[發明專利]一種三向加載礦井鉆孔封孔效果模擬試驗裝置及方法

有效

• 申請號: 202010093077.3
• 申請日: 2020-02-14
• 公開（公告）號: CN111271051B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 齊消寒;王曉琪;馬恒;艾純明;姜佳麗
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00;E21B47/005;E21F7/00
• 代理公司: 北京華夏正合知識產權代理事務所(普通合伙) 11017
• 代理人: 陳曉寧;張麗萍

本發明公開了一種三向加載礦井鉆孔封孔效果模擬試驗裝置及方法，包括：模型臺；模型轉動驅動裝置，通過傳動梁與模型臺的一端連接，用于帶動所述模型臺旋轉；三向加載裝置，固定在所述模型臺內部，用于對模擬鉆孔施加三向加載力，以模擬鉆孔圍巖受力；鉆孔相似材料模擬試驗箱，放置于所述三向加載裝置內，用于進行鉆孔抽漏氣、瓦斯抽采鉆孔漏氣位置和鉆孔間串漏氣通道檢測試驗。本發明對礦井瓦斯抽采鉆孔進行模擬，可模擬鉆孔受力變形、封孔效果，鉆孔間串漏氣等，可為研究煤層鉆孔瓦斯抽采失效機制提供實驗室試驗手段。本發明具有可視化，可三向加壓，鉆孔傾角可調節，可模擬開采對鉆孔的擾動影響，直觀清楚地呈現了實驗中鉆孔變化的全過程。

技術領域

本發明屬于煤礦實驗裝置的技術領域，尤其涉及一種三向加載礦井鉆孔封孔效果模擬試驗裝置及方法。

背景技術

煤礦瓦斯抽采是降低礦井瓦斯涌出量，防止瓦斯爆炸和煤與瓦斯突出災害的重要措施，同時，瓦斯也是一種寶貴的清潔能源，我國煤礦瓦斯抽采量不均衡，濃度波動大，造成瓦斯難以充分利用。煤層瓦斯抽采中，鉆孔密封質量直接影響著瓦斯的抽采效果和鉆孔的有效抽采半徑，因此，封孔質量的好壞直接影響了瓦斯的抽采質量。另外，封孔質量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。進入深井開采，煤層處于高溫高壓環境下，密封不良也會導致新風漏入鉆孔，使得順煤層孔壁接觸氧氣引起孔內煤自燃，燒毀抽采管，破壞封孔器，造成進一步漏氣，最終導致整個鉆孔失效。同時除了鉆孔封孔質量不佳導致漏氣外，由于現在多采用密集鉆孔進行煤層抽采，鉆孔間漏串氣的情況也會嚴重影響抽采效果。

現有技術中，已經出現鉆孔相似模擬實驗裝置，授權公告號為CN207278295U的專利公開了一種煤礦瓦斯抽采鉆孔封孔效果模擬實驗裝置，該技術方案包括鉆孔孔壁模擬管、泵料裝置和附加測試裝置。鉆孔孔壁模擬管內插入封孔管，封孔管的兩端裝有橡膠塞形成密封腔體，在任一橡膠塞上制作有注漿孔泵料裝置，包括拌料桶和將拌料桶內的封孔漿液泵入密封腔體內的氣動泵，注漿管穿過注漿孔進入密封腔體內，密封腔體的外壁上有附加測試裝置，附加測試裝置包括上壓板和下底板，上壓板和下底板之間裝有壓力調節裝置，下底板上部垂直裝有煤粉柱。該方案可進行不同封孔材料和封孔壓力條件下封孔效果的物理模擬。但該技術方案中的鉆孔壁采用模擬管進行模擬，與實際鉆孔差異較大，不能很好的反映鉆孔實際情況；不能模擬鉆孔受力、破壞等情況；不能模擬鉆孔間串漏氣情況；不能模擬巷道通風情況對鉆孔封孔及漏氣的影響。

授權公告號為CN107542486A的專利公開了一種鉆孔瓦斯抽采實驗室模擬系統及方法，包括鉆孔模擬管、封孔注漿系統、瓦斯壓力模擬加載系統、瓦斯檢測儀、聲發射系統和計算機，鉆孔模擬管內兩頭設有堵頭模擬結構，鉆孔模擬管的管壁上設有多個裂隙模擬孔，裂隙模擬孔上連接有裂隙模擬管，裂隙模擬管上連接有漏氣檢測開關，封孔注漿系統包括注漿管、返漿管、注漿泵、注漿手柄和注漿壓力表，瓦斯壓力模擬加載系統包括真空泵、瓦斯氣體罐、真空壓力表、抽真空開關、瓦斯氣體罐開關、瓦斯壓力表和瓦斯抽采開關。該方案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。但該技術方案中的鉆孔壁采用模擬管進行模擬，與實際鉆孔差異較大，不能很好的反映鉆孔實際情況；不能模擬鉆孔受力、破壞等情況；不能模擬鉆孔間串漏氣情況；不能找到漏氣位置，不能模擬巷道通風情況對鉆孔封孔及漏氣的影響。