CN110593868A - 一种确定裂隙带位置的装备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及含煤瓦斯隧道安全研究中的超前钻孔中裂隙带检测技术领域。本发明公开了一种确定裂隙带位置的装备，包括充气管，测试管，第一封孔囊袋和第二封孔囊袋；充气管与两个封孔囊袋相通；测试管设有引出孔，引出孔位于两个封孔囊袋之间；充气管或测试管为硬质管；充气管用于连接充气装置，测试管用于连接瓦斯流量测试装置。基于上述装备，两个封孔囊袋充气式密封钻孔，通过引出孔测量瓦斯流量，放气后下放两个封孔囊袋深入钻孔，再次充气封孔、测试流量，对此测试后，对多个测试结果进行比较，进一步确定裂隙带位置，为煤层瓦斯抽采和瓦斯危险程度预测与治理提供了有利保障。
Description
技术领域
本发明涉及含煤瓦斯隧道安全研究中的超前钻孔中裂隙带检测技术领域，特别涉及一种确定裂隙带位置的装备及方法。
背景技术
煤层气是一种生成并储存于煤层中，以甲烷为主要成分、以吸附状态为主的烃类气体；在煤矿开采中俗称为“瓦斯”，是一种洁净能源，其热值与天然气相当，可以与天然气混输混用，而且燃烧后几乎不产生任何废气，能够带来巨大经济效益，为国家战略资源。但当煤层气空气浓度达到5％-16％时，遇明火就会爆炸；而且若煤层气直接排放到大气中，其温室效应约为二氧化碳的21倍，对生态环境破坏性极强。因此，在采煤之前先开采煤层气，煤矿瓦斯爆炸率能够降低70％到85％。我国煤炭分布广泛，储量巨大，瓦斯资源具有巨大的开发潜力，矿井安全和环境保护十分受到重视。
多年的瓦斯气勘探开发实践表明，煤矿瓦斯是在煤的生成过程中伴随产生的，瓦斯气运移、产出的通道是煤储层裂隙系统，通道的畅通与否和覆盖范围决定了瓦斯气的抽采率，也影响到治理瓦斯灾害的效果。为预防煤与瓦斯突出，常在煤体工作面的前方一定距离保持有足够数量的大直径钻孔，即超前钻孔，进行卸压预防。因此，确定超前钻孔中裂隙带位置十分重要，为煤层瓦斯抽采和瓦斯危险程度预测与治理提供了有利保障。
现有技术中，有采用相似模拟实验、地质雷达探测以及3D-δ有限元程序分析相结合的方法进行对采空区采动裂隙带的范围进行研究。此类模拟方法涉及因素较多，操作复杂。总之，基于以上背景，对于确定裂隙带位置的装备及方法尚欠缺。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中所存在的问题，提供一种确定裂隙带位置的装备及方法，能够在超前钻孔中判断裂隙带的存在位置。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种确定裂隙带位置的装备，包括充气管，测试管，第一封孔囊袋和第二封孔囊袋；充气管分别与第一封孔囊袋、第二封孔囊袋相通，充气管用于连接充气装置；其中第一封孔囊袋相比第二封孔囊袋更深入钻孔；测试管设有引出孔，引出孔位于第一封孔囊袋和第二封孔囊袋之间；测试管被引出钻孔并用于连接瓦斯流量测试装置。第一封孔囊袋和第二封孔囊袋充气式密封钻孔，形成一个暂时封闭区，阻止外部空气进入；封闭区内的气体通过引出孔排放到瓦斯流量测试装置中，进行流量测量。
进一步地，充气管和/或测试管为硬质管，硬质管与第一封孔囊袋和第二封孔囊袋相互连接，更方便于带动第一封孔囊袋和第二封孔囊袋深入钻孔。
进一步地，第一封孔囊袋和第二封孔囊袋优先采用弹性材料，充气充足时能够紧密贴合孔壁，减小间隙。充气管和/或测试管为节段式组合连接结构，能增加长度深入钻孔中。
进一步地，充气管贯穿第二封孔囊袋，并在充气管位于第二封孔囊袋中的位置设有充气孔；充气管置于钻孔外的一端连接充气装备。
测试管可设置在封孔囊袋外部也可内部，最好连接在第二封孔囊袋的外部，能够更有效保证封孔囊袋的密封性，且便于测试管与上述两个封孔囊袋的相互连接。
进一步地，还包括压力表，设置在充气管的充气端，当第一封孔囊袋和第二封孔囊袋达到一定压力时，停止充气。
本发明还公开了一种基于上述装备确定裂隙带位置的方法，步骤为：
a.将第一封孔囊袋和第二封孔囊袋相隔指定待测距离L放置在钻孔中，第二封孔囊袋距钻孔口深度为H。
b.在充气管的充气端连接充气装置，对第一封孔囊袋和第二封孔囊袋充气；
c.待第一封孔囊袋和第二封孔囊袋密封钻孔，测试管连接瓦斯流量测试装置，测定瓦斯流量Q1；
d.对上述第一封孔囊袋和第二封孔囊袋放气，同时将第一封孔囊袋和第二封孔囊袋深入钻孔距离L；
e.重复步骤b-d，直到第一封孔囊袋深入到钻孔底部。测得第二封孔囊袋对应深度H、H+L、H+2L…H+(n-1)L处指定待测距离L中对应流量为Q1、Q2、Q3…Qn；统计分析各流量测试结果，若某处流量高于其它结果，则确定该处有裂隙发育。
此外，可通过设置在充气端的压力表评估充气气压程度，在步骤b中，通过压力表读数，待第一封孔囊袋和第二封孔囊袋达到设定压力时停止充气。在步骤d中，对第一封孔囊袋和第二封孔囊袋放气后并深入钻孔时，可通过增加充气管和/或测试管的段数延长长度并深入钻孔。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明提供了一种确定裂隙带位置的装备及方法，能够在超前钻孔中判断裂隙带的存在位置，简单易行，为抽出煤层瓦斯和评估钻孔位置有重要意义。
2、本发明在确定裂隙带位置的同时，能够定量估取瓦斯浓度和流量，为瓦斯危险程度预测与治理提供了有利保障。
3、本发明所采用的材料简单，易制作，低成本，在工程上实际使用意义。
附图说明：
图1为一种确定裂隙带位置的装备的结构示意图。
图2为测试管上引出孔的放大示意图。
图中标记：1-第一封孔囊袋，2-第二封孔囊袋，3-充气管，4-测试管，5-充气孔，6-引出孔，7-孔板流量计，8-压力表，9-压力表接头。
具体实施方式
下面结合实施例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
一种确定裂隙带位置的装备，如图1，包括充气管3，测试管4，第一封孔囊袋1和第二封孔囊袋2；充气管3分别与第一封孔囊袋1、第二封孔囊袋2内部相通，充气管3用于连接充气装置；第一封孔囊袋1相比第二封孔囊袋2更深入钻孔；测试管4设有引出孔6，引出孔6位于第一封孔囊袋1和第二封孔囊袋2之间；测试管4被引出钻孔并用于连接瓦斯流量测试装置。
将充气管3设为软管，测试管4为硬质管，硬质管与第一封孔囊袋1和第二封孔囊袋2相互连接，测试管4可贯通第一封孔囊袋1和第二封孔囊袋2内部，也可绑定或粘连在第一封孔囊袋1和第二封孔囊袋2外部，其中置于钻孔深处的端口最好封闭；硬质管的硬度达到当硬质管移动第一封孔囊袋1和第二封孔囊袋2时硬质管不轻易弯曲的程度即可，这样方便带动第一封孔囊袋1和第二封孔囊袋2深入钻孔。优选测试管4连接在第二封孔囊袋2的外部，这样更能有效保证封孔囊袋的密封性，且便于测试管4与上述两个封孔囊袋的相互连接；测试管4一端引出钻孔连接孔板流量计7。
第一封孔囊袋1和第二封孔囊袋2优先采用弹性材料，充气充足时能够紧密贴合孔壁，减小间隙。充气管3和/或测试管4可为节段式组合连接结构，增加管道长度深入钻孔中。每段测试管4首尾两端可设有相适配的管径及内外螺纹，或者直接通过转接头，将各测试管4单元进行组合。
充气管3贯穿第二封孔囊袋2，并在充气管3位于第二封孔囊袋2中的位置设有充气孔5；充气管3置于钻孔外的另一端连接充气装备。
在充气管3的充气端设置一个压力表8，通过压力表接头9连接，待第一封孔囊袋1和第二封孔囊袋2达到设定压力时，停止充气。评估设定压力时，在开始将本装备置于钻孔浅处还未深入钻孔内，对两个封孔囊袋充气，待第二封孔囊袋2严密填充钻孔时，压力表8所指向的压力值设为评估阈值；放气后，将本装备从钻孔中取出在空气中充气至相同压力值，观察两个封孔囊袋膨胀情况，在评估阈值附近调整设定压力。
第一封孔囊袋1和第二封孔囊袋2充气式密封钻孔，形成一个暂时封闭区，阻止外部空气进入；封闭区内的气体通过引出孔6排放到孔板流量计7中，进行流量测量。在这个封闭区若存在裂隙带，则裂隙带中的浓度相对较高，流量大。
实施例2
相比于实施例1，本实施例将测试管4设计为软管，将充气管3设计为硬管。同样，硬质管的硬度达到当硬质管移动第一封孔囊袋1和第二封孔囊袋2时硬质管不轻易弯曲的程度即可，而测试管4所采用的软管材料不会在第二封孔囊袋2膨胀密封后被压扁，测试管4仍应能为气体提供流通通道。充气管3采用节段式组合连接结构，每段充气管3首尾两端同样可设有相适配的管径及内外螺纹，或者直接通过转接头，将各充气管3单元进行组合，此时由充气管3带动第一封孔囊袋1和第二封孔囊袋2深入钻孔，测试管4只有通过引出孔6将瓦斯从钻孔深处引出测流量的作用。
实施例3
一种基于上述实施例1和实施例2所述装备确定裂隙带位置的方法，步骤为：
a.将第一封孔囊袋1和第二封孔囊袋2相隔指定待测距离L放置在钻孔中，第二封孔囊袋2距钻孔口深度为H。
b.在充气管3的充气端连接充气装置，对第一封孔囊袋1和第二封孔囊袋2充气；
c.待第一封孔囊袋1和第二封孔囊袋2密封钻孔，测试管4连接孔板流量计7，测定瓦斯流量Q1；
d.对第一封孔囊袋1和第二封孔囊袋2放气，同时将第一封孔囊袋1和第二封孔囊袋2深入钻孔距离L；
e.重复步骤b-d，直到第一封孔囊袋1深入到钻孔底部。测得第二封孔囊袋对应深度H、H+L、H+2L…H+(n-1)L处指定待测距离L中对应流量为Q1、Q2、Q3…Qn；统计分析各流量测试结果，若某处流量高于其它结果，则确定该处有裂隙发育。
此外，可通过设置在充气端的压力表8评估充气气压程度，在步骤b中，通过压力表8读数，待第一封孔囊袋1和第二封孔囊袋2达到设定压力时停止充气。在步骤d中，对第一封孔囊袋1和第二封孔囊袋2放气后并深入钻孔时，可通过增加充气管3和/或测试管4的节段数延长长度来深入钻孔。
在含煤瓦斯隧道超前钻孔确定裂隙带位置的背景中，对瓦斯流量测量针对的只是从其它地方经裂隙流动于钻孔裂隙处的瓦斯，一般非煤矿区不存在钻孔内全是裂隙的情况，而当钻孔内没有裂隙时，流量测试结果一致为零。
因此，本装备及方法对含煤瓦斯隧道安全研究有重要意义。
Claims (9)
1.一种确定裂隙带位置的装备，其特征在于，包括充气管(3)，测试管(4)，第一封孔囊袋(1)和第二封孔囊袋(2)；所述充气管(3)分别与所述第一封孔囊袋(1)、第二封孔囊袋(2)相通，所述充气管(3)用于连接充气装置；所述第一封孔囊袋(1)相比所述第二封孔囊袋(2)更深入钻孔；所述测试管(4)设有引出孔(6)，所述引出孔(6)位于所述第一封孔囊袋(1)和第二封孔囊袋(2)之间；所述测试管(4)被引出钻孔并用于连接瓦斯流量测试装置。
2.根据权利要求1所述的确定裂隙带位置的装备，其特征在于，所述充气管(3)和/或所述测试管(4)为硬质管，所述硬质管与所述第一封孔囊袋(1)和第二封孔囊袋(2)相互连接。
3.根据权利要求2所述的确定裂隙带位置的装备，其特征在于，所述充气管(3)和/或所述测试管(4)为节段式组合连接结构。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的确定裂隙带位置的装备，其特征在于，所述充气管(3)贯穿所述第二封孔囊袋(2)，并在所述充气管(3)位于所述第二封孔囊袋(2)中的位置设充气孔(5)。
5.根据权利要求4所述的确定裂隙带位置的装备，其特征在于，所述测试管(4)连接在所述第二封孔囊袋(2)的外部。
6.根据权利要求3所述的确定裂隙带位置的装备，其特征在于，还包括压力表(8)，设置在所述充气管(3)的充气端。
7.一种确定裂隙带位置的方法，其特征在于，基于权利要求6所述的确定裂隙带位置的装备，步骤为：
a.将所述第一封孔囊袋(1)和所述第二封孔囊袋(2)相隔指定待测距离L放置在钻孔中，所述第二封孔囊袋(2)距钻孔口深度为H。
b.在所述充气管(3)的充气端连接充气装置，对所述第一封孔囊袋(1)和第二封孔囊袋(2)充气；
c.待所述第一封孔囊袋(1)和第二封孔囊袋(2)密封钻孔，所述测试管(4)连接瓦斯流量测试装置，测定瓦斯流量Q1；
d.对所述第一封孔囊袋(1)和第二封孔囊袋(2)放气，同时将所述第一封孔囊袋(1)和第二封孔囊袋(2)深入钻孔距离L；
e.重复步骤b-d，直到所述第一封孔囊袋(1)深入到钻孔底部；测得所述第二封孔囊袋(2)对应深度H、H+L、H+2L…H+(n-1)L处指定待测距离L中对应流量为Q1、Q2、Q3…Qn；统计分析各流量测试结果，若某处流量高于其它结果，则确定该处有裂隙发育。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤b中，通过所述压力表(8)读数，待所述第一封孔囊袋(1)和第二封孔囊袋(2)达到设定压力时停止充气。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，在步骤d中，对所述第一封孔囊袋(1)和第二封孔囊袋(2)放气后，通过增加所述充气管(3)和/或所述测试管(4)的段数延长长度并深入钻孔。
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