[發(fā)明專利]一種鉆孔注氣判定蹬空開采可行性的注氣裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910344474.0
• 申請日: 2019-04-26
• 公開（公告）號: CN110056342B
• 公開（公告）日: 2023-03-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳定超;于洋;趙祥岍;朱思宇;滕帥
• 申請（專利權(quán)）人: 徐州工程學院
• 主分類號: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00;E21B47/06
• 代理公司: 北京淮海知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32205
• 代理人: 張旭

1.一種鉆孔注氣判定蹬空開采可行性的方法，其特征在于，采用的注氣裝置包括注氣主管路、注氣支管路、氣體流量計、壓力表、壓力泵、氣壓傳感器、注氣膠囊、封孔膠囊、截止閥Ⅰ、截止閥Ⅱ和截止閥Ⅲ，注氣主管路一端與注氣膠囊一端連通，氣體流量計、壓力表、截止閥Ⅰ和截止閥Ⅱ裝在注氣主管路上，且氣體流量計、壓力表、截止閥Ⅰ和截止閥Ⅱ分別與注氣膠囊之間的距離依次增加；注氣支管路一端連接在截止閥Ⅰ和截止閥Ⅱ之間的管路上，注氣支管路另一端與注氣膠囊一端連通，氣壓傳感器、壓力泵和截止閥Ⅲ裝在注氣支管路上，且氣壓傳感器、壓力泵和截止閥Ⅲ分別與注氣膠囊之間的距離依次增加；注氣膠囊另一端與注氣探管的一端連通，注氣探管的另一端密封且與封孔膠囊的一端固定連接，注氣膠囊另一端通過注氣軟管與封孔膠囊一端連通，注氣探管的管壁上開設(shè)多個通孔，封孔膠囊外表面和注氣膠囊外表面均裝有密封圈，具體步驟為：

A、確定注氣鉆孔的鉆設(shè)位置及數(shù)量：將注氣鉆孔的鉆設(shè)位置確定在煤層蹬空區(qū)正上方的預開采煤層上表面，并等間隔設(shè)置至少5個注氣鉆孔；

B、施工鉆孔：按照步驟A設(shè)定的位置及數(shù)量，從預開采煤層上表面自上而下向煤層蹬空區(qū)垂直鉆設(shè)鉆孔，鉆孔深度不低于60m；

C、測試鉆孔氣密性：將注氣裝置中的封孔膠囊和注氣膠囊伸入鉆孔內(nèi)，且封孔膠囊的密封圈和注氣膠囊的密封圈與鉆孔緊密貼合，使封孔膠囊、注氣膠囊和部分鉆孔壁形成密封空間，將注氣主管路另一端與惰性氣體罐Ⅰ連接，打開截止閥Ⅰ和截止閥Ⅱ，注入的惰性氣體從注氣主管路進入注氣膠囊，然后惰性氣體從注氣探管的通孔進入密封空間，采用氣體檢測儀實時檢測鉆孔周圍該惰性氣體的濃度，若氣體檢測儀檢測的惰性氣體濃度值處于標準值以內(nèi)，則確定該鉆孔的氣密性合格；若氣體檢測儀檢測的惰性氣體濃度值大于標準值，則確定該鉆孔的氣密性不合格；若當前測試的鉆孔氣密性合格，則進行下一個鉆孔的測試，若當前測試的鉆孔氣密性不合格，則采用注漿封填該鉆孔后進行下一個鉆孔的測試；直至完成所有鉆孔的氣密性測試；

D、注氣并記錄數(shù)據(jù)：將注氣裝置中的封孔膠囊和注氣膠囊伸入氣密性合格的鉆孔，且封孔膠囊的密封圈和注氣膠囊的密封圈均與氣密性合格的鉆孔緊密貼合；將注氣主管路另一端惰性氣體罐Ⅱ，打開截止閥Ⅰ、截止閥Ⅱ和截止閥Ⅲ，注入的惰性氣體從注氣主管路進入注氣膠囊，然后注氣膠囊內(nèi)的部分惰性氣體從注氣探管進入鉆孔內(nèi)，另外部分惰性氣體通過注氣軟管進入封孔膠囊，最終惰性氣體從封孔膠囊另一端進入鉆孔內(nèi)，此時通過壓力表記錄當前的實時氣壓數(shù)值和通過氣體流量計記錄實時的注氣速度，然后將封孔膠囊和注氣膠囊在鉆孔內(nèi)向下移動一段距離后重復上述注氣過程，然后再次記錄當前的實時氣壓數(shù)值和記錄實時的注氣速度，如此循環(huán)，直至完成該鉆孔的注氣觀測；將其余鉆孔均進行注氣觀測后，使每個鉆孔不同深度時測試的氣壓數(shù)值和注氣速度繪制成圖表；

E、判斷蹬空開采可行性：觀察各個鉆孔得出的圖表，根據(jù)每個鉆孔不同深度檢測的氣壓數(shù)值和注氣速度，能確定蹬空區(qū)內(nèi)彎曲下沉帶、裂隙帶和垮落帶，各個帶的具體位置及深度，具體過程為：將注氣速度處于0.10m³/min以內(nèi)的深度確定為彎曲下沉帶，由于注氣速度較慢，說明該范圍內(nèi)的巖層完整性好，裂隙不發(fā)育；將注氣速度突然增大至0.20m³/min的深度確定為裂隙帶；此時注氣速度為彎曲下沉帶的至少2倍，該范圍內(nèi)巖層裂隙發(fā)育，判定為裂隙帶；在注氣速再次增大至0.30m³/min以上的深度確定為垮落帶，若判斷的垮落帶深度處于距離鉆孔注氣口50m以內(nèi)，則說明蹬空區(qū)內(nèi)垮落帶范圍過大，從而判斷不適于進行蹬空開采；反之則適于進行蹬空開采。

2. 根據(jù)權(quán)利要求1 所述的一種鉆孔注氣判定蹬空開采可行性的方法，其特征在于，還包括F、鉆孔窺視儀觀測巖層結(jié)構(gòu)：采用步驟E注氣實驗后留下的鉆孔，通過現(xiàn)有的鉆孔窺視儀對煤層底板一定范圍的巖層進行成像觀測，最終根據(jù)得出巖層的真實結(jié)構(gòu)圖像，對步驟E確定的煤層蹬空區(qū)的開采可行性進行驗證。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉆孔注氣判定蹬空開采可行性的方法，其特征在于，所述惰性氣體罐Ⅰ內(nèi)的惰性氣體密度小于空氣密度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉆孔注氣判定蹬空開采可行性的方法，其特征在于，所述惰性氣體罐Ⅱ內(nèi)的惰性氣體密度大于空氣密度。