CN104535422A - 一种模拟测试钻孔变形的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种模拟测试钻孔变形的装置及方法,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。测试方法: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,够动态记录钻孔变形与发展规律,得到变化关系,以此实测的胶囊压力演算钻孔变形量,其结构简单,易于操作,模拟效果好。

Description

一种模拟测试钻孔变形的装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种模拟测试钻孔变形的装置及方法,尤其适用于模拟瓦斯抽采钻孔变形过程。
背景技术
[0002] 煤炭在我国能源结构中依旧占据主体地位。随着经济发展,煤炭的需求持续增长,煤炭产量逐年增加,煤矿开采深度逐年向深部延伸,煤层瓦斯含量、瓦斯压力也逐渐增大。煤与瓦斯突出等动力灾害的危险性也因此而增大。瓦斯治理已是保障煤矿安全生产的第一要务。
[0003] 瓦斯抽采是治理高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井瓦斯问题的有效措施。瓦斯抽采的方法以钻孔抽采为主,然而由于我国大多矿井煤层透气性低,要保证瓦斯浓度降低至安全浓度以下就需足够的抽采时间。同时由于我国煤层赋存条件复杂,构造复杂多变,煤体强度低,这使得钻孔在成孔后的短时间内很容易变形颈缩,甚至塌孔报废,无法保证足够的瓦斯抽采时间,影响煤层瓦斯治理的效果。因此,瓦斯抽采过程迫切需要一种能够及时监测钻孔变形的装置及方法,实时了解钻孔的颈缩和垮落状况,为钻孔瓦斯抽采活动提供保障。
[0004]目前专门针对瓦斯抽采钻孔变形的测试尚没有实用的装置和方法。主要以瓦斯抽采参数来间接反映钻孔状态,然而由于影响瓦斯抽采参数的因素有很多且具有很多不确定性,通过计算抽采参数的变化,无法准确判断钻孔是否正常工作。
发明内容
[0005] 本发明的目的是针对煤矿瓦斯抽采过程中存在的钻孔变形、垮塌问题,提供一种测试钻孔变形量及是否塌孔的装置及方法。
[0006] 为实现上述目的,本发明的模拟测试钻孔变形的装置,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。
[0007] 所述的胶囊压力感应器外部设有柔性保护套。
[0008] 所述模拟箱的前侧板与模拟箱箱体螺栓固定,可拆卸。
[0009] 所述模拟箱的箱体周围均设有三角加固梁。
[0010] 所述的上压板包括平板和设在平板上呈H形的加固梁。
[0011] 使用上述装置的模拟测试钻孔变形的方法,包括如下步骤:
[0012] I)将前侧板通过螺栓与模拟箱箱本固定在一起,用钻孔模具穿套于模拟箱前后两侦贩的圆孔内,在模拟箱内侧和钻孔模具外侧涂抹脱模剂,用沙子、石膏、水泥和水混合而成的煤岩体相似材料充填于模拟箱内并压实,待相煤岩体似材料凝固后,取出钻孔模具静置达到预定强度,模拟出钻孔环境;
[0013] 2)把与导压管相连的胶囊压力感应器送入模拟钻孔内,对胶囊压力感应器加压,使得胶囊压力感应器直径膨胀略小于模拟钻孔直径;
[0014] 3)在前侧板的模拟钻孔一侧贴上标尺,通过上压板对模拟箱箱体内的煤岩体相似材料施加垂直应力,隔时间记录压力表中的压力值,并测量与压力值相对应的模拟钻孔变形量,直至模拟钻孔内完全塌孔为止;
[0015] 4)重复步骤I)、2)、3),进行多组实验,根据测试数据拟合求出相对压力-变形曲线图,模拟出实际钻孔变形与胶囊压力的变化关系,以此利用胶囊的压力反算出实际钻孔的变形量。
[0016] 有益效果:由于采用了上述技术方案,本发明可以在实验室模拟钻孔变形的全过程,在钻孔旁贴上标尺便于观测确定钻孔变形量。同时通过记录相对压力数据,可得出钻孔变形量与相对压力的对应关系,利用相对压力间接准确反映钻孔变形量。可在现场测试中,对煤层打钻,根据实际情况和钻孔长度,布置多个相对压力-变形测试装置。根据实测的相对压力数据实现对现场钻孔变形量的测试。胶囊压力感应器为圆柱形,加压膨胀后能够感应钻孔各个方向的变形量。胶囊压力感应器的初始膨胀直径略小于钻孔直径,可以有效避免多点测试时,导管和导压管对施加初试压力时造成的误差。导管在胶囊安放处有凹槽开口,使得胶囊膨胀后能与钻孔直接接触。本发明结构简单、易于操作、稳定性好,能够准确实时监测钻孔变形量。
附图说明
[0017] 图1是本发明的模拟钻孔变形装置和相对压力-变形测试装置的整体图。
[0018] 图2是本发明的模拟钻孔变形装置的立体图。
[0019] 图3是本发明的模拟钻孔变形装置的俯视图图。
[0020] 图4是本发明的模拟钻孔变形装置的侧视图。
[0021] 图5是本发明的模拟钻孔变形装置的上方盖板立体图。
[0022] 图6是本发明的模拟钻孔变形装置的钻孔模具示意图。
[0023] 图7是本发明的相对压力-变形测试装置的结构示意图。
[0024] 图8是本发明的现场测试时布置多个相对压力-变形测试装置的示意图。
[0025] 图中:1、模拟箱;2、三角加固梁;3、螺栓;4、前侧板;5、圆孔;6、上压板;7、相似材料;8、钻孔模具;9、胶囊压力感应器;10、导压管;11、单向阀;12、压力表;13、三通;14、柔性保护套;15、导管。
具体实施方式
[0026] 下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述:
[0027] 如图1所示,本发明的模拟测试钻孔变形的装置,主要由内设煤岩体相似材料的模拟箱1、前侧板4、上压板6、胶囊压力感应器9、导压管10、单向阀11和压力表12构成;模拟箱I为长方开,上压板6设置在模拟箱I上,模拟箱I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8连通,形成模拟钻孔环境,钻孔模具8如图6所示;所述模拟箱I的前侧板4与模拟箱箱体经螺栓3固定,可拆卸,如图2所示;模拟箱I的箱体周围均设有三角加固梁2,如图3、4所示;在模拟钻孔内设置连有导压管10的胶囊压力感应器9,所述的胶囊压力感应器9外部设有柔性保护套14。导压管10的外露端经三通13分别连有单向阀11和压力表12,如图7所示。所述的上压板6包括平板和设在平板上呈H形的加固梁,如图5所示。
[0028] 本发明的模拟测试钻孔变形的方法,包括如下步骤:
[0029] I)将前侧板4通过螺栓3与模拟箱箱本固定在一起,用钻孔模具8穿套于模拟箱前后两侧板的圆孔内,在模拟箱I内侧和钻孔模具8外侧涂抹脱模剂,用沙子、石膏、水泥和水混合而成的煤岩体相似材料充填于模拟箱I内并压实,待相煤岩体似材料凝固后,取出钻孔模具静置达到预定强度,模拟出钻孔环境;
[0030] 2)把与导压管10相连的胶囊压力感应器9送入模拟钻孔内,对胶囊压力感应器9加压,使得胶囊压力感应器9直径膨胀略小于模拟钻孔直径;
[0031] 3)在前侧板4的模拟钻孔一侧贴上标尺,通过上压板6对模拟箱箱体内的煤岩体相似材料施加垂直应力,隔时间记录压力表12中的压力值,并测量与压力值相对应的模拟钻孔变形量,直至模拟钻孔内完全塌孔为止;
[0032] 4)重复步骤I)、2)、3),进行多组实验,根据测试数据拟合求出相对压力-变形曲线图,模拟出实际钻孔变形与胶囊压力的变化关系,以此利用胶囊的压力反算出实际钻孔的变形量。
[0033] 图8所示,为应用于实际钻孔内的测试,可根据现场实际情况确定钻孔长度,将多个胶囊压力感应器9间隔设在导管15内,每个胶囊压力感应器9分别连接有导压管10,各导压管10外露端分别经三通13连接有压力表12和单向阀11,胶囊压力感应器9为圆柱形,外侧套有柔性保护套14,柔性保护套的直径略小于导管15直径,将导管15送入钻孔内,通过布置的多个胶囊压力感应器9实现钻孔内变形的多点同时测试。

Claims (6)

1.一种模拟测试钻孔变形的装置,其特征在于:它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。
2.根据权利要求1所述的一种模拟测试钻孔变形的装置,其特征在于:所述的胶囊压力感应器外部设有柔性保护套。
3.根据权利要求1所述的一种模拟测试钻孔变形的装置,其特征在于:所述模拟箱的前侧板与模拟箱箱体螺栓固定,可拆卸。
4.根据权利要求1所述的一种模拟测试钻孔变形的装置,其特征在于:所述模拟箱的箱体周围均设有三角加固梁。
5.根据权利要求1所述的一种模拟测试钻孔变形的装置,其特征在于:所述的上压板包括平板和设在平板上呈H形的加固梁。
6.一种使用权利要求1所述装置的模拟测试钻孔变形的方法,其特征在于包括如下步骤: 1)将前侧板通过螺栓与模拟箱箱本固定在一起,用钻孔模具穿套于模拟箱前后两侧板的圆孔内,在模拟箱内侧和钻孔模具外侧涂抹脱模剂,用沙子、石膏、水泥和水混合而成的煤岩体相似材料充填于模拟箱内并压实,待相煤岩体似材料凝固后,取出钻孔模具静置达到预定强度,模拟出钻孔环境; 2)把与导压管相连的胶囊压力感应器送入模拟钻孔内,对胶囊压力感应器加压,使得胶囊压力感应器直径膨胀略小于模拟钻孔直径; 3)在前侧板的模拟钻孔一侧贴上标尺,通过上压板对模拟箱箱体内的煤岩体相似材料施加垂直应力,隔时间记录压力表中的压力值,并测量与压力值相对应的模拟钻孔变形量,直至模拟钻孔内完全塌孔为止; 4)重复步骤I)、2)、3),进行多组实验,根据测试数据拟合求出相对压力-变形曲线图,模拟出实际钻孔变形与胶囊压力的变化关系,以此利用胶囊的压力反算出实际钻孔的变形量。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105134166A (zh) * 2015-08-14 2015-12-09 天地科技股份有限公司 掘进工作面迎头卸压钻孔变形测量装置及方法
CN106988738A (zh) * 2017-05-11 2017-07-28 中国矿业大学 一种确定地应力分布特征的探测方法
CN107558990A (zh) * 2017-08-17 2018-01-09 重庆大学 一种高瓦斯软煤钻孔产渣量和钻孔变形的测试装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103485760B (zh) * 2013-09-25 2016-08-17 中国石油集团川庆钻探工程有限公司 全尺寸煤层井眼稳定评价方法
CN103603651B (zh) * 2013-11-21 2016-08-17 中国矿业大学 煤层瓦斯抽采钻孔稳定性测试装置及方法
CN103969012A (zh) * 2014-04-13 2014-08-06 北京工业大学 模拟岩石隧道不同埋深的振动台试验实时加载装置
CN104237025B (zh) * 2014-10-10 2016-08-17 山东科技大学 一种封闭钻孔采动破坏模拟试验方法
CN204386589U (zh) * 2015-01-04 2015-06-10 中国矿业大学 一种模拟测试钻孔变形的装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
柴敬 等: "钻孔植入光纤Bragg光栅检测岩层变形的模拟实验", 《采矿与安全工程学报》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105134166A (zh) * 2015-08-14 2015-12-09 天地科技股份有限公司 掘进工作面迎头卸压钻孔变形测量装置及方法
CN106988738A (zh) * 2017-05-11 2017-07-28 中国矿业大学 一种确定地应力分布特征的探测方法
CN107558990A (zh) * 2017-08-17 2018-01-09 重庆大学 一种高瓦斯软煤钻孔产渣量和钻孔变形的测试装置
CN107558990B (zh) * 2017-08-17 2020-06-26 重庆大学 一种高瓦斯软煤钻孔产渣量和钻孔变形的测试装置

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