CN109252889A - 一种测定采空区大直径钻孔抽采范围的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超大直径煤层钻孔插管抽采采空区瓦斯效果考察技术领域，一种测定采空区大直径钻孔抽采范围的装置，包括示踪气体瓶、气管、连通主体和注气管，连通主体具有气瓶注气连接组件和测试钢管连接头，其中示踪气体瓶通过气管与所述连通主体的气瓶注气连接组件连接，连通主体的测试钢管连接头与所述注气管连接。本发明的有益效果是弥补了实际测定大孔径抽采采空区瓦斯影响半径的空白，利用SF6气体不与煤体中任何因子发生反应和容易捕捉的特点，有效测定大孔径采空区瓦斯抽采影响范围，该方法操作简易和成本低廉，煤矿自身技术能力便可测定，具有非常好的经济性和普及性。另外，本发明还提供一种测定采空区大直径钻孔抽采范围的方法。
Description
技术领域
本发明涉及超大直径煤层钻孔插管抽采采空区瓦斯效果考察技术领域，具体涉及一种利用示踪气体测定采空区抽采范围的装置及方法。
背景技术
煤矿在瓦斯灾害防治方面投入了大量的人力及财力，尤其在瓦斯抽采方面，更是进行了大量的研究工作和工程投入，采取了多种抽采方法相结合的方式进行矿井瓦斯治理。
但由于目前回采工作面采用“U”型通风方式，且工作面生产强度大，邻近层瓦斯涌出影响严重，造成采空区瓦斯涌出量大，上隅角瓦斯的管理尤为困难。从瓦斯来源看，工作面瓦斯涌出量中采空区瓦斯所占比重越来越大，采空区瓦斯抽采难度加大，由于采空区瓦斯浓度较低，采用钻孔抽采因抽采量小，往往效果不好，为提高抽采效果，节约成本，通过螺旋钻进机打超大直径钻孔，可解决回采工作面采区瓦斯涌出量大和上隅角超限问题。
大孔径抽采范围是指在规定时间内以抽采钻孔为核心，该半径范围内的瓦斯压力或含量降到安全容许值的范围。煤矿井下施工大孔径钻孔，增大抽采通道，破坏煤体原始赋存状态，通过以往的直接法很难准确的测定抽采的影响范围，现阶段仅依据考察孔内瓦斯浓度变化或压力变化，这种粗略的考察方法不能准确的反应抽采的影响范围，不能准确的测定有效的影响范围会导致存在抽采盲区，从而影响抽采效果，现场实践表明，只有科学准确的测定影响半径，才能有效的指导井下钻孔施工，确定效果最佳，保证井下人员的人身安全和经济效益最大化。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种测定采空区大直径钻孔抽采范围的装置，本装置可针对采空区大直径钻孔抽采范围测量技术实施的装置。另外，本发明还提出了一种测定采空区大直径钻孔抽采范围的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
在第一个方案中，本发明提出一种测定采空区大直径钻孔抽采范围的装置，包括示踪气体瓶、气管、连通主体和注气管，连通主体具有气瓶注气连接组件和测试钢管连接头，其中示踪气体瓶通过气管与所述连通主体的气瓶注气连接组件连接，连通主体的测试钢管连接头与所述注气管连接。
在第一个方案中，作为优选的，所述连通主体临近入气口处具有注气气压调节阀、流量计、以及控制该流量计的流量计阀门。
在第一个方案中，所述连通主体上还具有用于测试连通主体内部气体压力的压力表。
在第一个方案中，所述压力表具有受压调节阀。
在第一个方案中，所述测试钢管连接头处还设有测试钢管气压调节阀。
在第二个方案中，本发明提出一种测定采空区大直径钻孔抽采范围的方法，包括如下步骤：
步骤1、在采空区开始在回风巷一侧沿垂直方向施工抽采钻孔并记录抽采钻孔的孔深，将抽采管路置入抽采钻孔后封闭抽采钻孔的孔口；
步骤2、从回风巷平行抽采钻孔方向施工若干个等间距的注气孔，并记录注气孔的孔深；
步骤3、向注气孔内注入示踪气体后封堵注气孔；
步骤4、通过抽采管路去抽采孔进行瓦斯抽采，并用示踪气体检测仪检测各注气孔中的示踪气体的浓度并记录，示踪气浓度大于零的注气孔孔底至抽采钻孔的距离最大值为抽采影响半径。
在第二个方案中，作为优选的，在步骤1中，所述抽采钻孔的孔深20米，抽采钻孔的封孔深度为6米；在步骤3中，所述示踪气体为SF6。
在第二个方案中，作为优选的，在步骤3中，向注气孔内距孔底1米处安装堵塞，同时安设堵塞过程中安设注气管，随后向各注气钻孔内注入水泥，水泥注满后在孔口位置安设1个堵塞，完成注气钻孔水泥封孔。
在第二个方案中，作为优选的，在步骤1之前，进行步骤A：
在确定抽采钻孔位置前避开构造带，抽采钻孔倾角与煤层赋存方向相同，且预计各注气孔与抽采钻孔的转孔位置在同一平面上。
在第二个方案中，作为优选的，在步骤4中，各个注气孔注入示踪气体SF6在封孔24小时后再用管道接通气体储集箱，每天用示踪气体检测仪检测各注气孔中的示踪气体的浓度并记录，记录时间持续30天。
使用本发明的有益效果是：
本发明的有益效果是弥补了实际测定大孔径抽采采空区瓦斯影响半径的空白，利用SF6气体不与煤体中任何因子发生反应和容易捕捉的特点，并能保证不影响矿井正常生产的情况下，有效测定大孔径采空区瓦斯抽采影响范围，该方法操作简易和成本低廉，煤矿自身技术能力便可测定，具有非常好的经济性和普及性。
附图说明
图1为本发明测定采空区大直径钻孔抽采范围的装置及方法应用的抽采钻孔与测试点钻孔布置示意图。
图2为本发明测定采空区大直径钻孔抽采范围的装置结构示意图。
图3为本发明测定采空区大直径钻孔抽采范围的装置示踪气体储集装置结构示意图。
附图标记包括：
1-回采工作面，2-采区巷道，3-回风顺槽，4-抽采钻孔，5-注气孔一，6-注气孔二，7-注气孔三，8-采空区，9-注气气压调节阀，10-气瓶注气连接组件，11-气瓶注气连接头，12-流量计，13-流量计阀门，14-受压调节阀，15-压力表连接组件，16-压力表，17-压力表连接头，18-连通主体，19-测试钢管气压调节阀，20-测试钢管连接头，21-测试钢管连接组件，22-注气管，23-示踪气体瓶，24-气管，25-瓦斯抽放管，26-截止阀门，27-气体储集瓶。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细的描述。
实施例1
如图2所示，本实施例提出一种测定采空区8大直径钻孔抽采范围的装置，包括示踪气体瓶23、气管24、连通主体18和注气管2422，连通主体18具有气瓶注气连接组件10和测试钢管连接头20，其中示踪气体瓶23通过气管24与连通主体18的气瓶注气连接组件10连接，连通主体18的测试钢管连接头20与注气管2422连接。
具体的，本实施了中，示踪气体瓶23通过气管24连接连通主体18的气瓶注气连接组件10，具体为气瓶注气连接组件10下方的气瓶注气连接头11，气瓶注气连接组件10上设有注气气压调节阀9。连通主体18的中段具有压力表连接组件15，压力表连接组件15上设有压力表连接头17，压力表连接头17具有压力表16。压力表连接组件15的下方位置设有受压调节阀14。
气瓶注气连接组件10和压力表连接组件15之间的位置设有流量计12和流量计阀门13。
连通主体18还具有测试钢管连接组件21，注气管2422的一端连接测试钢管连接组件21的管状的测试钢管连接头20上，测试钢管连接组件21还包括测试钢管气压调节阀19。
本装置通过注气管2422插入注气孔，然后通过预设定的示踪气体气压和流量对注气孔注入示踪气体。示踪气体的注入速度和注入量均可以调节和监测。
实施例2
结合图1-图3所示，本实施例提出一种测定采空区8大直径钻孔抽采范围的方法，包括如下步骤：
步骤1、在采空区8开始在回风巷一侧沿垂直方向施工抽采钻孔4并记录抽采钻孔4的孔深，将抽采管路置入抽采钻孔4后封闭抽采钻孔4的孔口；
步骤2、从回风巷平行抽采钻孔4方向施工若干个等间距的注气孔，并记录注气孔的孔深；
步骤3、向注气孔内注入示踪气体后封堵注气孔；
步骤4、通过抽采管路去抽采孔进行瓦斯抽采，并用示踪气体检测仪检测各注气孔中的示踪气体的浓度并记录，示踪气浓度大于零的注气孔孔底至抽采钻孔4的距离最大值为抽采影响半径。
从回风巷垂直采空区8施工抽采钻孔420米，封孔6米，平行抽采钻孔4方向分别间隔10米、15米、20米施工3个注气孔20米，水泥封孔段19米，注示踪气体SF6段1米，将注气装置的注气管2422插入注气钻孔并向内注入示踪气体后封孔，确定并记录各注气孔的孔深，将抽采管路连接到抽采钻孔4进行抽采，用示踪气体检测仪检测各注气孔中的示踪气体的浓度并记录，浓度大于零的注气孔孔底至抽采钻孔4的距离最大值为抽采影响半径。
其中将注气装置的注气管2422插入注气钻孔并向内注入示踪气体，具体为将气瓶注气连接头11与气管24连接，打开注气气压调节阀9，打开注气钢瓶的控制阀门，等气流稳定以后打开压力表16受压调节阀14，当压力表16的读数稳定以后，关闭测试气压调节阀门，对大孔径钻孔进行抽采。
其中在确定抽采钻孔4位置时避开构造带，抽采钻孔4倾角与煤层赋存方向相同，各注气孔与抽采钻孔4在同一平面上。
其中各注气孔分别注入示踪气体在封孔24小时后再用阀门接通SF6气体储集箱，每天用示踪气体检测仪检测各注气孔中的示踪气体的浓度并记录，持续若干天。
在步骤1中，抽采钻孔4的孔深20米，抽采钻孔4的封孔深度为6米；在步骤3中，示踪气体为SF6。
在步骤3中，向注气孔内距孔底1米处安装堵塞，同时安设堵塞过程中安设注气管2422，随后向各注气钻孔内注入水泥，水泥注满后在孔口位置安设1个堵塞，完成注气钻孔水泥封孔。
在步骤1之前，进行步骤A：
在确定抽采钻孔4位置前避开构造带，抽采钻孔4倾角与煤层赋存方向相同，且预计各注气孔与抽采钻孔4的转孔位置在同一平面上。
在步骤4中，各个注气孔注入示踪气体SF6在封孔24小时后再用管道接通气体储集箱，每天用示踪气体检测仪检测各注气孔中的示踪气体的浓度并记录，记录时间持续30天。
本装置和系统弥补了实际测定大孔径抽采采空区8瓦斯影响半径的空白，利用SF6气体不与煤体中任何因子发生反应和容易捕捉的特点，并能保证不影响矿井正常生产的情况下，有效测定大孔径采空区8瓦斯抽采影响范围，该方法操作简易和成本低廉，煤矿自身技术能力便可测定，具有非常好的经济性和普及性。
总体来说，本测定采空区8大直径钻孔抽采范围的装置，通过本装置实施本方法的总体过程如下：
从回风巷垂直采空区8施工抽采钻孔420米，封孔6米，平行抽采钻孔4方向分别间隔10米、15米、20米施工3个注气孔20米，水泥封孔段19米，注示踪气体SF6段1米，将注气装置的注气管2422插入注气钻孔并向内注入示踪气体后封孔，确定并记录各注气孔的孔深，将抽采管路连接到抽采钻孔4进行抽采，用示踪气体检测仪检测各注气孔中的示踪气体的浓度并记录，浓度大于零的注气孔孔底至抽采钻孔4的距离最大值为抽采影响半径。
其中将注气装置的注气管2422插入注气钻孔并向内注入示踪气体，具体为将气瓶注气连接头11与气管24连接，打开注气气压调节阀9，打开注气钢瓶的控制阀门，等气流稳定以后打开压力表16受压调节阀14，当压力表16的读数稳定以后，关闭测试气压调节阀门，对大孔径钻孔进行抽采。
其中在确定抽采钻孔4位置时避开构造带，抽采钻孔4倾角与煤层赋存方向相同，各注气孔与抽采钻孔4在同一平面上。
其中各注气孔分别注入示踪气体在封孔24小时后再用阀门接通SF6气体储集箱，每天用示踪气体检测仪检测各注气孔中的示踪气体的浓度并记录，持续若干天。
具体的，参见图1、图2、图3，回采工作面1采用“U”型通风方式，采区巷道2设在回风顺槽3的一端，从采空区8开始在回风巷一侧沿垂直方向施工抽采钻孔4孔深20米，封孔米后连接抽采管路，从回风巷平行抽采钻孔4施工注气孔一5、注气孔二6、注气孔三7、各注气孔间保持一定(15米、20米、25米)距离，确定并记录各注气孔一5、注气孔二6、注气孔三7的孔深，连接抽采孔进行瓦斯抽采，用示踪气体检测仪(SF6)检测各注气孔一5、注气孔二6、注气孔三7中的示踪气体的浓度并记录，浓度大于零的注气孔一5、注气孔二6、注气孔三7、孔底至抽采钻孔4的距离最大值为抽采影响半径。
其中向每个注气孔内距孔底1米处安装堵塞，同时安设堵塞过程中安设注气管2422，随后向各注气钻孔内注入水泥，注满后在孔口位置安设1个堵塞，在完成注气钻孔水泥封孔填充段24小时后，打开注气装置并向注气钻孔内注入示踪气体SF6，具体为将气瓶注气连接头11与气管24连接，打开注气气压调节阀9，等气流稳定以后打开压力表16受压调节阀14，当压力表16的读数稳定以后，关闭测试气压调节阀门，进行瓦斯抽采。
其中，在确定抽采钻孔4位置时避开构造带，抽采钻孔4倾角与煤层赋存方向相同，各注气孔一5、注气孔二6、注气孔三7与抽采钻孔4在同一平面上。
其中，各注气孔一5、注气孔二6、注气孔三7、分别注入示踪气体SF6在封孔小时后再用阀门接通气体储集箱，每天用示踪气体检测仪检测各注气孔一5、注气孔二6、注气孔三7中的示踪气体的浓度并记录，持续30天。
如图3所示，本方法中瓦斯抽采采用瓦斯抽放管25置入抽采钻孔4中，通过气体储集瓶27储存采样气体，瓦斯抽放管25上设有截止阀门26，截止阀门26避免气体储集瓶27内瓦斯外泄。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种测定采空区大直径钻孔抽采范围的装置，其特征在于：包括示踪气体瓶、气管、连通主体和注气管，连通主体具有气瓶注气连接组件和测试钢管连接头，其中示踪气体瓶通过气管与所述连通主体的气瓶注气连接组件连接，连通主体的测试钢管连接头与所述注气管连接。
2.根据权利要求1所述的测定采空区大直径钻孔抽采范围的装置，其特征在于：所述连通主体临近入气口处具有注气气压调节阀、流量计、以及控制该流量计的流量计阀门。
3.根据权利要求1所述的测定采空区大直径钻孔抽采范围的装置，其特征在于：所述连通主体上还具有用于测试连通主体内部气体压力的压力表。
4.根据权利要求3所述的测定采空区大直径钻孔抽采范围的装置，其特征在于：所述压力表具有受压调节阀。
5.根据权利要求1所述的测定采空区大直径钻孔抽采范围的装置，其特征在于：所述测试钢管连接头处还设有测试钢管气压调节阀。
6.一种测定采空区大直径钻孔抽采范围的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、在采空区开始在回风巷一侧沿垂直方向施工抽采钻孔并记录抽采钻孔的孔深，将抽采管路置入抽采钻孔后封闭抽采钻孔的孔口；
步骤2、从回风巷平行抽采钻孔方向施工若干个等间距的注气孔，并记录注气孔的孔深；
步骤3、向注气孔内注入示踪气体后封堵注气孔；
步骤4、通过抽采管路去抽采孔进行瓦斯抽采，并用示踪气体检测仪检测各注气孔中的示踪气体的浓度并记录，示踪气浓度大于零的注气孔孔底至抽采钻孔的距离最大值为抽采影响半径。
7.根据权利要求6所述的测定采空区大直径钻孔抽采范围的方法，其特征在于：在步骤1中，所述抽采钻孔的孔深20米，抽采钻孔的封孔深度为6米；在步骤3中，所述示踪气体为SF6。
8.根据权利要求6所述的测定采空区大直径钻孔抽采范围的方法，其特征在于：在步骤3中，向注气孔内距孔底1米处安装堵塞，同时安设堵塞过程中安设注气管，随后向各注气钻孔内注入水泥，水泥注满后在孔口位置安设1个堵塞，完成注气钻孔水泥封孔。
9.根据权利要求6所述的测定采空区大直径钻孔抽采范围的方法，其特征在于：在步骤1之前，进行步骤A：
在确定抽采钻孔位置前避开构造带，抽采钻孔倾角与煤层赋存方向相同，且预计各注气孔与抽采钻孔的转孔位置在同一平面上。
10.根据权利要求6所述的测定采空区大直径钻孔抽采范围的方法，其特征在于：在步骤4中，各个注气孔注入示踪气体SF6在封孔24小时后再用管道接通气体储集箱，每天用示踪气体检测仪检测各注气孔中的示踪气体的浓度并记录，记录时间持续30天。
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