[發明專利]一種高瓦斯軟煤鉆孔產渣量和鉆孔變形的測試方法

有效

• 申請號: 201710705695.7
• 申請日: 2017-08-17
• 公開（公告）號: CN107560570B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 胡千庭;何將福;梁運培;羅永江;李全貴;李莉佳;劉姝
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01B13/24
• 分類號: G01B13/24;G01N33/22;G01F19/00
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 唐開平

本發明公開了一種高瓦斯軟煤鉆孔產渣量和鉆孔變形的測試方法，該測試方法的步驟為：1采集高瓦斯軟煤試樣儲性參數，2制備高瓦斯松軟煤樣；3模擬井下高瓦斯軟煤層的狀況；4使用鉆孔變形模擬器形成高瓦斯軟煤層的鉆孔；5記錄瓦斯壓力對應的鉆孔產渣量和鉆孔變形量；6改變鉆孔的直徑，測試高瓦斯松軟煤樣鉆孔變形量；7繪制鉆孔變形量隨鉆孔直徑、瓦斯含量與瓦斯壓力的動態變化曲率線。本發明的優點是：真實模擬在不同孔徑規格下的高瓦斯軟煤鉆孔，且能準確測試鉆孔變形量隨瓦斯含量、瓦斯壓力的動態變化規律。

技術領域

本發明屬于煤礦開采技術領域，具體涉及一種煤層鉆孔的參數測試。

背景技術

井下高瓦斯軟煤順層鉆孔連續排渣一直是影響軟煤順層鉆孔深度的主要問題。含瓦斯軟煤鉆孔過程中，孔周煤體受瓦斯壓力、地應力及外部荷載等作用，鉆孔結構發生塑性變形，甚至破壞。鉆孔變形產生的大量煤渣聚集于孔內不同位置，引起軟煤順層鉆孔排渣受阻，鉆孔深度受到限制。

只要能夠測試高瓦斯軟煤順層鉆孔產渣量及孔內殘余煤渣量，就能準確掌握軟煤鉆孔過程中孔內產渣規律和鉆孔變形量，獲得井下高瓦斯軟煤順層深孔鉆進技術參數，實現高瓦斯軟煤順層深孔成孔。

中國專利文獻CN104535422A于2015年4月22日公開了一種模擬測試鉆孔變形的裝置及方法，該裝置包括內設煤巖體相似材料的模擬箱、設在模擬箱上的上壓板，模擬箱的前后側板上對稱開有一圓孔，前后側板上的圓孔經鉆孔模具連通，形成模擬鉆孔環境，在模擬鉆孔內設置連有導壓管的膠囊壓力感應器，導壓管的外露端經三通分別連有單向閥和壓力表；該測試鉆孔變形方法是將膠囊壓力感應器送入箱體內的鉆孔中，對鉆孔施加應力，同步記錄鉆孔形變和壓力表讀數，得到壓力與鉆孔形變關系。該專利存在的問題有：

1、該專利中采用的煤巖體相似材料為沙子、石膏、水泥和水，建造的鉆孔孔周強度較高，導致測試的精度低；

2、該專利中測試方法只能測試未含瓦斯煤巖體鉆孔變形，未含瓦斯煤巖體強度高于高瓦斯松軟煤層強度，其鉆孔變形敏感性遠低于含高瓦斯松軟煤層相似煤層，不能實現含高瓦斯松軟煤體鉆孔縮徑變形測試，測試結果不具備典型含瓦斯煤層鉆孔變形共性；

3、該專利中無法測試不同瓦斯含量、瓦斯壓力情況下鉆孔變形量，只能定性測量垂直應力作用下的鉆孔變形，而實際情況下煤層垂直應力幾乎沒變，煤層主要受瓦斯壓力、地應力及采動應力作用，該專利方法的測試結果沒有應用價值；

4、該專利采用鉆孔上貼標尺的方法測試鉆孔變形，標尺讀數受鉆孔變形影響非常大，而煤巖體微小的變形是不能用該專利方法測試得出的。同時，實際的鉆孔并非壁面非常光滑，可能存在大小不一的裂隙與坑槽，其所采用的觀察標尺法不能準確測試鉆孔變形；

5、該專利測試方法需要使用膠囊壓力傳感器，且鉆孔變形量是由膠囊壓力演算得來，增加測試程序與裝置結構的復雜度。

發明內容

針對現有模擬測試鉆孔變形測試存在的問題，本發明所要解決的技術問題就是提供一種高瓦斯軟煤鉆孔產渣量和鉆孔變形的測試方法，它能夠真實模擬在不同孔徑規格下的高瓦斯軟煤鉆孔，且能準確測試鉆孔變形量隨瓦斯含量、瓦斯壓力的動態變化規律。

為了解決上述技術問題，本發明提供的高瓦斯軟煤鉆孔產渣量和鉆孔變形的測試方法，所用的測試裝置包括反應器、鉆孔變形模擬器、蓄水控制調節裝置、排水測量裝置和圍壓控制調節裝置；

所述反應器包括反應器箱體、安全泄壓閥和真空泵，反應器箱體為填充有松軟煤體的氣密性箱體，反應器箱體內部通過管道連接安全泄壓閥和真空泵；

所述鉆孔變形模擬器埋于反應器箱體內的松軟煤體中，包括鉆孔保護膜、鉆孔定型器和轉接頭；鉆孔保護膜為圓柱形高強塑料膜，鉆孔保護膜內部封套有鉆孔定型器，鉆孔保護膜開口的一端與轉接頭密封連接，轉接頭固定于反應器箱體側壁上用于連通外部裝置；