CN111058839A - 一种工作面采空区裂隙带钻孔透气性分段测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于矿井采空区瓦斯处理领域，具体是一种工作面采空区裂隙带钻孔透气性分段测试装置及测试方法。包括封堵注水装置，水泵与带有刻度的软管连接，带有刻度的软管与封堵注水装置连接，封堵注水装置包括2号囊、2号滑块、注水硬管、喷水动力头注水管、1号滑块、1号囊和喷水动力头，喷水动力头注水管设置在注水硬管内部，喷水动力头注水管前端设置喷水动力头，喷水动力头注水管的外部固定有2号滑块和1号滑块，注水硬管对应2号滑块和1号滑块的位置设置有A阀和C阀，A阀外侧设置2号囊，B阀外侧设置1号囊，2号滑块和1号滑块分别封堵A阀和C阀，注水硬管A阀和C阀之间位置设置有B阀，1号滑块前方设置弹簧以及限位器。

Description

一种工作面采空区裂隙带钻孔透气性分段测试装置及测试 方法

技术领域

本发明属于矿井采空区瓦斯处理领域，具体是一种工作面采空区裂隙带钻孔透气性分段测试装置及测试方法。

背景技术

瓦斯抽采是解决煤矿回采工作面瓦斯问题最主要的手段，工作面采空区上方裂隙带卸压瓦斯（邻近层瓦斯）的抽采，由于其裂隙发育、透气性好、抽采量大，成为工作面瓦斯抽采的首选。因此裂隙带透气性的测定成为钻孔或高抽巷道定位的关键。目前还没有专门的测定采空区裂隙带透气性的装置，裂隙带抽采钻孔与高抽巷位置的设置更多是根据经验设计，因此抽采效果受到影响。

本发明实质是使用钻孔透气性分段测试装置，按照一定的方法实测裂隙带岩层的透气性，为确定瓦斯抽采钻孔或高抽巷位置提供依据。目前测量岩石透气性所采用的方法是取出岩芯进行测试，但井下取岩芯非常困难，并且裂隙带裂隙发育的地方很难取出完整的岩芯，因此利用岩芯测试岩石透气性的方法不适用于裂隙带透气性的测定。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提供一种工作面采空区裂隙带钻孔透气性分段测试装置及测试方法。

本发明采取以下技术方案：一种工作面采空区裂隙带钻孔透气性分段测试装置，包括注水水泵、压力表、流量计、带有刻度的软管和封堵注水装置，水水泵与带有刻度的软管连接，带有刻度的软管与封堵注水装置连接，水水泵的出口处设置压力表和流量计，封堵注水装置包括2号囊、2号滑块、注水硬管、喷水动力头注水管、1号滑块、1号囊和喷水动力头，喷水动力头注水管设置在注水硬管内部，喷水动力头注水管前端设置喷水动力头，喷水动力头注水管的外部固定有2号滑块和1号滑块，注水硬管对应2号滑块和1号滑块的位置设置有A阀和C阀，A阀外侧设置2号囊，B阀外侧设置1号囊，2号滑块和1号滑块分别封堵A阀和C阀，注水硬管A阀和C阀之间位置设置有B阀，1号滑块前方设置弹簧以及限位器，弹簧一端与注水硬管固定，限位器设置在注水硬管的内侧的侧壁上，注水硬管上还设置有D阀，D阀位于C阀外侧端。

进一步的，A阀包括复位杆I、限位滑块I、密封体I、限位弹簧I、主弹簧I和阀体I，密封体设置在注水硬管的管壁开设的孔内，密封体顶部安装主弹簧，主弹簧上端固定在阀体内，密封体顶部两侧设置有可以向外侧滑动的限位滑块，限位滑块与密封体接触的一面为斜面，限位滑块外侧设置有限位弹簧，所述的复位杆为L型结构，复位杆的一端插设在限位滑块和限位弹簧之间，A阀与C阀结构相同。

进一步的，B阀包括复位杆II、限位滑块II、密封体II、限位弹簧II、主弹簧II和阀体II，密封体II设置在注水硬管的管壁开设的孔内，密封体II顶部设置有主弹簧II，主弹簧II上端与阀体II固定，密封体II上还连接有复位杆II，复位杆II穿过阀体II，密封体II两端设置有倾角，密封体II两端与限位滑块II接触连接，限位滑块II与密封体II接触的一面设置有反向倾角，限位滑块II另一面与阀体II之间设置限位弹簧II，阀体II嵌在注水硬管表面。

进一步的，D阀包括关水孔、阻断杆、复位拉环、承压板和隔水膜，隔水膜嵌在注水硬管上，隔水膜中部设置贯穿的阻断杆，阻断杆一端与注水硬管内部接通，阻断杆另一端安装承压板，承压板上设置复位拉环；所述的关水孔设置在1号滑块上，关水孔下端与喷水动力头注水管连通，关水孔下端的孔径比上端的孔径大两毫米，关水孔下部安装有T型活塞，活塞上连接有回位弹簧。回位弹簧以确保在重力作用下不会掉落而堵塞动力头注水管。

一种工作面采空区裂隙带钻孔透气性分段测试装置的测试方法，包括以下步骤，

S100～将注水软管与注水水泵、封堵注水装置连接起来，将封堵注水装置放入钻孔，打开注水水泵，调节压力小于p1，p1为A阀和C阀部分打开的压力，使喷水动力头带动封堵注水装置进入钻孔，注水软管上带有刻度，根据注水软管的刻度确定封堵注水钻孔的位置，到达指定位置后停止注水；

S200～在外面固定住注水软管，打开注水水泵继续注水，使喷水动力头带动1滑块和2号滑块发生位移，加大注水水压，开始往水囊注水 ，当水压加到p3时停止注水，p3为A阀和C阀全部打开的压力；

S300～调节注水水泵压力小于p3，开始往钻孔注水区注水，记录下注水压力及在此压力下的流量；停止注水，从注水水泵上拆下带有刻度的注水软管，等软管里面没有水流出后，重新调节注水水泵压力，接上软管开始注水，记录下新的水压和流量；重复上述步骤获得多组数据；

S400～调节注水水泵压力至p4，p4＞p3，关闭注水水泵，拆下带有刻度的注水软管，等管内没有水流出后，拖动注水软管撤出装置，按动复位杆及复位拉环使装置复位；

S500～改变注水位置，重复步骤S2-S4，获得钻孔另一位置渗透参数；

S600～重复步骤S5，获得整个钻孔的渗透参数。

S700～对比钻孔不同区域同一压力下的注水流量，流量越多的地方裂隙约发育，确定钻孔裂隙最发育部位。

S800～重复S200至S600对不同钻孔进行裂隙发育程度测试，确定裂隙最发育部位。

与现有技术相比，目前测量岩石透气性所采用的方法是取出岩芯进行测试，但井下取岩芯非常困难，并且裂隙带裂隙发育的地方很难取出完整的岩芯，因此利用岩芯测试岩石透气性的方法不适用于裂隙带透气性的测定。在确定高抽巷位置上帮助不大，本发明可确定工作面上方岩层的裂隙最发育部位，确定高抽巷的位置，最大程度发挥高抽巷的作用。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为封堵注水装置示意图；

图3为A阀结构示意图；

图4为B阀结构示意图；

图5为C阀结构示意图；

图6为A阀排水时结构示意图；

图7为B阀排水时结构示意图；

图8为C阀排水时结构示意图。

具体实施方式

如图1、2所示，一种工作面采空区裂隙带钻孔透气性分段测试装置，包括注水水泵1、压力表2、流量计3、带有刻度的软管4和封堵注水装置5，水泵1与带有刻度的软管4连接，带有刻度的软管4与封堵注水装置5连接，水泵1的出口处设置压力表2和流量计3，封堵注水装置5包括2号囊6、2号滑块7、注水硬管8、喷水动力头注水管9、1号滑块10、1号囊11和喷水动力头12，喷水动力头注水管9设置在注水硬管8内部，喷水动力头注水管9前端设置喷水动力头12，喷水动力头注水管9的外部固定有2号滑块7和1号滑块10，注水硬管8对应2号滑块7和1号滑块10的位置设置有A阀和C阀，A阀外侧设置2号囊6，B阀外侧设置1号囊11，2号滑块7和1号滑块10分别封堵A阀和C阀，注水硬管8A阀和C阀之间位置设置有B阀，1号滑块10前方设置弹簧13以及限位器14，弹簧13一端与注水硬管8固定，限位器14设置在注水硬管8的内侧的侧壁上，注水硬管8上还设置有D阀，D阀位于C阀外侧端。1号囊、2号囊固定在注水硬管上，两囊之间为注水区。A、B、C、D四个阀门位于注水硬管上，并且沿注水硬管轴线从后到前依次分布，A、C阀为1、2号囊供水阀，带有复位杠；B阀为钻孔注水区注水阀，带有复位杆；D阀为喷水动力头断水阀，有复位拉环。1号滑块、2号滑块与喷水动力头注水管固定，1号滑块前面安装有弹簧装置。

如图3所示，A阀包括复位杆IA1、限位滑块IA2、密封体IA3、限位弹簧IA4、主弹簧IA5和阀体IA6，密封体A3设置在注水硬管8的管壁开设的孔内，密封体A3顶部安装主弹簧A5，主弹簧A5上端固定在阀体A6内，密封体A3顶部两侧设置有可以向外侧滑动的限位滑块A2，限位滑块A2与密封体A3接触的一面为斜面，限位滑块A2外侧设置有限位弹簧A4，所述的复位杆A1为L型结构，复位杆A1的一端插设在限位滑块A2和限位弹簧A4之间，A阀与C阀结构相同。当水压到达p1密封体A3被顶起，阀门被部分打开。当压力到达p4时，密封体A3被完全顶起，即密封体A3位于限位滑块A2之上，阀门完全打开。当装置撤出后，拉动复位杆A1使密封体复位。

如图4所示，B阀包括复位杆IIB1、限位滑块IIB2、密封体IIB3、限位弹簧IIB4、主弹簧IIB5和阀体IIB6，密封体IIB3设置在注水硬管8的管壁开设的孔内，密封体IIB3顶部设置有主弹簧IIB5，主弹簧IIB5上端与阀体IIB6固定，密封体IIB3上还连接有复位杆IIB1，复位杆IIB1穿过阀体IIB6，密封体IIB3两端设置有倾角，密封体IIB3两端与限位滑块IIB2接触连接，限位滑块IIB2与密封体IIB3接触的一面设置有反向倾角，限位滑块IIB2另一面与阀体IIB6之间设置限位弹簧IIB4，阀体IIB6嵌在注水硬管8表面。当压力到达p3密封体B3受水压向上运动到达限位滑块B2之上，B阀完全打开。当装置撤出后，按动复位杆B1使密封体复位。

如图5所示，D阀包括关水孔D1、阻断杆D2、复位拉环D3、承压板D4和隔水膜D5，隔水膜D5嵌在注水硬管8上，隔水膜D5中部设置贯穿的阻断杆D2，阻断杆D2一端与注水硬管8内部接通，阻断杆D2另一端安装承压板D4，承压板D4上设置复位拉环D3；所述的关水孔D1设置在1号滑块上，关水孔D1下端与喷水动力头注水管9连通，关水孔D1下端的孔径比上端的孔径大两毫米，关水孔D1下部安装有T型活塞，活塞上连接有回位弹簧。阻断杆经过关水孔D1向下压迫关水孔D1的小活塞，使其向下移动阻断喷水动力头供水。

一种工作面采空区裂隙带钻孔透气性分段测试装置的测试方法，包括以下步骤，

S100～将注水软管与注水水泵、封堵注水装置连接起来，将封堵注水装置放入钻孔，打开注水水泵，调节压力小于p1，p1为A阀和C阀部分打开的压力，使喷水动力头带动封堵注水装置进入钻孔，注水软管上带有刻度，根据注水软管的刻度确定封堵注水钻孔的位置，到达指定位置后停止注水。

S200～在外面固定住注水软管，打开注水水泵继续注水，使喷水动力头带动1滑块和2号滑块发生位移，加大注水水压，开始往水囊注水 ，当水压加到p3时停止注水，p3为A阀和C阀全部打开的压力。

S300～调节注水水泵压力小于p3，开始往钻孔注水区注水，记录下注水压力及在此压力下的流量；停止注水，从注水水泵上拆下带有刻度的注水软管，等软管里面没有水流出后，重新调节注水水泵压力，接上软管开始注水，记录下新的水压和流量；重复上述步骤获得多组数据。

S400～调节注水水泵压力至p4，p4＞p3，关闭注水水泵，拆下带有刻度的注水软管，等管内没有水流出后，拖动注水软管撤出装置，按动复位杆及复位拉环使装置复位。

S500～改变注水位置，重复步骤S2-S4，获得钻孔另一位置渗透参数。

S600～重复步骤S5，获得整个钻孔的渗透参数。

S700～对比钻孔不同区域同一压力下的注水流量，流量越多的地方裂隙约发育，确定钻孔裂隙最发育部位。

S800～重复S200至S600对不同钻孔进行裂隙发育程度测试，确定裂隙最发育部位。

软管供水分四个阶段：

1）第一阶段：为喷头（装置前进动力）供水；

2）第二阶段：为密封囊注水,同时切断碰水动力头供水，锁定位置；

3）第三阶段：为密封腔（两密封囊之间）注水。

4）第四阶段：两密封囊防水，试验完成撤出装置。

处于第一阶段时，滑块7堵住A阀，滑块10堵住C阀。各阀门均保持初始状态，仅给喷水动力头供水带动装置进入钻孔。根据刻有刻度的注水软管4和钻孔长度确定装置是否到达预定位置，装置到达预定位置后第一阶段结束。开始向第二阶段转化，固定注水软管4即固定了封堵注水装置位置5，加大注水压力，滑块7、滑块10、喷水动力头12、喷水动力头供水管9这一个整体和注水硬管发生位移直到滑块10被限位器限定，此时A、C阀门暴露在水下，水压可直接作用于阀门密封体。此时继续往注水软管4注水，A、C阀在水压作用下密封体被顶起，阀门部分打开。转化完成开始第二阶段，通过A、C阀分别向2号囊6和1号囊11里面注水，当囊内水压到达

时，水压推动C阀关闭喷水动力头供水。当两囊注满水后（压力达到一定数值，流量为零），A、C阀在弹簧和水压作用下关闭。第二阶段完成开始向第三阶段转化，压力到达

时，B阀被完全打开。转化完成开始第三阶段，由向两囊注水转为向注水区注水，保持腔体注水压力不变（小于两囊水压），测定注水流量，改变压力重复测定获得该段钻孔渗透参数。第三阶段完成开始第四阶段，增加腔体注水压力至p4时A阀、8阀、C阀、D阀被完全打开，各个阀门具体情况如图6所示。降低注水水压，使两囊中的水和注水区中的水自动流出后，回收测试装置。撤出实验装置后拉动各个阀门的复位杠、复位环使阀门复位，第四阶段结束，测试完成。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种工作面采空区裂隙带钻孔透气性分段测试装置，其特征在于：包括注水水泵（1）、压力表（2）、流量计（3）、带有刻度的软管（4）和封堵注水装置（5），水水泵（1）与带有刻度的软管（4）连接，带有刻度的软管（4）与封堵注水装置（5）连接，水水泵（1）的出口处设置压力表（2）和流量计（3），封堵注水装置（5）包括2号囊（6）、2号滑块（7）、注水硬管（8）、喷水动力头注水管（9）、1号滑块（10）、1号囊（11）和喷水动力头（12），喷水动力头注水管（9）设置在注水硬管（8）内部，喷水动力头注水管（9）前端设置喷水动力头（12），喷水动力头注水管（9）的外部固定有2号滑块（7）和1号滑块（10），注水硬管（8）对应2号滑块（7）和1号滑块（10）的位置设置有A阀和C阀，A阀外侧设置2号囊（6），B阀外侧设置1号囊（11），2号滑块（7）和1号滑块（10）分别封堵A阀和C阀，注水硬管（8）A阀和C阀之间位置设置有B阀，1号滑块（10）前方设置弹簧（13）以及限位器（14），弹簧（13）一端与注水硬管（8）固定，限位器（14）设置在注水硬管（8）的内侧的侧壁上，注水硬管（8）上还设置有D阀，D阀位于C阀外侧端。

2.根据权利要求1所述的工作面采空区裂隙带钻孔透气性分段测试装置，其特征在于：所述的A阀包括复位杆I（A1）、限位滑块I（A2）、密封体I（A3）、限位弹簧I（A4）、主弹簧I（A5）和阀体I（A6），密封体（A3）设置在注水硬管（8）的管壁开设的孔内，密封体（A3）顶部安装主弹簧（A5），主弹簧（A5）上端固定在阀体（A6）内，密封体（A3）顶部两侧设置有可以向外侧滑动的限位滑块（A2），限位滑块（A2）与密封体（A3）接触的一面为斜面，限位滑块（A2）外侧设置有限位弹簧（A4），所述的复位杆（A1）为L型结构，复位杆（A1）的一端插设在限位滑块（A2）和限位弹簧（A4）之间，A阀与C阀结构相同。

3.根据权利要求2所述的工作面采空区裂隙带钻孔透气性分段测试装置，其特征在于：所述的B阀包括复位杆II（B1）、限位滑块II（B2）、密封体II（B3）、限位弹簧II（B4）、主弹簧II（B5）和阀体II（B6），密封体II（B3）设置在注水硬管（8）的管壁开设的孔内，密封体II（B3）顶部设置有主弹簧II（B5），主弹簧II（B5）上端与阀体II（B6）固定，密封体II（B3）上还连接有复位杆II（B1），复位杆II（B1）穿过阀体II（B6），密封体II（B3）两端设置有倾角，密封体II（B3）两端与限位滑块II（B2）接触连接，限位滑块II（B2）与密封体II（B3）接触的一面设置有反向倾角，限位滑块II（B2）另一面与阀体II（B6）之间设置限位弹簧II（B4），阀体II（B6）嵌在注水硬管（8）表面。

4.根据权利要求3所述的工作面采空区裂隙带钻孔透气性分段测试装置，其特征在于：所述的D阀包括关水孔（D1）、阻断杆（D2）、复位拉环（D3）、承压板（D4）和隔水膜（D5），隔水膜（D5）嵌在注水硬管（8）上，隔水膜（D5）中部设置贯穿的阻断杆（D2），阻断杆（D2）一端与注水硬管（8）内部接通，阻断杆（D2）另一端安装承压板（D4），承压板（D4）上设置复位拉环（D3）；所述的关水孔（D1）设置在1号滑块上，关水孔（D1）下端与喷水动力头注水管（9）连通，关水孔（D1）下端的孔径比上端的孔径大两毫米，关水孔（D1）下部安装有T型活塞，活塞上连接有回位弹簧。

5.一种如权利要求4所述的工作面采空区裂隙带钻孔透气性分段测试装置的测试方法，其特征在于：包括以下步骤，

S100～将注水软管与注水水泵、封堵注水装置连接起来，将封堵注水装置放入钻孔，打开注水水泵，调节压力小于p1，p1为A阀和C阀部分打开的压力，使喷水动力头带动封堵注水装置进入钻孔，注水软管上带有刻度，根据注水软管的刻度确定封堵注水钻孔的位置，到达指定位置后停止注水；

S200～在外面固定住注水软管，打开注水水泵继续注水，使喷水动力头带动1滑块和2号滑块发生位移，加大注水水压，开始往水囊注水 ，当水压加到p3时停止注水，p3为A阀和C阀全部打开的压力；

S300～调节注水水泵压力小于p3，开始往钻孔注水区注水，记录下注水压力及在此压力下的流量；停止注水，从注水水泵上拆下带有刻度的注水软管，等软管里面没有水流出后，重新调节注水水泵压力，接上软管开始注水，记录下新的水压和流量；重复上述步骤获得多组数据；

S400～调节注水水泵压力至p4，p4＞p3，关闭注水水泵，拆下带有刻度的注水软管，等管内没有水流出后，拖动注水软管撤出装置，按动复位杆及复位拉环使装置复位；

S500～改变注水位置，重复步骤S2-S4，获得钻孔另一位置渗透参数；

S600～重复步骤S5，获得整个钻孔的渗透参数；

S700～对比钻孔不同区域同一压力下的注水流量，流量越多的地方裂隙约发育，确定钻孔裂隙最发育部位；

S800～重复S200至S600对不同钻孔进行裂隙发育程度测试，确定裂隙最发育部位。

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