CN211230437U - 一种煤矿井下松动带测定装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种煤矿井下松动带测定装置，涉及煤矿瓦斯抽采封孔领域，该煤矿井下松动带测定装置包括注水管、注气管、第一封堵胶囊以及第二封堵胶囊，第一封堵胶囊设置有第一通孔，第二封堵胶囊设置有第二通孔，通过注水管向第一通孔和第二通孔内注水，第一封堵胶囊和第二封堵胶囊膨胀与钻孔孔壁贴合，第一封堵胶囊与第二封堵胶囊之间形成一封闭的气室，通过注气管向该气室内注气，观察该气室的压强变化，即可准确测定松动带范围。
Description
技术领域
本实用新型涉及煤矿瓦斯抽采封孔领域，特别是涉及一种煤矿井下松动带测定装置。
背景技术
我国煤炭资源丰富，但是我国煤炭普遍埋藏深，煤层瓦斯含量大，直接影响到我国煤矿的安全高效开采。我国是煤炭消费大国，煤炭需求量的加大导致的结果是往更深处开采煤层，煤矿的开采深度不断递增，这无疑增加了瓦斯对矿井安全开釆造成的威胁程度，煤与瓦斯突出也就越可能发生。
目前治理瓦斯事故的重要手段是采取煤层瓦斯抽采措施，实现瓦斯抽采的前提条件是封孔质量，而我国大多数煤矿煤层埋藏深，钻孔成孔后往往受到地应力扰动以及钻孔设备的机械震动等作用而发生不同程度的破坏，导致我国矿井封孔质量低，矿井钻孔封孔段达不到设计要求，且密封性能差，预抽瓦斯浓度低，难以实现抽釆高浓度瓦斯的目标。
封孔长度直接关系着密封质量，顺层钻孔抽采煤层瓦斯时均穿过煤层巷道松动带，但是若封孔长度小于上述煤层巷道松动带时，不仅会造成封孔不严，钻孔漏风严重，煤层的瓦斯抽采效率降低，增加瓦斯的利用难度，而且还会由于持续漏风引发煤层自燃。因此，准确测定巷道松动带的范围来指导封孔长度，对高效、安全抽采瓦斯具有至关重要的意义。但是目前缺乏相对应的设备来完成巷道松动带范围的准确测定。
实用新型内容
为解决以上技术问题，本实用新型提供一种能够准确测定巷道松动带范围的煤矿井下松动带测定装置。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
本实用新型提供一种煤矿井下松动带测定装置，包括：封堵组件，所述封堵组件包括前后并排设置的第一封堵胶囊和第二封堵胶囊，所述第一封堵胶囊左右并排设置有第一通孔和第二通孔，所述第二封堵胶囊左右并排设置有第三通孔和第四通孔，所述第一通孔和所述第三通孔同轴设置，所述第二通孔与所述第四通孔同轴设置；用于注水的注水管，所述注水管的第一端封堵，且所述注水管的第一端依次穿过所述第一通孔和所述第三通孔，所述注水管上设置有第一开孔和第二开孔，且所述第一开孔与第一通孔连通以向所述第一通孔内注水，所述第二开孔与第三通孔连通以向所述第三通孔内注水，所述第一通孔内注水所述第一封堵胶囊膨胀，所述第二通孔内注水所述第二封堵胶囊膨胀；用于注气的注气管，所述注气管的第一端封堵，且所述注气管的第一端依次穿过所述第二通孔和所述第四通孔，所述注气管上设置有第三开孔，且所述第三开孔位于所述第二通孔和所述第四通孔之间；紧固密封组件，所述紧固密封组件包括第一紧固密封件、第二紧固密封件、第三紧固密封件以及第四紧固密封件，所述第一紧固密封件用于密封所述第一通孔的两端并使所述第一封堵胶囊固定于所述注水管上，所述第二紧固密封件用于密封所述第二通孔的两端并使所述第一封堵胶囊固定于所述注气管上，所述第三紧固密封件用于密封所述第三通孔的两端并使所述第二封堵胶囊固定于所述注水管上，所述第四紧固密封件用于密封所述第四通孔的两端并使所述第二封堵胶囊固定于所述注气管上；压力测量装置，所述压力测量装置与所述注气管相连通，以测量所述注气管内部压力；连通组件，所述连通组件包括第一连通管体和第二连通管体，所述第一连通管体与所述注气管的一端连通，所述第二连通管体与所述注水管的一端连通。
优选地，所述第一通孔的两端均设置有第一连接套，所述第二通孔的两端均设置有第二连接套，所述第三通孔的两端均设置有第三连接套，所述第四通孔的两端均设置有第四连接套，所述第一连接套和所述第三连接套均套设于所述注水管上，所述第二连接套和所述第四连接套均套设于所述注气管上，所述第一连接套与所述第一紧固密封件一一对应并连接，所述第二连接套与所述第二紧固密封件一一对应并连接，所述第三连接套与所述第三紧固密封件一一对应并连接，所述第四连接套与所述第四紧固密封件一一对应并连接。
优选地，所述第一连接套、所述第二连接套、所述第三连接套以及所述第四连接套均采用橡胶制成，所述第一紧固密封件、所述第二紧固密封件、所述第三紧固密封件以及所述第四紧固密封件均为卡箍。
优选地，所述压力测量装置为压力表。
优选地，所述第一封堵胶囊与所述第二封堵胶囊之间的距离不小于50cm。
优选地，还包括三通接头和二通接头，所述三通接头的第一端与所述注气管的第二端连通、第二端与所述第一连通管体的第一端连通、第三端与所述压力测量装置连通，所述二通接头的第一端与所述注水管的第二端连通、第二端与所述第二连通管体的第一端连通。
优选地，所述第一连通管体包括若干个同轴设置并依次连通的第一连通管，所述第二连通管体包括若干个同轴设置并依次连通的第二连通管。
优选地，所述第一封堵胶囊和所述第二封堵胶囊均采用橡胶制成。
优选地，所述注气管、所述注水管、所述第一连通管体以及所述第二连通管体均采用不锈钢制成。
优选地，所述第一封堵胶囊和所述第二封堵胶囊的外周侧壁上均设置有螺纹。
本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：
本实用新型的提供的煤矿井下松动带测定装置包括注水管、注气管、第一封堵胶囊以及第二封堵胶囊，第一封堵胶囊设置有第一通孔，第二封堵胶囊设置有第二通孔，通过注水管向第一通孔和第二通孔内注水，第一封堵胶囊和第二封堵胶囊膨胀与钻孔孔壁贴合，第一封堵胶囊与第二封堵胶囊之间形成一封闭的气室，通过注气管向该气室内注气，观察该气室的压强变化，即可准确测定松动带范围。该煤矿井下松动带测定装置操作简单，可以快速测定松动带范围，且该装置能多次使用，上次的试验不会给下次试验带来影响，对被试验的钻孔不造成破坏。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例中提供的煤矿井下松动带测定装置的结构示意图；
图2为本实用新型实施例中提供的卡箍的结构示意图。
附图标记说明：1、第一封堵胶囊；101、第一通孔；102、第二通孔；2、第二封堵胶囊；201、第三通孔；202、第四通孔；3、注水管；301、第一开孔；302、第二开孔；4、注气管；401、第三开孔；5、第一紧固密封件；6、第二紧固密封件；7、第三紧固密封件；8、第四紧固密封件；9、压力测量装置；10、第一连接套；11、第二连接套；12、第三连接套；13、第四连接套；14、三通接头；15、二通接头。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型的目的是提供一种能够准确测定巷道松动带范围的煤矿井下松动带测定装置。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
如图1-2所示，本实施例提供一种煤矿井下松动带测定装置，包括：封堵组件，封堵组件包括前后并排设置的第一封堵胶囊1和第二封堵胶囊2，第一封堵胶囊1左右并排设置有第一通孔101和第二通孔102，第二封堵胶囊2左右并排设置有第三通孔201和第四通孔202，第一通孔101和第三通孔201同轴设置，第二通孔102与第四通孔202同轴设置；用于注水的注水管3，注水管3的第一端封堵，且注水管3的第一端依次穿过第一通孔101和第三通孔201，注水管3上设置有第一开孔301和第二开孔302，且第一开孔301与第一通孔101连通以向第一通孔101内注水，第二开孔302与第三通孔201连通以向第三通孔201内注水，第一通孔101内注水第一封堵胶囊1膨胀，第二通孔102内注水第二封堵胶囊2膨胀；用于注气的注气管4，注气管4的第一端封堵，且注气管4的第一端依次穿过第二通孔102和第四通孔202，注气管4上设置有第三开孔401，且第三开孔401位于第二通孔102和第四通孔202之间；紧固密封组件，紧固密封组件包括第一紧固密封件5、第二紧固密封件6、第三紧固密封件7以及第四紧固密封件8，第一紧固密封件5用于密封第一通孔101的两端并使第一封堵胶囊1固定于注水管3上，第二紧固密封件6用于密封第二通孔102的两端并使第一封堵胶囊1固定于注气管4上，第三紧固密封件7用于密封第三通孔201的两端并使第二封堵胶囊2固定于注水管3上，第四紧固密封件8用于密封第四通孔202的两端并使第二封堵胶囊2固定于注气管4上；压力测量装置9，压力测量装置9与注气管4相连通，以测量注气管4内部压力；连通组件，连通组件包括第一连通管体和第二连通管体，第一连通管体与注气管4的一端连通，第二连通管体与注水管3的一端连通。该煤矿井下松动带测定装置通过注水管3向第一通孔101和第二通孔102内注水，第一封堵胶囊和第二封堵胶囊膨胀与钻孔孔壁贴合，第一封堵胶囊与第二封堵胶囊之间形成一封闭的气室，通过注气管4向该气室内注气，观察该气室的压强变化，即可准确测定松动带范围。具体地，注气管3的第一端设置第一堵块以实现封堵，注水管3的第一端设置第二堵块以实现封堵。
于本实施例中，为了方便密封第一通孔101的两端、第二通孔102的两端、第三通孔201的两端以及第四通孔202两端，第一通孔101的两端均设置有第一连接套10，第二通孔102的两端均设置有第二连接套11，第三通孔201的两端均设置有第三连接套12，第四通孔202的两端均设置有第四连接套13，第一连接套10和第三连接套12均套设于注水管3上，第二连接套11和第四连接套13均套设于注气管4上，第一连接套10与第一紧固密封件5一一对应并连接，第二连接套11与第二紧固密封件6一一对应并连接，第三连接套12与第三紧固密封件7一一对应并连接，第四连接套13与第四紧固密封件8一一对应并连接。
具体地，第一连接套10、第二连接套11、第三连接套12以及第四连接套13均采用橡胶制成，第一紧固密封件5、第二紧固密封件6、第三紧固密封件7以及第四紧固密封件8均为卡箍，参考图2。
在具体使用过程在，以第一通孔101、第一连接套10以及第一紧固密封件5为例，在卡箍的箍紧作用下第一连接套10的内周侧壁与注水管3的外周侧壁紧密贴合，进而实现了第一通孔101两端的密封，同时卡箍锁紧第一连接套10防止第一连接套10沿注气管4的轴线方向滑动，将第一连接套10位置锁死，进而实现第一封堵胶囊1的固定。第二连接套11、第三连接套12以及第四连接套13的紧固密封方式与第一连接套10的紧固密封方式相同，在此不再赘述。
于本实施例中，压力测量装置9为压力表。
于本实施例中，第一封堵胶囊1与第二封堵胶囊2之间的距离不小于50cm。本实施例中具体地，第一封堵胶囊1与第二封堵胶囊2之间的距离为50cm。
于本实施例中，煤矿井下松动带测定装置还包括三通接头14和二通接头15，三通接头14的第一端与注气管4的第二端连通、第二端与第一连通管体的第一端连通、第三端与压力测量装置9连通，二通接头15的第一端与注水管3的第二端连通、第二端与第二连通管体的第一端连通。三通接头14和二通接头15为现有技术，具体结构不在赘述。
进一步地，三通接头14的第一端与注气管4的第二端通过螺纹连接，三通接头14的第二端与第一连通管体的第一端通过螺纹连接，三通接头14的第三端与压力测量装置9通过螺纹连接，二通接头15的第一端与注水管3的第二端通过螺纹连接，二通接头15的第二端与第二连通管体的第一端通过螺纹连接，如此设置，注气管4与第一连通管体以及压力测量装置9拆装方便，注水管3与第二连通管体拆装方便。
于本实施例中，第一连通管体包括若干个同轴设置并依次连通的第一连通管，第二连通管体包括若干个同轴设置并依次连通的第二连通管。第一连通管和第二连通管的数量视情况而定，在具体使用过程中根据该煤矿井下松动带测定装置置入孔洞的深度来调整第一连通管和第二连通管的数量。任意相邻两个第一连通管以及任意相邻两个第二连通管之间均拆卸连接。第一连通管体和第二连通管体分别用于改变注气管4和注水管3的长度，以方便注气注水。在具体使用过程中，当该煤矿井下松动带测定装置置入深度较小时，可以不设置第一连通管体和第二连通管体，直接通过注水管3注水，注气管4注气即可。
于本实施例中，第一封堵胶囊1和第二封堵胶囊2均采用橡胶制成。另外，第一封堵胶囊1和第二封堵胶囊2并不仅限于采用橡胶制成，任何能够承受一定压力，且在该一定压力作用下能够膨胀的材质均可。
于本实施例中，为了延长装置的使用寿命，注气管4、注水管3、第一连通管体以及第二连通管体均采用不锈钢制成。
于本实施例中，为了方便固定第一封堵胶囊1和第二封堵胶囊2，第一封堵胶囊1和第二封堵胶囊2的外周侧壁上均设置有螺纹。螺纹的设置增大了第一封堵胶囊1和第二封堵胶囊2与钻孔孔壁之间的摩擦力。第一封堵胶囊1和第二封堵胶囊2均为柱状结构。
煤矿井下松动带测定装置使用过程中，具体包括以下步骤：
步骤一：根据设计要求，施工瓦斯抽采钻孔，待瓦斯抽采钻孔施工完成并清洗干净后，将该煤矿井下松动带测定装置装入钻孔；
步骤二：外界水源通过泵与第二连通管体连通，通过第二连通管体向第一通孔101与第三通孔201注入清水，因为第一通孔101与第三通孔201两端均由卡箍密封，清水一直在第一通孔101与第三通孔201内部聚积，因为第一封堵胶囊1与第二封堵胶囊2有一定承压膨胀性，所以在清水注满第一通孔101与第三通孔201后，第一封堵胶囊1与第二封堵胶囊2膨胀与孔壁贴合，此时在第一封堵胶囊1与第二封堵胶囊2中间就形成了一个密闭的空间，称为气室；
步骤三：外界气源与第一连通管体连通，通过第一连通管体向气室注气，当压力表稳定后，停止注气，观察压力表读数的变化，每隔10s进行一次记录；
步骤四，等压力表读数稳定，切断外界气源，打开第一连通管体，将气室内的空气放出，然后通过泵抽取第一通孔101和第二通孔102内的清水，使第一封堵胶囊1和第二封堵胶囊2泄压；
步骤五，改变第一连通管和第二连通管的数量进而增加第一连通管体和第二连通管体的长度，使第一封堵胶囊1与第二封堵胶囊2的位置向钻孔深处移动特定距离。
步骤六，循环重复上述测定过程，得到气室在不同位置的气体稳定压力，根据气室在不同位置的气体稳定压力来确定封孔段的位置以及封孔段的长度。
根据气室在不同位置的气体稳定压力来确定封孔段的位置以及封孔段的长度的判定原理如下：
钻孔孔洞内气体的流动满足理想气体状态方程(普适气体定律)：
pV＝nRT
其中：p为气体压强，单位Pa；V为气体体积，单位m3；n为气体的物质的量，单位为mol；T为体系温度，单位K；R是气体常量(比例常数)单位是J/(mol·K)。根据理想气体状态方程可以得到如下推论：
当气体温度、与注入气体量恒定时，气体压强之比与体积的比相同，即可得p初始V初始＝p平衡V平衡，当注入一定压力的气体后，p初始V初始为一个定值，随着气体扩散到钻孔周围的裂隙中后V平衡＝V初始+V裂隙，根据注入气体后气室的稳定压力可以求得该气室对应的V裂隙大小，松动带裂隙体积较其他位置不稳定，波动大，其他位置裂隙体积基本不变。因此，分析V裂隙即可判断松动带范围，进而确定封孔段的位置以及封孔段的长度。
本说明书中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (10)
1.一种煤矿井下松动带测定装置，其特征在于，包括：
封堵组件，所述封堵组件包括前后并排设置的第一封堵胶囊和第二封堵胶囊，所述第一封堵胶囊左右并排设置有第一通孔和第二通孔，所述第二封堵胶囊左右并排设置有第三通孔和第四通孔，所述第一通孔和所述第三通孔同轴设置，所述第二通孔与所述第四通孔同轴设置；
用于注水的注水管，所述注水管的第一端封堵，且所述注水管的第一端依次穿过所述第一通孔和所述第三通孔，所述注水管上设置有第一开孔和第二开孔，所述第一开孔与第一通孔连通以向所述第一通孔内注水，所述第二开孔与第三通孔连通以向所述第三通孔内注水，所述第一通孔内注水所述第一封堵胶囊膨胀，所述第二通孔内注水所述第二封堵胶囊膨胀；
用于注气的注气管，所述注气管的第一端封堵，且所述注气管的第一端依次穿过所述第二通孔和所述第四通孔，所述注气管上设置有第三开孔，且所述第三开孔位于所述第二通孔和所述第四通孔之间；
紧固密封组件，所述紧固密封组件包括第一紧固密封件、第二紧固密封件、第三紧固密封件以及第四紧固密封件，所述第一紧固密封件用于密封所述第一通孔的两端并使所述第一封堵胶囊固定于所述注水管上，所述第二紧固密封件用于密封所述第二通孔的两端并使所述第一封堵胶囊固定于所述注气管上，所述第三紧固密封件用于密封所述第三通孔的两端并使所述第二封堵胶囊固定于所述注水管上，所述第四紧固密封件用于密封所述第四通孔的两端并使所述第二封堵胶囊固定于所述注气管上；
压力测量装置，所述压力测量装置与所述注气管相连通，以测量所述注气管内部压力；
连通组件，所述连通组件包括第一连通管体和第二连通管体，所述第一连通管体与所述注气管的一端连通，所述第二连通管体与所述注水管的一端连通。
2.根据权利要求1所述的煤矿井下松动带测定装置，其特征在于，所述第一通孔的两端均设置有第一连接套，所述第二通孔的两端均设置有第二连接套，所述第三通孔的两端均设置有第三连接套，所述第四通孔的两端均设置有第四连接套，所述第一连接套和所述第三连接套均套设于所述注水管上，所述第二连接套和所述第四连接套均套设于所述注气管上，所述第一连接套与所述第一紧固密封件一一对应并连接，所述第二连接套与所述第二紧固密封件一一对应并连接，所述第三连接套与所述第三紧固密封件一一对应并连接，所述第四连接套与所述第四紧固密封件一一对应并连接。
3.根据权利要求2所述的煤矿井下松动带测定装置，其特征在于，所述第一连接套、所述第二连接套、所述第三连接套以及所述第四连接套均采用橡胶制成，所述第一紧固密封件、所述第二紧固密封件、所述第三紧固密封件以及所述第四紧固密封件均为卡箍。
4.根据权利要求1所述的煤矿井下松动带测定装置，其特征在于，所述压力测量装置为压力表。
5.根据权利要求1所述的煤矿井下松动带测定装置，其特征在于，所述第一封堵胶囊与所述第二封堵胶囊之间的距离不小于50cm。
6.根据权利要求1所述的煤矿井下松动带测定装置，其特征在于，还包括三通接头和二通接头，所述三通接头的第一端与所述注气管的第二端连通、第二端与所述第一连通管体的第一端连通、第三端与所述压力测量装置连通，所述二通接头的第一端与所述注水管的第二端连通、第二端与所述第二连通管体的第一端连通。
7.根据权利要求1所述的煤矿井下松动带测定装置，其特征在于，所述第一连通管体包括若干个同轴设置并依次连通的第一连通管，所述第二连通管体包括若干个同轴设置并依次连通的第二连通管。
8.根据权利要求1所述的煤矿井下松动带测定装置，其特征在于，所述第一封堵胶囊和所述第二封堵胶囊均采用橡胶制成。
9.根据权利要求1所述的煤矿井下松动带测定装置，其特征在于，所述注气管、所述注水管、所述第一连通管体以及所述第二连通管体均采用不锈钢制成。
10.根据权利要求1所述的煤矿井下松动带测定装置，其特征在于，所述第一封堵胶囊和所述第二封堵胶囊的外周侧壁上均设置有螺纹。
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2019
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