[發明專利]鉆孔瓦斯抽采實驗室模擬方法及封孔材料密封性測試方法

有效

• 申請號: 201710944003.4
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107542486B
• 公開（公告）日: 2018-07-03
• 發明（設計）人: 張天軍;蔣興科;包若羽;張磊;宋爽;陳佳偉;葛迪;周敖;趙云紅;范亞飛
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00;E21F17/18;E21B47/00
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司 31253
• 代理人: 馮子玲

本發明公開了一種鉆孔瓦斯抽采實驗室模擬方法，包括步驟：一、實驗前期準備；二、預制堵頭模擬結構并形成注漿空間；三、往鉆孔模擬管內注漿，模擬封孔，并通過聲發射系統采集用于研究裂隙封堵情況的聲發射信號數據；四、測試抽負壓能力；五、檢測鉆孔模擬管不同位置漏氣對抽采瓦斯濃度的影響；本發明還公開了一種封孔材料密封性測試方法，包括步驟：一、實驗前期準備；二、預制堵頭模擬結構并形成注漿空間；三、往鉆孔模擬管內注入封孔材料，并觀察裂隙封堵情況；四、測試抽負壓能力。本發明能夠真實模擬現場情況，實驗耗費的人力物力少，實驗效果好，實驗結果精確性高，實用性強。

技術領域

本發明屬于鉆孔瓦斯抽采技術領域，具體涉及一種鉆孔瓦斯抽采實驗室模擬方法及封孔材料密封性測試方法。

背景技術

我國大部分地區煤層中的瓦斯含量高、壓力大、煤層透氣性低，地質構造條件復雜。而瓦斯災害是我國煤礦主要的災害之一，對礦井的安全生產有著嚴重的威脅，而鉆孔密封效果直接影響著瓦斯的抽采效果和鉆孔的有效抽采半徑，資料表明：進入抽采系統的空氣80％以上是通過鉆孔吸入的，如果鉆孔空氣吸入量減少1/2～1/3，鉆孔瓦斯流量可增加1.5～2倍。因此，封孔效果的好壞直接影響了瓦斯的抽采效果。瓦斯抽采鉆孔封孔過程中，由于鉆孔孔內本身成孔后就有大量裂隙，同時鉆孔周邊的孔(裂)隙進一步的發育、擴張，在抽采負壓的作用下外界空氣易從這些孔(裂)隙通道進入孔內，從而導致瓦斯抽采濃度下降，直接造成了煤礦封孔難度大、封孔效果差的現狀。我國煤層抽采的抽出瓦斯的濃度較低，抽采負壓也普遍較低，且負壓越高抽出的瓦斯濃度越低。由此可以推斷：現行的封孔技術遠遠沒有達到密封隔絕效果。對于高瓦斯松軟煤層，本煤層瓦斯抽采鉆孔漏氣問題尤為突出。另外，封孔效果的好壞又影響著煤層瓦斯壓力測定的準確性，封孔段若存在極少量的漏氣，都將使得到的壓力值偏低，導致對瓦斯賦存和突出情況較大誤差的評判，乃至做出不當的防治方案和措施。根據防治煤與瓦斯突出規定，現場實際測定的最大煤層瓦斯壓力是煤層突出危險性鑒定的四個單項指標之一，煤層瓦斯壓力的大小反映了煤層突出危險性的嚴重程度，通過對瓦斯壓力測定鉆孔進行高效密封，可以準確測定的煤層瓦斯壓力，這就為礦井有針對性地制定防突措施、編制瓦斯地質圖等提供重要依據。目前，此類試驗大都是在現場進行，實驗室能進行此類試驗的相對較少，而且井下受到一些條件、各種因素的限制，試驗效果差強人意，操作耗費的人力物力也高。因此，急需一種實驗系統，來模擬鉆孔瓦斯抽采，研究鉆孔壁裂隙漏氣對鉆孔瓦斯抽采的影響以及封孔材料的密封性能。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種鉆孔瓦斯抽采實驗室模擬系統，其結構簡單，設計新穎合理，實現方便，能夠真實模擬現場情況，并將需要在現場做的實驗搬到實驗室中，實驗耗費的人力物力少，實驗效果好，實驗結果的精確性高，實用性強，便于推廣使用。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種鉆孔瓦斯抽采實驗室模擬系統，其特征在于：包括鉆孔模擬管、封孔注漿系統、瓦斯壓力模擬加載系統和瓦斯檢測儀，以及聲發射系統和與聲發射系統相接的計算機；所述鉆孔模擬管內兩頭設置有堵頭模擬結構，位于兩個堵頭模擬結構之間的一段鉆孔模擬管的管壁上設置有多個裂隙模擬孔，所述裂隙模擬孔上連接有裂隙模擬管，所述裂隙模擬管上連接有漏氣檢測開關；

所述封孔注漿系統包括伸入鉆孔模擬管內的注漿管和返漿管，以及與注漿管連接的注漿泵；所述注漿泵上設置有注漿手柄和注漿壓力表；

所述瓦斯壓力模擬加載系統包括通過真空泵連接管連接在瓦斯抽采管一端的真空泵和通過瓦斯氣體罐連接管連接在鉆孔模擬管一端的瓦斯氣體罐，所述真空泵連接管上連接有真空壓力表和抽真空開關，所述瓦斯氣體罐的瓦斯氣體出口上設置有瓦斯氣體罐開關，所述瓦斯氣體罐連接管上連接有瓦斯壓力表和瓦斯抽采開關；所述注漿管固定在瓦斯抽采管的下側，所述返漿管固定在瓦斯抽采管的上側，所述瓦斯檢測儀通過瓦斯檢測儀連接管連接在真空泵連接管上。