需在煤層巷旁施工一個鉆孔，利用本專利技術的測定系統測定鉆孔不同深度的氣體漏失量，就能準確確定測點附近的巷旁卸壓帶寬度。利用鉆孔不同深度氣體漏失量測定結果確定巷旁卸壓帶寬度，是基于煤層的氣體滲流理論提出的，即在相同滲流室和相同滲流壓力的前提下，由于鉆孔不同深度卸壓效果的不同，煤層應力、瓦斯壓力和煤層裂隙發育都不相同。卸壓帶范圍內由于煤層應力釋放、瓦斯壓力減小和形成較多的貫通裂隙，鉆孔氣體漏失量較大，該方法測定方法簡單便利，測定過程不受其他因素影響，測定結果真實可靠。附圖說明圖1是本專利技術基于鉆孔氣體漏失量的煤層巷旁卸壓帶寬度測定系統的結構示意圖； 圖2是煤層巷道及鉆孔的結構示意圖。具體實施例方式實施例1: 由圖1所示的基于鉆孔氣體漏失量的煤層巷旁卸壓帶寬度測定系統，包括滲流氣體管路2、連接桿I和設置在連接桿I上的封孔膠囊4，封孔膠囊4固設于連接桿I的端部，封孔膠囊4為彈性膠囊，并且封孔膠囊4連接有流體充入機構。所述流體充入機構包括注水管路9和注水管路9上依次設置的液壓泵7、溢流閥8、注水管路開關閥10及壓力表11，注水管路9的端口連接封孔膠囊4，其中液壓泵7為手動液壓泵，向封孔膠囊4充水時，液壓泵7還要與水源連接，水源可以是盛水的水箱，也可以是其他水源。當然，本專利技術不拘泥于上述形式，流體充入機構還可以是氣體充入管路，只要能將封孔膠囊4充膨脹并將氣體滲流室6密封即可。為了保證鉆孔3封閉的嚴密，本專利技術采用1.5m的注水膠囊作為封孔的材料，膠囊膨脹性好、裝卸方便、可以重復利用，采用手動液壓泵7給封孔膠囊4加壓，操作簡單且可根據封孔膠囊4膨脹情況連續加壓，確保鉆孔3封閉良好。滲流氣體管路2前端連接高壓氣源12，并且滲流氣體管路2上前后依次設有滲流管路開關閥13和雙功能流量計14，滲流氣體管路2后端端口設有濾網5，為了充分利用煤礦井下條件，高壓氣源12可以用盛滿高壓氣體的高壓儲氣罐，亦可采用采掘工作面的礦井壓風管路系統，本例中，高壓氣源12為盛滿高壓氣體的高壓儲氣罐。雙功能流量計14用于測定氣體流量和滲透壓力值，實現滲流流量和滲流壓力的同時連續監測，雙功能流量計14為礦井常用設備，故不詳細敘述。實施例2: 由圖1和圖2所示的基于鉆孔氣體漏失量的煤層巷旁卸壓帶寬度測定系統壓帶測定方法，包括如下步驟:(一)制備實施例1所述的基于鉆孔氣體漏失量的煤層巷旁卸壓帶寬度測定系統，根據煤層15中的巷道16開挖的時間長短，根據經驗預估巷道16卸壓最小深度(如3m或者5m)，通過鉆桿(鉆桿端部設置鉆頭)從煤本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于鉆孔氣體漏失量的煤層巷旁卸壓帶寬度測定系統，其特征在于：包括滲流氣體管路、連接桿和設置在連接桿上的封孔膠囊，滲流氣體管路一端連接高壓氣源并且滲流氣體管路上設有雙功能流量計，所述封孔膠囊連接有流體充入機構。

【技術特征摘要】
1.一種基于鉆孔氣體漏失量的煤層巷旁卸壓帶寬度測定系統，其特征在于:包括滲流氣體管路、連接桿和設置在連接桿上的封孔膠囊，滲流氣體管路一端連接高壓氣源并且滲流氣體管路上設有雙功能流量計，所述封孔膠囊連接有流體充入機構。2.如權利要求1所述的基于鉆孔氣體漏失量的煤層巷旁卸壓帶寬度測定系統，其特征在于:所述流體充入機構包括注水管路和注水管路上依次設置的液壓泵、溢流閥及壓力表。3.基于鉆孔氣體漏失量的煤層巷旁卸壓帶寬度測定方法，其特征在于:包括如下步驟..(一)制備權利要求1所述的基于鉆孔氣體漏失量的煤層巷旁卸壓帶寬度測定系統，從煤層巷道的巷道幫上施工一順層鉆孔到一定深度，(二)利用連接桿將封孔膠囊送入鉆孔內預定位置，封孔膠囊與鉆孔孔底之間的腔室構成氣體滲流室，將滲流氣體管路的端部伸入氣體滲流室內，(三)通過流體充入機構向封孔膠囊充入流體，使封孔膠囊膨脹，密封好氣體滲流室，(四)將高壓氣源的高壓氣體通過滲流氣...

【專利技術屬性】
技術研發人員：魏建平，溫志輝，王登科，劉勇，趙延霞，張宏圖，王欽龍，
申請(專利權)人：河南理工大學，
類型：發明
國別省市：