CN114458302A - 一种掘进巷道有效卸压宽度测定装置及其使用 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及巷道卸压宽度测定技术领域，特别涉及一种掘进巷道有效卸压宽度测定装置及其使用。该装置包括示踪气体储气瓶、带气囊的钻头、软管、钻机、钻杆、压力表、计算机分析设备、真空泵、AB胶、伸缩性较好气囊、高精密度阀门若干。使用时，首先打一定距离的钻孔后，冲入定量示踪气体进入气囊并保持储气瓶打开，观察储气瓶压力表，同时使用AB胶进行简易封孔，实验过程中应实时监测气体逸散速度。通过示踪气体检测装置连续监测一定时间，稳定后对监测数据的读取与上传，可得出煤层渗透性、孔隙度情况；可实现各监测点情况实时监测与提取；一定钻孔深度示踪气体监测变化稳定后通过改变不同钻孔深度，进行连续性重复操作，最终综合各监测数据，进行整合，估算巷道有效卸压宽度完成实验。
Description
技术领域
本发明涉及巷道卸压宽度测定技术领域，特别涉及一种掘进巷道有效卸压宽度测定装置及其使用。
背景技术
伴随着浅部煤炭资源的枯竭，煤炭开采活动进一步向深部延伸，然而由于缺乏必要的深部煤岩体力学研究，现有的煤矿巷道围岩理论也有所不足，深部巷道工程问题不仅可以导致巨大的经济损失，而且造成大量安全事故，深部煤层存在“三高一低”的特点，煤层瓦斯含量和瓦斯压力升高、地应力增大、渗透率降低，瓦斯抽采难度增大，深部岩体变形破坏过程中，较为显著的力学特征之一就是分区破坏现象或分区破裂化现象，钱七虎甚至认为分区破坏现象是深部岩体工程的力学响应的标志和特征，具有的非线性破坏现象与浅部地下工程破坏行为存在差别，传统的连续介质弹塑性力学理论无法做出令人满意的诠释。若对该破坏现象处置不当，将致使深部地下工程大面积的失稳破坏。
以往的煤层巷旁卸压带宽度测定方法主要有以下几种：1. 钻屑法：采用在巷旁施工钻孔，采集钻屑测定钻屑量及钻屑解吸指标等参数，分析并确定巷旁的卸压带宽度，但在钻孔深部测定结果具有很大的不确定性。2. 瓦斯含量法：采用在巷旁施工钻孔，采集钻屑测定煤层瓦斯含量等参数。3. 钻孔瓦斯涌出初速度法：根据钻孔瓦斯涌出初速度特征确定卸压带宽度，在卸压带内煤层透气性大大增加。4. 瓦斯抽采参数法：根据不同封孔深度的瓦斯抽采钻孔的参数来确足卸压带的宽度，当封孔在卸压带内时，抽采钻孔的由于受贯通裂隙的影响，抽采负压和抽采浓度相对较低，但该方法需要施工多个钻孔，测定过程受其他因素影响较大，测定周期长。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提出一种简单便捷、准确度高的煤层巷道旁有效卸压宽度测定的装置及其使用方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种掘进巷道有效卸压宽度测定装置，包括示踪气体储气瓶、带气囊的钻头、导管、钻机、钻杆、压力表、计算机分析设备、真空泵、阀门若干；
所述带气囊的钻头通过钻杆与钻机相连，气囊通过导管与外界示踪气体储气瓶和真空泵连接，导管上安装有阀门，分别控制所述示踪气体储气瓶和所述真空泵与气囊的联通，示踪气体储气瓶出口处安装有压力表；气囊沿钻进方向两侧装有阀门，一侧为单相阀（只出不进，位于里侧）；气囊稳定安装于钻头上，气囊周围布满应变片；应变片与计算机分析设备连接数据传输，做到实时监测；
进一步的，所述气囊最大膨胀程度已知，大于钻孔半径，气囊使用材料不易破裂且稳定。
进一步的，所述气囊在膨胀状态下类似球形。
进一步的，与气囊连接的导管应保持长度足够，使用快插连接，所述钻杆长度保持充足。
进一步的，钻进过程前使用真空泵抽出气囊内气体使得钻进顺利进行，减小阻力。
进一步的，钻进过程前使用真空泵抽出气囊内气体不完全抽至真空，仅缩小气囊体积至半径小于钻孔即可。
进一步的，所述钻头上附带示踪气体追踪装置，及时反馈示踪气体情况。
一种掘进巷道有效卸压宽度测定装置的使用，包括步骤：
抽气钻进：使用真空泵抽出气囊内气体，钻进达到所需探究深度，关闭真空泵阀门。
充气:向气囊内进行充气至气囊周围感应片显示同等应力，在保证示踪气体不会沿退钻方向过度逸散后，使用AB胶进行钻孔简易封孔。
记录:打开储气瓶阀门，记录示踪气体气压变化及逸散速度。
分析计算:改变测点深度，重复抽气——充气——记录步骤，记录不同测点深度的逸散速度，绘制图表，进行巷道有效卸压宽度估算。
较优的，在所述步骤“分析计算”中，在一定测点深度，示踪气体监测变化稳定后再改变不同测点深度。
较优的，在所述步骤“分析计算”中，改变测点深度前，使用真空泵抽出气囊内气体使得钻进顺利进行，减小阻力。
本发明具有以下技术效果：
1.利用气囊和AB胶双重封孔，封孔措施应施工到位，保证示踪气体不会流失，使得实验可正常进行；
2.实现有效卸压宽度的定向定点测量，其结构简单、操作方便。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些示例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种掘进巷道有效卸压宽度测定装置结构示意图；
图2为一种掘进巷道有效卸压宽度测定装置使用步骤。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1所示，本发明的一种掘进巷道有效卸压宽度测定装置，包括示踪气体储气瓶（1）、钻头（2）、软管（使用快插连接）、钻机（4）、钻杆（5）、压力表（6）、计算机分析设备（7）、真空泵（8）、AB胶、伸缩性较好气囊（周围布满应变片，且可稳定安装于钻头上）、高精密度阀门若干；所述带气囊的钻头（2）为定制装置，气囊通过导管与外界示踪气体储气瓶连接，气囊沿钻进方向两侧装有阀门，一侧为单相阀（只出不进，位于里侧）；所述压力表（6）应进行提前精度校准，且应变片与计算机设备（7）连接数据传输，做到实时监测；所述真空泵（8）操作规范，控制阀门开关正确；
进一步的，所述气囊（近球形）最大膨胀程度已知，应大于钻孔半径，气囊使用材料不易破裂且稳定。
进一步的，与气囊连接的导管应保持长度足够，使用快插连接，所述钻杆（5）长度保持充足。
进一步的，钻进过程前使用真空泵（8）抽出气囊内气体（不许完全抽至真空，仅缩小气囊体积至小于钻孔即可）使得钻进顺利进行，减小阻力。
进一步的，所述钻头（2）上也应附带示踪气体追踪装置，及时反馈示踪气体情况。
如图2所示，一种掘进巷道有效卸压宽度测定装置的使用包括一下步骤：
抽气钻进：使用真空泵抽出气囊内气体，钻进达到所需探究深度，关闭真空泵阀门（9）。
充气:向气囊内进行充气至气囊周围感应片显示同等应力，在保证示踪气体不会沿退钻方向过度逸散后，使用AB胶进行钻孔简易封孔。
记录:打开储气瓶阀门（10），记录示踪气体气压变化及逸散速度。
分析计算:改变测点深度，重复抽气——充气——记录步骤，记录不同测点深度的逸散速度，绘制图表，进行巷道有效卸压宽度估算。
一定钻孔深度示踪气体监测变化稳定后通过改变不同钻孔深度，进行连续性重复操作，最终综合各监测数据，进行整合，估算巷道有效卸压宽度完成实验。若不同钻孔深度测得逸散速率一致，则煤层不存在分区破裂现象，若逸散速率不同，则可根据各点进行综合绘图分析，得出煤层有效卸压宽度。
较优的，在所述步骤“分析计算”中，在一定测点深度，示踪气体监测变化稳定后再改变不同测点深度。
较优的，在所述步骤“分析计算”中，改变测点深度前，使用真空泵抽出气囊内气体使得钻进顺利进行，减小阻力。
利用本装置可实现有效卸压宽度的定向定点测量，其结构简单、操作方便。操作中封孔措施应施工到位，保证示踪气体不会流失，使得实验可正常进行。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.一种掘进巷道有效卸压宽度测定装置，包括示踪气体储气瓶、带气囊的钻头、导管、钻机、钻杆、压力表、计算机分析设备、真空泵、阀门若干；
所述带气囊的钻头通过钻杆与钻机相连，气囊通过导管与外界示踪气体储气瓶和真空泵连接，导管上安装有阀门，分别控制所述示踪气体储气瓶和所述真空泵与气囊的联通，示踪气体储气瓶出口处安装有压力表；气囊沿钻头钻进方向两侧装有阀门，一侧为单相阀；气囊稳定安装于钻头上，气囊周围布满应变片；应变片与计算机分析设备连接数据传输，做到实时监测。
2.如权利要求1所述的一种掘进巷道有效卸压宽度测定装置，其特征在于，所述气囊最大膨胀程度已知，大于钻孔半径，气囊使用材料不易破裂且稳定。
3.如权利要求1或2所述的一种掘进巷道有效卸压宽度测定装置，其特征在于，所述气囊在膨胀状态下类似球形。
4.如权利要求1所述的一种掘进巷道有效卸压宽度测定装置，其特征在于，与气囊连接的导管应保持长度足够，使用快插连接，所述钻杆长度保持充足。
5.如权利要求1所述的一种掘进巷道有效卸压宽度测定装置，其特征在于，钻进过程前使用真空泵抽出气囊内气体。
6.如权利要求1或5所述的一种掘进巷道有效卸压宽度测定装置，其特征在于，钻进过程前使用真空泵抽出气囊内气体不完全抽至真空，仅缩小气囊体积至半径小于钻孔即可。
7.如权利要求1-6中任意一项所述的一种掘进巷道有效卸压宽度测定装置的使用，包括步骤：
抽气钻进：使用真空泵抽出气囊内气体，钻进达到所需探究深度，关闭真空泵阀门。
充气:向气囊内进行充气至气囊周围感应片显示同等应力，在保证示踪气体不会沿退钻方向过度逸散后，使用AB胶进行钻孔简易封孔。
记录:打开储气瓶阀门，记录示踪气体气压变化及逸散速度。
分析计算:改变测点深度，重复“抽气钻进”——“充气”——“记录”步骤，记录不同测点深度的逸散速度，绘制图表，进行巷道有效卸压宽度估算。
8.如权利要求7所述的一种掘进巷道有效卸压宽度测定装置的使用，其特征在于，在所述步骤“分析计算”中，在一定测点深度，示踪气体监测变化稳定后再改变不同测点深度。
9.如权利要求7或8所述的一种掘进巷道有效卸压宽度测定装置的使用，其特征在于，在所述步骤“分析计算”中，改变测点深度前，使用真空泵抽出气囊内气体。
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