CN110080747A - 松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳检测方法及工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳检测方法及工具，通过支撑插入杆将水袋送入到钻孔内，水袋内连接有水管，当松软煤层的钻孔发生塌孔变形后水袋内的水会被挤出通过水管流出到水桶内，通过计量水桶内的水量、记录计量时的具体时间，来测算出出钻孔的塌孔程度以及塌孔速度；还能通过对比一组不同深度钻孔的塌孔量来推测出煤层钻孔失稳严重的位置，具体是测算出相邻的长度逐渐递增的两钻孔之间的体积变化率，即体积变化率越大，该煤层段的失稳越严重；本发明利用水袋、水管、水桶等廉价的工具，即能对松软煤层的塌孔程度、塌孔速度、失稳严重位置进行跟踪和检测，并且安装过程简单、成本低廉、检测结果准确可靠，适合大范围推广。

Description

松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳检测方法及工具

技术领域

本发明涉及瓦斯抽采技术领域，尤其涉及一种松软煤层瓦斯抽采

钻孔失稳检测方法及工具。

背景技术

开发利用煤层气（煤矿瓦斯），对保障煤矿安全生产、增加清洁能源供应、减少温室气体排放具有重要意义。

目前对煤层瓦斯采前治理主要依靠煤层抽采钻孔进行瓦斯抽采，然而高瓦斯松软煤层施工钻孔时，经常发生塌孔、堵孔等失稳现象，不仅对后期瓦斯抽采造成了困难，还给随后封孔工作造成不便；专利号为2018108212529的发明专利提出了一种松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳规律监测装置及方法，该发明需要将复杂的电子设备及数据线放置到钻孔内，安装、拆除过程都很复杂且成本高昂，另外煤矿的矿井内湿度极大，极易对电子设备造成损坏，从而影响监测效率及数据的准确性。

因此，急需一种新的检测工具及方法来对该现象进行检测，检测出钻孔周围煤体运移时空关系，为该领域专家、学者提供可靠研究数据。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳

检测方法及工具。

本发明的技术方案是：一种松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳检测工具，包括水袋、支撑插入杆、水管、水桶，其特征在于：所述的水袋呈长筒状且袋底密封，所述的支撑插入杆通过胶带横向的固定连接在水袋的侧面，连接有支撑插入杆的水袋位于松软煤层的钻孔内，并且水袋的直径和松软煤层的钻孔的直径相匹配；

所述的水管包括插入段和门字形段，插入段穿过水袋的袋口放置在水袋内，该插入段的外端伸出到钻孔的外侧，所述门字形段包括支撑段、 横向连接在支撑段端部的横向连接段、竖向连接在横向连接段端部的排水段，门字形段通过支撑段与钻孔外侧的插入段连接，所述的横向连接段的位置高于插入段的位置，所述的支撑段上安装有球阀，排水段的下方放置有所述的水桶。

优选的，所述排水段的下端穿过水桶的桶盖深入到水桶内。

优选的，所述的水袋的袋口处缠绕有防水堵漏胶带。

优选的，所述水袋的袋口套有固定连接插入段和水袋的卡箍。

优选的，所述的支撑插入杆的内端和水袋的袋底平齐，支撑插入杆的长度大于钻孔的深度。

优选的，所述的水管的材质为铝塑管或PVC管。

一种根据所述的松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳检测工具进行检测的方法，具体的操作步骤为：

步骤1：

a.在松软煤层中顺层钻孔五组A_1~m、B_1~m、C_1~m、D_1~m、E_1~m（具体施工组数可根据具体情况相应增加），1~m号钻孔的深度依次为d m、2d m、3d m ······ md m；

b.相邻的钻孔之间的间距均设为2~3 m，用来防止打钻时钻孔之间相互扰动影响；

步骤2：每完成一个顺层检测钻孔，24 小时内将检测工具通过支撑插入杆引入到钻孔内，检测工具的具体安装步骤为：

a.将所述支撑插入杆的侧面和水袋的侧面贴紧，移动支撑插入杆使其内端和水袋的袋底平齐，再调整支撑插入杆使其和水袋处于平行状态，然后用胶带将水袋与支撑插入杆固定；

b.将所述水管的插入段穿过水袋的袋口插入到水袋内，再用套箍将水袋的袋口处箍紧（可在水袋的袋口缠绕防水堵漏胶带，确保不会渗水），将所述的球阀安装到水管的支撑段上；

c.握持支撑插入杆将固定好的水袋连同水管缓慢的插入到钻孔内，然后通过水管向钻孔内的水袋注水，水袋内注满水后关闭球阀；

d.将水桶放置到排水段的下方，然后将排水段插入到水桶内，再用桶盖对水桶进行密封；

e.打开球阀，当钻孔发生变形后水袋内的水会被挤出通过门字形段流入到水桶内；

步骤3：

a.测量每个钻孔流出到水桶内水的体积，同时记录测量时的具体时间；

b.利用发生塌孔后水袋内水体被挤出的原理，计算出钻孔失稳后的剩余体积，从而得出钻孔塌孔程度以及塌孔速度：

其中：V _n ——第n次观测时瓦斯抽采钻孔塌孔后剩余体积（m³）；

V ₀ ——钻孔的原始体积（m³）；

V _p ——钻孔内支撑插入杆体积（m³）；

W _i ——通过量筒测得第i次观测时钻孔塌孔排水量（m³），其中i=1,2,3······n；

其中：v _i ——第i次观测时的塌孔速度（m³/h）；

T _i ——第i次观测时，距离水袋投放的总时长（h）；

步骤4：

a.松软煤层钻孔失稳严重位置检测需要通过一组不同深度钻孔的塌孔量对比进行推测；

b.在松软煤层打一组深度分别为d m、2d m、3d m ······ md m的顺层钻孔，设为A₁、A₂、A₃ ······ A_m，B₁、B₂、B₃ ······ B_m，C₁、C₂、C₃ ······ C_m，D₁、D₂、D₃ ······ D_m，E₁、E₂、E₃ ······ E_m；

C.通过对比全部jd m和（j-1）d m长度钻孔的最终变形量可以得出（j-1）d m~jd m的体积变化情况（其中，j=1，2，3···m），最终通过对比η_j,j-1的大小即可得知失稳严重区域所在位置，即η_j,j-1越大（j-1）d m~jd m段失稳越严重；

其中：η _j,j-1 ——jd m和（j-1）d m长度间钻孔体积变化率（%）；

W _i , _Aj ——第i次观测时钻孔A_j的排水体积（m³）；

V _M ——钻孔jd m和（j-1）d m长度间的原始空间体积（m³）。

本发明的有益技术效果是：本发明通过支撑插入杆将水袋送入到钻孔内，水袋内连接有水管，该水管的横向连接段的高度高于插入段的高度从而形成连通器，当松软煤层的钻孔发生塌孔变形后水袋内的水会被挤出通过水管流出到水桶内，通过计量水桶内的水量、记录计量时的具体时间，来测算出钻孔失稳变形后的剩余体积，从而得出钻孔的塌孔程度以及塌孔速度；还能通过对比一组不同深度钻孔的塌孔量来推测出煤层钻孔失稳严重的位置，具体是测算出相邻的长度逐渐递增的两钻孔之间的体积变化率，即体积变化率越大，该煤层段的失稳越严重。

本发明利用水袋、水管、水桶等廉价的工具，即能对松软煤层的塌孔程度、塌孔速度、失稳严重位置进行跟踪和检测，并且安装过程简单、成本低廉、检测结果准确可靠，适合大范围推广。

附图说明

图1是本发明的检测装置安装到钻孔内的剖视结构示意图；

图2是本发明的检测装置安装到钻孔内的侧视结构示意图；

图3是本发明钻孔的施工布置图。

图中，1.水袋、2.支撑插入杆、3.水管、31.插入段、32.门字形段、321.支撑段、322.横向连接段、323.排水段、4.水桶、6.胶带、7.钻孔、8.球阀、9.套箍。

具体实施方式

实施例一，参见说明书附图（1 - 3），一种松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳检测工具，包括水袋、支撑插入杆、水管、水桶，其特征在于：所述的水袋呈长筒状且袋底密封，所述的支撑插入杆通过胶带横向的固定连接在水袋的侧面，连接有支撑插入杆的水袋位于松软煤层的钻孔内，并且水袋的直径和松软煤层的钻孔的直径相匹配，当钻孔发生形变时，能够马上压缩水袋将水袋内的水挤出经过水管排出到外部的水桶内；

所述的水管包括插入段和门字形段，插入段穿过水袋的袋口放置在水袋内，水袋被挤压后水能够从水管内挤出，该插入段的外端伸出到钻孔的外侧，所述门字形段包括支撑段、横向连接在支撑段端部的横向连接段、竖向连接在横向连接段端部的排水段，门字形段通过支撑段与钻孔外侧的插入段连接，所述的横向连接段的位置高于插入段的位置，这样形成连通器，水袋只有水袋被挤压时内部的水才能够从排水段流出，所述的支撑段上安装有球阀来控制水管的开和关，排水段的下方放置有所述的水桶用来接收排水端排出的水。

所述的排水端的下端穿过水桶的桶盖深入到水桶内，水桶的上端盖有桶盖，这样能保证向水桶内排水时和水桶内承接水后不易蒸发，使测量更加准确。

所述水袋的袋口套有固定连接插入段和水袋的卡箍，该卡箍能将水管和水袋的袋口固定紧，避免发生漏水现象。

所述的水袋的袋口处缠绕有防水堵漏胶带，该防水堵漏胶带起到加强防护的作用，保证水袋的袋口处不会渗水。

所述的支撑插入杆的内端和水袋的袋底平齐，避免水袋被钻孔挤压，支撑插入杆的长度大于钻孔的深度，保证能将水袋送到钻孔内的任意深度。

所述的水管的材质为铝塑管或PVC管，铝塑管或PVC管结实耐用且防腐蚀。

实施例二，参见说明书附图（1 - 3），一种根据实施例一所述的松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳检测工具进行检测的方法，具体的操作步骤为：

步骤1：

a.在松软煤层中顺层钻孔五组A_1~m、B_1~m、C_1~m、D_1~m、E_1~m（具体施工组数可根据具体情况相应增加），1~m号钻孔的深度依次为d m、2d m、3d m ······ md m；

b.相邻的钻孔之间的间距均设为2~3 m，用来防止打钻时钻孔之间相互扰动影响；

步骤2：每完成一个顺层检测钻孔，24 小时内将检测工具通过支撑插入杆引入到钻孔内，检测工具的具体安装步骤为：

a.将所述支撑插入杆的侧面和水袋的侧面贴紧，移动支撑插入杆使其内端和水袋的袋底平齐，再调整支撑插入杆使其和水袋处于平行状态，然后用胶带将水袋与支撑插入杆固定；

b.将所述水管的插入段穿过水袋的袋口插入到水袋内，再用套箍将水袋的袋口处箍紧（可在水袋的袋口缠绕防水堵漏胶带，确保不会渗水），将所述的球阀安装到水管的支撑段上；

c.握持支撑插入杆将固定好的水袋连同水管缓慢的插入到钻孔内，然后通过水管向钻孔内的水袋注水，水袋内注满水后关闭球阀；

d.将水桶放置到排水段的下方，然后将排水段插入到水桶内，再用桶盖对水桶进行密封；

e.打开球阀，当钻孔发生变形后水袋内的水会被挤出通过门字形段流入到水桶内；

步骤3：

a.测量每个钻孔流出到水桶内水的体积，同时记录测量时的具体时间；

b.利用发生塌孔后水袋内水体被挤出的原理，计算出钻孔失稳后的剩余体积，从而得出钻孔塌孔程度以及塌孔速度：

其中：V _n ——第n次观测时瓦斯抽采钻孔塌孔后剩余体积（m³）；

V ₀ ——钻孔的原始体积（m³）；

V _p ——钻孔内支撑插入杆体积（m³）；

W _i ——通过量筒测得第i次观测时钻孔塌孔排水量（m³），其中i=1,2,3······n；

其中：v _i ——第i次观测时的塌孔速度（m³/h）；

T _i ——第i次观测时，距离水袋投放的总时长（h）；

步骤4：

a.松软煤层钻孔失稳严重位置检测需要通过一组不同深度钻孔的塌孔量对比进行推测；

b.在松软煤层打一组深度分别为d m、2d m、3d m ······ md m的顺层钻孔，设为A₁、A₂、A₃ ······ A_m，B₁、B₂、B₃ ······ B_m，C₁、C₂、C₃ ······ C_m，D₁、D₂、D₃ ······ D_m，E₁、E₂、E₃ ······ E_m；

C.通过对比全部jd m和（j-1）d m长度钻孔的最终变形量可以得出（j-1）d m~jd m的体积变化情况（其中，j=1，2，3···m），最终通过对比η_j,j-1的大小即可得知失稳严重区域所在位置，即η_j,j-1越大（j-1）d m~jd m段失稳越严重；

其中：η _j,j-1 ——jd m和（j-1）d m长度间钻孔体积变化率（%）；

W _i , _Aj ——第i次观测时钻孔A_j的排水体积（m³）；

V _M ——钻孔jd m和（j-1）d m长度间的原始空间体积（m³）。

Claims (7)

1.一种松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳检测工具，包括水袋、支撑插入杆、水管、水桶，其特征在于：所述的水袋呈长筒状且袋底密封，所述的支撑插入杆通过胶带横向的固定连接在水袋的侧面，连接有支撑插入杆的水袋位于松软煤层的钻孔内，并且水袋的直径和松软煤层的钻孔的直径相匹配；

所述的水管包括插入段和门字形段，插入段穿过水袋的袋口放置在水袋内，该插入段的外端伸出到钻孔的外侧，所述门字形段包括支撑段、 横向连接在支撑段端部的横向连接段、竖向连接在横向连接段端部的排水段，门字形段通过支撑段与钻孔外侧的插入段连接，所述的横向连接段的位置高于插入段的位置，所述的支撑段上安装有球阀，排水段的下方放置有所述的水桶。

2.根据权利要求1所述的一种松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳检测工具，其特征在于：所述排水段的下端穿过水桶的桶盖深入到水桶内。

3.根据权利要求1所述的一种松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳检测工具，其特征在于：所述的水袋的袋口处缠绕有防水堵漏胶带。

4.根据权利要求1所述的一种松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳检测工具，其特征在于：所述水袋的袋口套有固定连接插入段和水袋的卡箍。

5.根据权利要求1所述的一种松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳检测工具，其特征在于：所述的支撑插入杆的内端和水袋的袋底平齐，支撑插入杆的长度大于钻孔的深度。

6.根据权利要求1所述的一种松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳检测工具，其特征在于：所述的水管的材质为铝塑管或PVC管。

7.一种根据权利要求1-6任一项所述的松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳检测工具进行检测的方法，具体的操作步骤为：

步骤1：

a.在松软煤层中顺层钻孔五组A_1~m、B_1~m、C_1~m、D_1~m、E_1~m（具体施工组数可根据具体情况相应增加），1~m号钻孔的深度依次为d m、2d m、3d m ······ md m；

b.相邻的钻孔之间的间距均设为2~3 m，用来防止打钻时钻孔之间相互扰动影响；

步骤2：每完成一个顺层检测钻孔，24 小时内将检测工具通过支撑插入杆引入到钻孔内，检测工具的具体安装步骤为：

a.将所述支撑插入杆的侧面和水袋的侧面贴紧，移动支撑插入杆使其内端和水袋的袋底平齐，再调整支撑插入杆使其和水袋处于平行状态，然后用胶带将水袋与支撑插入杆固定；

b.将所述水管的插入段穿过水袋的袋口插入到水袋内，再用套箍将水袋的袋口处箍紧（可在水袋的袋口缠绕防水堵漏胶带，确保不会渗水），将所述的球阀安装到水管的支撑段上；

c.握持支撑插入杆将固定好的水袋连同水管缓慢的插入到钻孔内，然后通过水管向钻孔内的水袋注水，水袋内注满水后关闭球阀；

d.将水桶放置到排水段的下方，然后将排水段插入到水桶内，再用桶盖对水桶进行密封；

e.打开球阀，当钻孔发生变形后水袋内的水会被挤出通过门字形段流入到水桶内；

步骤3：

a.测量每个钻孔流出到水桶内水的体积，同时记录测量时的具体时间；

b.利用发生塌孔后水袋内水体被挤出的原理，计算出钻孔失稳后的剩余体积，从而得出钻孔塌孔程度以及塌孔速度：

其中：V _n ——第n次观测时瓦斯抽采钻孔塌孔后剩余体积（m³）；

V ₀ ——钻孔的原始体积（m³）；

V _p ——钻孔内支撑插入杆体积（m³）；

W _i ——通过量筒测得第i次观测时钻孔塌孔排水量（m³），其中i=1,2,3······n；

其中：v _i ——第i次观测时的塌孔速度（m³/h）；

T _i ——第i次观测时，距离水袋投放的总时长（h）；

步骤4：

a.松软煤层钻孔失稳严重位置检测需要通过一组不同深度钻孔的塌孔量对比进行推测；

b.在松软煤层打一组深度分别为d m、2d m、3d m ······ md m的顺层钻孔，设为A₁、A₂、A₃ ······ A_m，B₁、B₂、B₃ ······ B_m，C₁、C₂、C₃ ······ C_m，D₁、D₂、D₃ ······ D_m，E₁、E₂、E₃ ······ E_m；

C.通过对比全部jd m和（j-1）d m长度钻孔的最终变形量可以得出（j-1）d m~jd m的体积变化情况（其中，j=1，2，3···m），最终通过对比η_j,j-1的大小即可得知失稳严重区域所在位置，即η_j,j-1越大（j-1）d m~jd m段失稳越严重；

其中：η _j,j-1 ——jd m和（j-1）d m长度间钻孔体积变化率（%）；

W _i , _Aj ——第i次观测时钻孔A_j的排水体积（m³）；

V _M ——钻孔jd m和（j-1）d m长度间的原始空间体积（m³）。