CN106593517B - 一种地面测定采空区上覆岩层裂隙场边界的方法 - Google Patents

Abstract

一种地面测定采空区上覆岩层裂隙场边界的方法。由地面向下施工钻井进入采空区底板，并向钻井内插入连通有两个气囊的硬质管。其中硬质管穿过上部气囊并通过注气孔与其连通，下部气囊与硬质管的下端连通。上部气囊固定有抽气管，抽气管的下端位于两个气囊中间，抽气管的上端延伸至地面并连接有真空表和抽气泵。由高压气泵经硬质管将高压气体注入气囊，在两个气囊间形成密封区。由抽气泵经抽气管抽取密封区内的气体，当真空表有示数时，则将气囊内的高压气体通过硬质管放出并下移硬质管。重复前述操作步骤，直至真空表无示数，则表明密封区已到达裂隙场边界。本发明具有测量准确、操作简单的特点。

Description

一种地面测定采空区上覆岩层裂隙场边界的方法

技术领域

本发明涉及一种测定采空区裂隙场边界的方法，尤其适用于从地面测定采空区裂隙场，具体应用于煤层气抽采领域。

背景技术

采煤过程中，当工作面向前推进时,工作面后方的采空区沿垂直方向形成 “三带”分布，可以分为冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。由于瓦斯密度较小从而向上运移并在裂隙带内大量积存。这些瓦斯一部分永久滞留在采空区内 ,一部分又在通风负压的作用下进入采煤工作面回风流，增加不安全因素。因此，若能对采空区瓦斯加以有效抽采，则既能保证安全又能开发利用大量清洁能源。

目前，瓦斯抽采成为煤矿瓦斯灾害治理和瓦斯利用的重要手段。其中，高位钻孔和地面钻井技术得到了广泛应用。但是通过实践发现,抽采层位难以确定，导致瓦斯抽采效果不佳。因此,需要完善和优化抽采参数。现在国内多采用相似模型实验法或理论计算法来确定采空区冒落带及裂隙带高度分布，然而其误差较大。

发明内容：

本发明提供操作简单且测量准确的一种从地面测定采空区上覆岩层裂隙场边界的方法。

本发明的技术方案：一种地面测定采空区上覆岩层裂隙场边界的方法，其具

体内容如下：

a.由地面垂直向下施工钻井并穿透采空区进入煤层底板；将连通有第一气囊与第二气囊的硬质管插入钻井内，其中硬质管穿过第一气囊并通过硬质管上设有的注气孔与第一气囊连通，且硬质管下端与第二气囊连通,第二气囊位于第一气囊下部0.4~0.6米；抽气管穿过第一气囊，且抽气管下端位于第一气囊和第二气囊之间，抽气管上端延伸至地面并依次连接真空表、第一阀门和抽气泵；硬质管上端依次连接有压力表、三通管、第二阀门和高压气泵，且三通管的另一端口安设有第三阀门；

b.打开第二阀门，关闭第一阀门和第三阀门，由高压气泵经硬质管将高压气体注入第一气囊和第二气囊，直至压力表示数达到1MPa~2MPa，则在第一气囊与第二气囊之间形成密封区；

c.关闭第二阀门，打开第一阀门，由抽气泵经抽气管抽取密封区内的气体,若真空表有示数，则关闭第一阀门；

d.打开第三阀门，通过三通管的另一端口排出第一气囊与第二气囊内的高压气体，并将硬质管下移0.3~0.5米；

e.重复上述步骤b、c和d,直至真空表无示数。

本发明的有益效果：

(1)利用了采空区裂隙带内气体赋存量大的特征，根据真空表有无示数来确定采空区裂隙场边界位置，原理简单，操作方便。

(2)解决了地面钻井和高位钻孔在抽采瓦斯过程中因抽采层位定位不准而导致的抽采效率低的问题，为瓦斯高效抽采提供了科学指导。

附图说明

图1是本发明未进入采空区裂隙场时的技术原理示意图。

图2是本发明进入采空区裂隙场边界时的技术原理示意图。

图中：1.地面 2.钻井 3.采空区 4.煤层底板 5.硬质管 6.抽气管 7.第一气囊8.第二气囊 9.压力表 10.真空表 11.抽气泵 12.高压气泵 13.三通管 14.第二阀门 15.第一阀门 16.第三阀门 17.密封区 18.注气孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实例作进一步描述：

a.由地面1垂直向下施工钻井2并穿透采空区3进入煤层底板4；将连通有第一气囊7与第二气囊8的硬质管5插入钻井2内，其中硬质管5穿过第一气囊7并通过硬质管5上设有的注气孔18与第一气囊7连通，且硬质管5下端与第二气囊8连通,第二气囊8位于第一气囊7下部0.4~0.6米；抽气管6穿过第一气囊7，且抽气管6下端位于第一气囊7与第二气囊8之间，抽气管6上端延伸至地面1并依次连接真空表10、第一阀门15和抽气泵11；硬质管5上端依次连接有压力表9、三通管13、第二阀门14和高压气泵12，且三通管13的另一端口安设有第三阀门16；

b.打开第二阀门14，关闭第一阀门15和第三阀门16，由高压气泵12经硬质管5将高压气体注入第一气囊7和第二气囊8，直至压力表9示数达到1MPa~2MPa，则在第一气囊7与第二气囊8之间形成密封区17；

c.关闭第二阀门14，打开第一阀门15，由抽气泵11经抽气管6抽取密封区17内的气体，若真空表10有示数，则关闭第一阀门15；

d.打开第三阀门16，通过三通管13的另一端口排出第一气囊7与第二气囊8内的高压气体，并将硬质管5下移0.3~0.5米；

e.重复上述步骤b、c和d,直至真空表10无示数。

由于采空区裂隙带赋存有大量气体，在有限抽采量下不能形成真空状态，故当真空表10无示数时即可判断密封区17已到达采空区裂隙场边界位置。

Claims (1)

1.一种地面测定采空区上覆岩层裂隙场边界的方法，其特征在于包括如下步骤:

a.由地面（1）垂直向下施工钻井（2）并穿透采空区（3）进入煤层底板（4）；将连通有第一气囊(7)与第二气囊(8)的硬质管(5)插入钻井(2)内，其中硬质管(5)穿过第一气囊（7）并通过硬质管（5）上设有的注气孔（18）与第一气囊（7）连通，且硬质管（5）下端与第二气囊（8）连通,第二气囊（8）位于第一气囊（7）下部0.4~0.6米；抽气管（6）穿过第一气囊（7），且抽气管（6）下端位于第一气囊（7）与第二气囊（8）之间，抽气管（6）上端延伸至地面（1）并依次连接真空表（10）、第一阀门（15）和抽气泵（11）；硬质管（5）上端依次连接有压力表（9）、三通管（13）、第二阀门（14）和高压气泵(12)，且三通管(13)的另一端口安设有第三阀门(16)；

b.打开第二阀门(14)，关闭第一阀门(15)和第三阀门(16)，由高压气泵(12)经硬质管(5)将高压气体注入第一气囊(7)和第二气囊(8)，直至压力表(9)示数达到1MPa~2MPa，则在第一气囊（7）与第二气囊（8）之间形成密封区(17)；

c.关闭第二阀门(14)，打开第一阀门(15)，由抽气泵(11)经抽气管(6)抽取密封区(17)内的气体，当真空表（10）有示数，则关闭第一阀门（15）；

d.打开第三阀门(16)，通过三通管（13）的另一端口排出第一气囊(7)与第二气囊(8)内的高压气体，并将硬质管(5)下移0.3~0.5米；

e.重复上述步骤b、c和d,直至真空表(10)无示数。