[發明專利]用于檢測鉆孔周圍煤體裂隙分布狀況的實驗裝置與方法

在審

• 申請號: 201711153460.8
• 申請日: 2017-11-20
• 公開（公告）號: CN107907465A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 齊黎明;張旭錕
• 申請（專利權）人: 華北科技學院
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 淮安市科翔專利商標事務所32110
• 代理人: 韓曉斌

技術領域

本發明涉及一種檢測裂隙分布狀況的實驗裝置，特別是關于一種能夠用于檢測鉆孔周圍煤體裂隙分布狀況的實驗裝置與方法。

背景技術

眾所周知，在煤礦井下，向煤層施工鉆孔，并對鉆孔進行密封是一項常規作業，包括直接法測定煤層瓦斯壓力、瓦斯抽采封孔和煤層注水等。

在鉆具擾動和礦山應力集中效應的綜合作用下，鉆孔周圍煤體被壓裂，產生裂隙；準確掌握該裂隙的分布狀況，有助于探索出實用價值更高的密封技術。

目前，有關煤巖體內部裂隙的檢測方法，主要有超聲波探測、CT掃描、射線檢測、磁粉檢測、渦流檢測、滲透檢測、紅外熱成像技術檢測、剪切散斑干涉技術檢測和聲發射技術檢測等。

上述裂隙檢測技術，多數主要是針對金屬固體物的檢測，而且檢測出的裂隙是某種物理特性的間接反映，不是直接檢測的結果，可能存在一定誤差。

在公開的文獻資料上，尚未看見有專門針對鉆孔周圍煤體裂隙的直接檢測方法；因此，為了更準確的檢測出鉆孔周圍煤體裂隙的分布狀況，探索出一種能夠用于檢測鉆孔周圍煤體裂隙分布狀況的實驗裝置就顯得尤為迫切。

發明內容

本發明所要解決的主要技術問題是提供一種能夠用于檢測鉆孔周圍煤體裂隙分布狀況的實驗裝置與方法。

解決上述技術問題的技術方案是：一種用于檢測鉆孔周圍煤體裂隙分布狀況的實驗裝置，包括加壓系統、壓力傳遞軸、圓筒、圓盤、煤樣、底盤、鉆具、注漿泵、膠管、膠體和空心圓盤；所述圓筒的底端設有底盤，筒內盛裝有由煤粉和煤焦油混合而成的煤樣；所述圓筒的頂端還配設有圓盤和空心圓盤；其中圓盤的外徑與圓筒內徑吻合，圓盤的上方順次設有壓力傳遞軸和加壓系統，壓力傳遞軸垂直于圓盤設置，圓盤能夠在加壓系統的作用下沿圓筒軸向移動，壓實煤樣；所述空心圓盤能夠與圓筒內徑螺紋連接，鉆具能夠從空心圓盤的中心孔鉆入煤樣中，在煤樣中形成軸向鉆孔；所述膠管的一端與注漿泵連接，另一端能夠從空心圓盤的中心孔插入至鉆孔內向鉆孔內注入膠體。

所述煤樣預先采用1-3mm的煤粉和煤焦油混合好，所述加壓系統1、壓力傳遞軸、圓筒、圓盤，將放置于圓筒的煤樣壓制成圓柱體煤樣，并具備一定強度。

所述圓盤和加壓系統的相對面的中心設有凹槽，所述壓力傳遞軸的兩端插裝于凹槽內。

所述空心圓盤的盤面上設置把手。

所述圓筒上端設有一段內螺紋，所述空心圓盤外圍具有外螺紋，通過旋轉空心圓盤壓縮圓筒內的成型煤樣，既可以給煤樣施加一定的壓力，又可以固定煤樣，便于鉆進施工。

所述空心圓盤內壁具有內螺紋，所述膠管前端配有接頭，接頭擁有外螺紋，膠管與空心圓盤通過螺紋連接，確保在帶壓注入膠體的過程中，不出現膠體泄漏。

所述膠管與注漿泵和空心圓盤相聯接，聯接方式為螺紋聯接。

一種用于檢測鉆孔周圍煤體裂隙分布狀況的實驗方法，具體步驟包括：

步驟1）將混合好煤粉和煤焦油裝入圓筒中；

步驟2）啟動加壓系統，將煤樣壓制成具有一定強度的圓柱體煤樣；

步驟3）卸下加壓系統、壓力傳遞軸和圓盤；將空心圓盤與圓筒通過螺紋聯接，旋轉空心圓盤的把手壓縮、固定煤樣；

步驟4）采用鉆具穿過空心圓盤的中心孔，施工煤樣鉆孔，鉆孔的周圍煤體產生網狀裂隙；

步驟5）鉆孔施工完畢,拔出鉆具，清理孔內煤渣；

步驟6）膠體加熱成液態，倒入注漿泵；啟動注漿泵，向煤樣鉆孔內注入高溫液態膠體，注入壓力為2-3MPa，并穩定1小時后關閉注漿泵，停止膠體注入，膠體從鉆孔滲入裂隙中；

步驟7）系統充分冷卻后，拆卸注漿設備，卸下空心圓盤，煤樣松弛，拔出煤樣；

步驟8）剔除煤粉，獲取冷卻后的膠體，該膠體的形狀即為卸壓后鉆孔周圍煤體裂隙的空間結構，將其按一定比例縮小，即為受壓狀態下鉆孔周圍煤體裂隙的空間結構。

所述膠體在溫度稍高的條件下呈液態，便于流動；在向煤樣鉆孔注入高溫液態膠體時，膠體在充滿鉆孔后，會繼續向鉆孔周圍的煤體裂隙滲透，并充滿裂隙。所述膠體在常溫下冷凝成膠體狀；當煤樣冷卻，拆除注漿系統，取出煤樣并剝離煤粉后，剩余膠體（除中心位置的圓柱形膠體外）所呈現的狀態即為卸壓后鉆孔周圍煤體裂隙的空間結構；將其按一定比例縮小，即為受壓狀態下鉆孔周圍煤體裂隙的空間結構。