CN219737174U - 一种顺层钻孔煤层各向异性透气性系数测定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种顺层钻孔煤层各向异性透气性系数测定装置，属于煤矿瓦斯抽采技术领域。包括氮气储气瓶、示踪气体储气瓶、泄压阀、压力表、气瓶阀门、注气孔、水平检测孔、垂直检测孔；所述氮气储气瓶和所述示踪气体储气瓶的外侧均设置有固定机构。本实用新型通过将氮气储气瓶和示踪气体储气瓶分别放置到固定机构的固定底座上，使得一侧与第一夹板抵触，再通过转动手轮带动螺杆转动，螺杆带动第二夹板移动，使第二夹板和第一夹板配合将氮气储气瓶和示踪气体储气瓶夹持固定在固定底座上，从而增加了氮气储气瓶和示踪气体储气瓶使用时的稳定性，防止出现倾倒的问题，增加安全性。

Description

一种顺层钻孔煤层各向异性透气性系数测定装置

技术领域

本实用新型涉及煤矿瓦斯抽采技术领域，具体而言，涉及一种顺层钻孔煤层各向异性透气性系数测定装置。

背景技术

煤层透气性系数反映了瓦斯在煤层中流动的难易程度，是评价瓦斯抽采能力和瓦斯突出危险性的关键参数，是瓦斯抽采设计中钻孔布置的重要依据。煤层瓦斯抽采工程实践表明，由于煤层层理发育的差异，煤层的透气性存在各向异性，即煤层各方向的瓦斯流动难易程度存在较大差别。因此，测定煤层不同方向的透气性系数对合理布置抽采钻孔提高瓦斯抽采效果及效率具有至关重要的作用。

目前我国测试煤层透气性系数主要采用单一钻孔径向流量法，但该方法假设煤层透气性系数为各向同性。且利用径向流量法需要先测量煤层瓦斯压力，待钻孔压力稳定后方可进行钻孔流量的计量，该方法测试周期较长，并且无法体现煤层透气性系数的差异性。径向流量法测定煤层透气性系数，需要利用穿层钻孔进行测试，对于条件特殊无法实施穿层钻孔的煤层无法测量，适用条件有限。中国专利201811597511.0公布了一种井下注气测定煤层各向异性透气性系数的方法，虽然该方法测定了煤层渗透率的各项异性，但由于高压钻孔周围的测定钻孔依然采用测量气体流量的方法进行计算，其实际测量的气体流量除了高压钻孔提供的气体外也包含了钻孔四周流入钻孔的气体，因此计算的结果存在较大误差。

实用新型内容

为了弥补以上不足，本实用新型提供了一种顺层钻孔煤层各向异性透气性系数测定装置，旨在改善上述背景技术中存在的问题。

本实用新型实施例提供了一种顺层钻孔煤层各向异性透气性系数测定装置，包括氮气储气瓶、示踪气体储气瓶、泄压阀、压力表、气瓶阀门、注气孔、水平检测孔、垂直检测孔、检测阀门、抽采管路、隔绝气囊、气室、卸压带和原岩应力带；

所述氮气储气瓶和所述示踪气体储气瓶的外侧均设置有固定机构，所述氮气储气瓶和所述示踪气体储气瓶通过所述固定机构固定放置在煤巷内，所述氮气储气瓶的输出端通过第一输气管与所述注气孔连通设置，所述泄压阀和所述压力表均固定设置在所述第一输气管靠近所述氮气储气瓶的一端，所述示踪气体储气瓶的输出端通过第二输气管与所述注气孔连通设置，所述气瓶阀门固定安装在所述第二输气管靠近所述示踪气体储气瓶的一端，所述水平检测孔水平设置在所述注气孔的一侧，所述垂直检测孔垂直设置在所述注气孔的一侧，所述水平检测孔的一端通过第三输气管与所述抽采管路的一端连通设置，所述垂直检测孔的一端通过第四输气管与所述抽采管路的一端连通设置，所述抽采管路固定设置在所述煤巷内，所述隔绝气囊和所述气室分别设置在所述注气孔、所述水平检测孔和所述垂直检测孔的内部，所述卸压带和所述原岩应力带设置在所述垂直检测孔的上方，且所述卸压带和所述原岩应力带的一端连接；

所述固定机构包括用于放置所述氮气储气瓶和所述示踪气体储气瓶的固定底座，所述固定底座的上表面一侧焊接有第一侧板，所述固定底座的上表面另一侧焊接有第二侧板，所述第一侧板的内表面焊接有固定杆，所述固定杆的另一端焊接有第一连接板，所述第一连接板的外表面焊接有第一夹板，所述第二侧板上螺纹连接有螺杆，所述螺杆的一端固定设置有手轮，所述螺杆的另一端转动连接有第二连接板，所述第二连接板的外表面焊接有第二夹板。

在上述实现过程中，通过将氮气储气瓶和示踪气体储气瓶分别放置到固定机构的固定底座上，使得一侧与第一夹板抵触，再通过转动手轮带动螺杆转动，螺杆带动第二夹板移动，使第二夹板和第一夹板配合将氮气储气瓶和示踪气体储气瓶夹持固定在固定底座上，从而增加了氮气储气瓶和示踪气体储气瓶使用时的稳定性，防止出现倾倒的问题，增加安全性；通过在待注气孔的气室内压力与抽采负压稳定后向注气孔充入示踪气体，通过检测不同方向上的检测孔内的示踪气体出现的时间，并分别记录，利用示踪气体分别流入各方向钻孔的时间以及钻孔间距可以计算钻孔在某一方向上的瓦斯流量，结合煤层透气性系数的定义式，得到煤层透气性系数的计算公式求得煤层透气性系数，计算过程简单。

在一种具体的实施方案中，所述检测阀门设置有两组，两组所述检测阀门分别固定安装在所述第三输气管和所述第四输气管上。

在上述实现过程中，能够方便对第三输气管和第四输气管分别进行控制。

在一种具体的实施方案中，所述隔绝气囊在所述注气孔、所述水平检测孔和所述垂直检测孔的内部均设置有三组，三组所述隔绝气囊分别设置于钻孔的顶端、前侧及孔口处。

在一种具体的实施方案中，所述注气孔、所述水平检测孔和所述垂直检测孔的钻孔长度大于所述卸压带的宽度。

在一种具体的实施方案中，所述第一夹板和所述第二夹板均设置有两组，两组所述第一夹板和两组所述第二夹板均纵向设置，且均设置为弧形结构。

在上述实现过程中，能够增加夹持的稳定性。

在一种具体的实施方案中，所述手轮的把手表面固定套接有海绵套，且所述第二连接板的外表面对称焊接有两组导杆，两组所述导杆贯穿所述第二侧板且与所述第二侧板滑动连接。

在上述实现过程中，能够增加在转动手轮时对手部的保护，且防止第二连接板转动。

在一种具体的实施方案中，所述第一侧板和所述第二侧板的顶部焊接有支杆，所述支杆的顶部焊接有防护板。

在上述实现过程中，能够方便掉落的碎岩对储气瓶造成损伤。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型通过设置固定机构，通过将氮气储气瓶和示踪气体储气瓶分别放置到固定机构的固定底座上，使得一侧与第一夹板抵触，再通过转动手轮带动螺杆转动，螺杆带动第二夹板移动，使第二夹板和第一夹板配合将氮气储气瓶和示踪气体储气瓶夹持固定在固定底座上，从而增加了氮气储气瓶和示踪气体储气瓶使用时的稳定性，防止出现倾倒的问题，增加安全性；

本实用新型通过在待注气孔的气室内压力与抽采负压稳定后向注气孔充入示踪气体，通过检测不同方向上的检测孔内的示踪气体出现的时间，并分别记录，利用示踪气体分别流入各方向钻孔的时间以及钻孔间距可以计算钻孔在某一方向上的瓦斯流量，结合煤层透气性系数的定义式，得到煤层透气性系数的计算公式求得煤层透气性系数，计算过程简单。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本实用新型实施方式提供的煤巷壁面注气孔与检测孔及装置连接示意；

图2为本实用新型实施方式提供的图1中A-A’处的剖面图；

图3为本实用新型实施方式提供的固定底座的结构示意图。

图中：1、氮气储气瓶；2、示踪气体储气瓶；3、泄压阀；4、压力表；5、气瓶阀门；6、注气孔；7、水平检测孔；8、垂直检测孔；9、检测阀门；10、抽采管路；11、隔绝气囊；12、气室；13、卸压带；14、原岩应力带；15、第一输气管；16、第二输气管；17、第三输气管；18、第四输气管；19、固定底座；20、第一侧板；21、第二侧板；22、固定杆；23、第一连接板；24、第一夹板；25、螺杆；26、手轮；27、第二连接板；28、第二夹板；29、海绵套；30、导杆；31、支杆；32、防护板。

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描述。

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅1-3，本实用新型提供一种顺层钻孔煤层各向异性透气性系数测定装置，包括氮气储气瓶1、示踪气体储气瓶2、泄压阀3、压力表4、气瓶阀门5、注气孔6、水平检测孔7、垂直检测孔8、检测阀门9、抽采管路10、隔绝气囊11、气室12、卸压带13和原岩应力带14；

所述氮气储气瓶1和所述示踪气体储气瓶2的外侧均设置有固定机构，所述氮气储气瓶1和所述示踪气体储气瓶2通过所述固定机构固定放置在煤巷内，所述氮气储气瓶1的输出端通过第一输气管15与所述注气孔6连通设置，所述泄压阀3和所述压力表4均固定设置在所述第一输气管15靠近所述氮气储气瓶1的一端，所述示踪气体储气瓶2的输出端通过第二输气管16与所述注气孔6连通设置，所述气瓶阀门5固定安装在所述第二输气管16靠近所述示踪气体储气瓶2的一端，所述水平检测孔7水平设置在所述注气孔6的一侧，所述垂直检测孔8垂直设置在所述注气孔6的一侧，所述水平检测孔7的一端通过第三输气管17与所述抽采管路10的一端连通设置，所述垂直检测孔8的一端通过第四输气管18与所述抽采管路10的一端连通设置，所述抽采管路10固定设置在所述煤巷内，所述隔绝气囊11和所述气室12分别设置在所述注气孔6、所述水平检测孔7和所述垂直检测孔8的内部，所述卸压带13和所述原岩应力带14设置在所述垂直检测孔8的上方，且所述卸压带13和所述原岩应力带14的一端连接；

所述固定机构包括用于放置所述氮气储气瓶1和所述示踪气体储气瓶2的固定底座19，所述固定底座19的上表面一侧焊接有第一侧板20，所述固定底座19的上表面另一侧焊接有第二侧板21，所述第一侧板20的内表面焊接有固定杆22，所述固定杆22的另一端焊接有第一连接板23，所述第一连接板23的外表面焊接有第一夹板24，所述第二侧板21上螺纹连接有螺杆25，所述螺杆25的一端固定设置有手轮26，所述螺杆25的另一端转动连接有第二连接板27，所述第二连接板27的外表面焊接有第二夹板28。

具体的，为了方便对第三输气管17和第四输气管18分别进行控制，所述检测阀门9设置有两组，两组所述检测阀门9分别固定安装在所述第三输气管17和所述第四输气管18上。

在具体设置时，所述隔绝气囊11在所述注气孔6、所述水平检测孔7和所述垂直检测孔8的内部均设置有三组，三组所述隔绝气囊11分别设置于钻孔的顶端、前侧及孔口处。

需要说明的是，所述注气孔6、所述水平检测孔7和所述垂直检测孔8的钻孔长度大于所述卸压带13的宽度。

在一些具体的实施方案中，为了增加夹持的稳定性，所述第一夹板24和所述第二夹板28均设置有两组，两组所述第一夹板24和两组所述第二夹板28均纵向设置，且均设置为弧形结构。

在其他一些实施方案中，为了增加在转动手轮26时对手部的保护，且防止第二连接板27转动，所述手轮26的把手表面固定套接有海绵套29，且所述第二连接板27的外表面对称焊接有两组导杆30，两组所述导杆30贯穿所述第二侧板21且与所述第二侧板21滑动连接。

在本实用新型中，为了方便掉落的碎岩对储气瓶造成损伤，所述第一侧板20和所述第二侧板21的顶部焊接有支杆31，所述支杆31的顶部焊接有防护板32。

本实用新型还提供了一种顺层钻孔煤层各向异性透气性系数测定方法，包括以下步骤：

S1.在工作面风巷或机巷内，选择煤层完好、无抽采钻孔影响、远离构造带区域；

S2.在巷道壁面确定注气孔6，注气孔6的上方及侧方分别布置两个检测钻孔长度与注气孔6长度相同，与注气孔6间距为d的水平检测孔7和垂直检测孔8；

S3.利用隔绝气囊11将注气孔6和水平检测孔7和垂直检测孔8进行封孔，将隔绝气囊11分别置于钻孔顶端、前侧及孔口处，钻孔长度大于巷道卸压带13宽度L，且前侧隔绝气囊11与顶端隔绝气囊11形成气室12，气室12位于卸压带13外；

S4.将氮气储气瓶1和示踪气体储气瓶2分别放置到固定机构的固定底座19上，使得一侧与第一夹板24抵触，再通过转动手轮26带动螺杆25转动，螺杆25带动第二夹板28移动，使第二夹板28和第一夹板24配合将氮气储气瓶1和示踪气体储气瓶2夹持固定在固定底座19上；

S5.对应安装泄压阀3、压力表4、气瓶阀门5、检测阀门9、第一输气管15、第二输气管16、第三输气管17和第四输气管18；

S6.将氮气注入注气孔6内，恒定气室12内压力为P1，恒定抽采负压为P2，待压力稳定后向注气孔6注入SF6示踪气体；

S7.将注入示踪气体的时间为初始时间，记录检测钻孔检测到示踪气体的时间；

S8.计算得出煤层不同方向的透气性系数λ。

在本实施例中，所述计算得出煤层不同方向的透气性系数λ，具体包括如下步骤：

S801.测定示踪气体在煤层中的流速，公式如下：

v = d/t；

其中v表示示踪气体在煤层中的流速，单位m/d；d表示检测钻孔与注气钻孔间距，单位m；t表示检测到示踪气体所用时间，单位d；

S802.计算煤层透气性系数，计算公式如下：

λ= Bk/2μP0，

k = Qμd/[A(P1-P2)]，

Q = A·v

其中，λ表示煤层透气性系数，单位m²/(MPa²·d)；B表示单位换算系数；k表示煤体渗透率，单位m2；μ表示气体动力粘滞系数，单位Pa·s；P₀表示大气压，单位MPa；P₁表示注气孔气室压力，单位MPa；P₂表示检测孔抽采负压，单位MPa；Q表示注气孔流入检测孔的气体流量，单位m³/d；A表示气室沿长度方向投影面积，单位m²。

该一种顺层钻孔煤层各向异性透气性系数测定装置的工作原理：

本实用新型通过设置固定机构，通过将氮气储气瓶1和示踪气体储气瓶2分别放置到固定机构的固定底座19上，使得一侧与第一夹板24抵触，再通过转动手轮26带动螺杆25转动，螺杆25带动第二夹板28移动，使第二夹板28和第一夹板24配合将氮气储气瓶1和示踪气体储气瓶2夹持固定在固定底座19上，从而增加了氮气储气瓶1和示踪气体储气瓶2使用时的稳定性，防止出现倾倒的问题，增加安全性；通过在待注气孔6的气室12内压力与抽采负压稳定后向注气孔6充入示踪气体，通过检测不同方向上的检测孔内的示踪气体出现的时间，并分别记录，利用示踪气体分别流入各方向钻孔的时间以及钻孔间距可以计算钻孔在某一方向上的瓦斯流量，结合煤层透气性系数的定义式，得到煤层透气性系数的计算公式求得煤层透气性系数，计算过程简单。

以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种顺层钻孔煤层各向异性透气性系数测定装置，其特征在于，包括氮气储气瓶(1)、示踪气体储气瓶(2)、泄压阀(3)、压力表(4)、气瓶阀门(5)、注气孔(6)、水平检测孔(7)、垂直检测孔(8)、检测阀门(9)、抽采管路(10)、隔绝气囊(11)、气室(12)、卸压带(13)和原岩应力带(14)；

所述氮气储气瓶(1)和所述示踪气体储气瓶(2)的外侧均设置有固定机构，所述氮气储气瓶(1)和所述示踪气体储气瓶(2)通过所述固定机构固定放置在煤巷内，所述氮气储气瓶(1)的输出端通过第一输气管(15)与所述注气孔(6)连通设置，所述泄压阀(3)和所述压力表(4)均固定设置在所述第一输气管(15)靠近所述氮气储气瓶(1)的一端，所述示踪气体储气瓶(2)的输出端通过第二输气管(16)与所述注气孔(6)连通设置，所述气瓶阀门(5)固定安装在所述第二输气管(16)靠近所述示踪气体储气瓶(2)的一端，所述水平检测孔(7)水平设置在所述注气孔(6)的一侧，所述垂直检测孔(8)垂直设置在所述注气孔(6)的一侧，所述水平检测孔(7)的一端通过第三输气管(17)与所述抽采管路(10)的一端连通设置，所述垂直检测孔(8)的一端通过第四输气管(18)与所述抽采管路(10)的一端连通设置，所述抽采管路(10)固定设置在所述煤巷内，所述隔绝气囊(11)和所述气室(12)分别设置在所述注气孔(6)、所述水平检测孔(7)和所述垂直检测孔(8)的内部，所述卸压带(13)和所述原岩应力带(14)设置在所述垂直检测孔(8)的上方，且所述卸压带(13)和所述原岩应力带(14)的一端连接；

所述固定机构包括用于放置所述氮气储气瓶(1)和所述示踪气体储气瓶(2)的固定底座(19)，所述固定底座(19)的上表面一侧焊接有第一侧板(20)，所述固定底座(19)的上表面另一侧焊接有第二侧板(21)，所述第一侧板(20)的内表面焊接有固定杆(22)，所述固定杆(22)的另一端焊接有第一连接板(23)，所述第一连接板(23)的外表面焊接有第一夹板(24)，所述第二侧板(21)上螺纹连接有螺杆(25)，所述螺杆(25)的一端固定设置有手轮(26)，所述螺杆(25)的另一端转动连接有第二连接板(27)，所述第二连接板(27)的外表面焊接有第二夹板(28)。

2.根据权利要求1所述的一种顺层钻孔煤层各向异性透气性系数测定装置，其特征在于，所述检测阀门(9)设置有两组，两组所述检测阀门(9)分别固定安装在所述第三输气管(17)和所述第四输气管(18)上。

3.根据权利要求1所述的一种顺层钻孔煤层各向异性透气性系数测定装置，其特征在于，所述隔绝气囊(11)在所述注气孔(6)、所述水平检测孔(7)和所述垂直检测孔(8)的内部均设置有三组，三组所述隔绝气囊(11)分别设置于钻孔的顶端、前侧及孔口处。

4.根据权利要求1所述的一种顺层钻孔煤层各向异性透气性系数测定装置，其特征在于，所述注气孔(6)、所述水平检测孔(7)和所述垂直检测孔(8)的钻孔长度大于所述卸压带(13)的宽度。

5.根据权利要求1所述的一种顺层钻孔煤层各向异性透气性系数测定装置，其特征在于，所述第一夹板(24)和所述第二夹板(28)均设置有两组，两组所述第一夹板(24)和两组所述第二夹板(28)均纵向设置，且均设置为弧形结构。

6.根据权利要求1所述的一种顺层钻孔煤层各向异性透气性系数测定装置，其特征在于，所述手轮(26)的把手表面固定套接有海绵套(29)，且所述第二连接板(27)的外表面对称焊接有两组导杆(30)，两组所述导杆(30)贯穿所述第二侧板(21)且与所述第二侧板(21)滑动连接。

7.根据权利要求1所述的一种顺层钻孔煤层各向异性透气性系数测定装置，其特征在于，所述第一侧板(20)和所述第二侧板(21)的顶部焊接有支杆(31)，所述支杆(31)的顶部焊接有防护板(32)。