煤层巷道破碎带影响范围的测定方法及其装置

摘要

一种煤层巷道破碎带影响范围的测定方法及其装置，在巷道侧壁煤层钻孔施工完成后，将用固定连接管连接的前后胶囊通过连接管依次送入钻孔中，通过注水管向前后胶囊中注水，使其膨胀并在两段胶囊中间形成一段密闭的空间作为注气段，之后打开氮气瓶上的调节减压稳压阀，调节减压稳压阀至预定的压力后打注气管的开阀门并开始计时，此时气体进入注气段并向煤层中渗透,待流量计的流量稳定后记录该稳定流量，将前后胶囊泄压并向钻孔内移动1m，重复多次注水注气，得到从孔口向孔深不同位置的气体渗透流量，从而有效测定煤层巷道两侧破碎带影响范围，确定合适的煤层瓦斯抽采钻孔封孔深度，为矿井瓦斯抽采钻孔封孔深度的确定提供了一种新的途径。

权利要求

1.一种煤层巷道破碎带影响范围的测定方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）从煤巷侧壁开孔施工一个孔径为75mm、长度30m的顺煤层钻孔；

（2）向钻孔内送入由固定连接管（12）连接在一起的前胶囊（10）和后胶囊（9），在后胶囊（9）的后端部连接注水管（6）和注气管（7）；

（3）在孔口处设置与注水管（6）相连的水泵（5）、与注气管（7）相连的氮气瓶（1），注气管（7）上依次设有阀门（4）、流量计（3）和减压稳压阀（2），通过注水管（6）向前胶囊（10）和后胶囊（9）中注入压力水达到3MPa，使前后两个胶囊膨胀，将此时两个膨胀胶囊中间所形成的固定长度密闭空间作为注气段（11）；

（4）打开氮气瓶（1）上的阀门，调节减压稳压阀（2）至预定的压力后，打开阀门（4），此时气体将经过流量计（3）和注气管（7）进入注气段（11）并向煤层中渗透，待流量计（3）的流量数据稳定后,记录该稳定流量值；

（5）打开水泵（5）的泄压阀，使胶囊泄压并通过连接管（8）推动前胶囊（10）和后胶囊（9）向钻孔深处移动1m；

（6）重复步骤（4）、（5）多次，得到注气段（11）在不同位置的气体渗透的稳定流量值；

（7）待所测得的稳定流量值逐渐减小并趋于稳定后，停止测定工作，该流量随深度增长趋于稳定时的注气段（11）所在位置向外的区域即为巷道破碎带影响范围。

2.一种实现权利要求1所述煤层巷道破碎带影响范围的测定方法的装置，其特征在于：它包括设在钻孔外的供气装置、供水装置和设在钻孔内的前胶囊（10）、后胶囊（9）；所述的供气装置氮气瓶（1）、设在氮气瓶（1）上的减压稳压阀（2），经注气管（7）连接的流量计（3）、和设在注气管（7）上的阀门（4）；所述的供水装置包括水泵（5）、与水泵（5）相连的注水管（6）；前胶囊（10）与后胶囊（9）由固定连接管（12）连接在一起；钻孔孔口处设有推送前胶囊（10）、后胶囊（9）的连接管（8）。

说明书

煤层巷道破碎带影响范围的测定方法及其装置

技术领域

[0001] 本发明涉及煤层巷道破碎带影响范围的测定方法及其装置，尤其适用于煤矿井下对顺煤层抽采钻孔进行封孔时对煤层巷道破碎带影响范围的测定,属于煤矿瓦斯抽采及利用技术领域。

背景技术

[0002] 煤矿井下的煤层在开采前处于原始状态。随着井下掘进巷道向前推进，巷道周边应力将重新分布，并使巷道周边的煤体发生破碎。在进行本煤层瓦斯抽采时，瓦斯抽采钻孔需要穿过巷道破碎带而进入原始煤层，必须对钻孔进行封孔才能进行煤层的瓦斯抽放。封孔的深度对钻孔的密封效果存在着巨大的影响。封孔长度过短，处于煤层巷道破碎带影响范围内，可能导致封孔不严；封孔过长，则会导致封孔成本的增加。确定合理的封孔深度是保证抽采效果的关键。因此，对煤层巷道破碎带影响范围进行准确测定对矿井瓦斯抽采来说具有重大的意义。

[0003] 在煤层巷道的两侧存在着卸压带、集中应力带和原始应力带这三个不同的区域。目前现场测定这三个区域的方法是沿煤层施工钻孔，通过观察钻孔在不同钻进深度条件下单位钻进长度下的钻屑量来反映地应力的大小，进而实现对巷道破碎带影响范围的测定。
或者通过钻孔使用超声测定技术来测定不同深度处的裂隙分布来反映破碎带的分布情况。
这些方法都具有一定的依据，但都存在着影响因素较多，现场操作困难，不好量化的问题，给测定的效果带来一定的影响。

发明内容

[0004] 技术问题：本发明的目的是要克服已有技术中存在的问题，提供一种方法简便、准确可靠的煤矿井下煤层巷道破碎带影响范围的测定方法和装置，为现场抽采钻孔封孔深度的确定提供依据。

[0005] 技术方案：本发明的井下煤层巷道破碎带影响范围的测定方法，包括如下步骤：

[0006] （1）从煤巷侧壁开孔施工一个孔径为75mm、长度30m的顺煤层钻孔；

[0007] （2）向钻孔内送入由固定连接管连接在一起的前胶囊和后胶囊，在后胶囊的后端部连接注水管和注气管；

[0008] （3）在孔口处设置与注水管相连的水泵、与注气管相连的氮气瓶，注气管上依次设有阀门、流量计和减压稳压阀，通过注水管向前胶囊和后胶囊中注入压力水达到3MPa，使前后两个胶囊膨胀，将此时两个膨胀胶囊中间所形成的固定长度密闭空间作为注气段；

[0009] （4）打开氮气瓶上的阀门，调节减压稳压阀至预定的压力后，打开阀门，此时气体将经过流量计和注气管进入注气段并向煤层中渗透，待流量计的流量数据稳定后,记录该稳定流量值；

[0010] （5）打开水泵的泄压阀，使胶囊泄压并通过连接管推动前胶囊和后胶囊向钻孔深处移动1m；

[0011] （6）重复步骤（4）、（5）3～6次，得到注气段在不同位置的气体稳定渗透流量；

[0012] （7）待所测得的稳定流量值逐渐减小并趋于稳定后，停止测定工作，该流量随深度增长趋于稳定时的注气段所在位置向外的区域即为巷道破碎带影响范围。

[0013] 实现上述煤层巷道破碎带影响范围测定方法的装置，包括设在钻孔外的供气装置、供水装置和设在钻孔内的前胶囊、后胶囊；所述的供气装置氮气瓶、设在氮气瓶上的减压稳压阀，经气管连接的流量计、和设在气管上的阀门；所述的供水装置包括水泵、与水泵相连的注水管；前胶囊与后胶囊之间设有连接管；钻孔孔口处设有推送在前胶囊、后胶囊的连接管。

[0014] 有益效果：由于顺煤层钻孔抽采瓦斯是井下煤层防突和瓦斯治理的重要手段，而确定合理的抽采钻孔封孔参数则是提高瓦斯抽采效果的根本保障。本发明通过实测不同深度钻孔段的气体稳定渗透流量，进而判断煤层巷道实际的破碎带的影响范围，确定抽采钻孔的最佳封孔深度，为最大限度地抽采煤层瓦斯提供保障。其主要优点是：采用井下煤层巷道破碎带影响范围的测定方法及其装置测定巷道破碎带影响范围，利用的是气体在煤层中的稳定流量与其破碎程度和应力状态有关。通过测定不同深度钻孔段向周围煤体的气体稳定渗透流量，考察煤层的破碎情况，进而判断煤层巷道破碎带的影响范围，确定抽采钻孔的最佳封孔深度。并且由于测定采用的是气体介质，能够更加直接的反映抽采钻孔封孔后气体的渗漏情况，避免了采用其它介质和方法进行测定所带来的问题。经现场实验，对某矿井的煤层巷道破碎带影响范围进行了现场测定证明，该方法能够准确的对煤层巷道破碎带影响范围进行测定，并能确定最佳的抽采钻孔封孔深度。按照此方法确定的封孔深度进行封孔，能够在提高钻孔的抽采效果，对煤矿现场的瓦斯抽采工作具有重大的指导意义。

附图说明

[0015] 图1是本发明的煤层巷道破碎带影响范围测定方法操作流程图。

[0016] 图2是本发明的煤层巷道破碎带影响范围测定装置图。

[0017] 图中：1-氮气瓶；2-减压稳压阀；3-流量计；4阀门；5-水泵；6-注水管；7-注气管；8-连接管；9-后胶囊；10-前胶囊；11-注气段；12-固定连接管；13-煤层。

具体实施方式

[0018] 下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

[0019] 本发明的井下煤层巷道破碎带影响范围的测定方法，利用气体在钻孔的不同深度处向钻孔周边渗透的流量大小来反映巷道周边煤体的破碎情况，实现对煤层巷道周边煤体破碎带影响范围的测定，为本煤层抽采钻孔封孔位置的确定提供依据，具体步骤如下：

[0020] 第一步，从煤巷侧壁开孔施工一个孔径75mm、长度30m的顺煤层钻孔；

[0021] 第二步，将前胶囊10和后胶囊9使用固定连接管12连接后，通过连接管8依次送入施工好的钻孔中距离孔口2m的位置。

[0022] 第三步，使用水泵5通过注水管6向前胶囊10和后胶囊9中注水，使水压达到3MPa，在胶囊膨胀并在两段胶囊中间形成一段固定长度的密闭空间作为注气段11；保证进行注气测试时，气体不会从前后端头泄露；

[0023] 第四步，将后胶囊9上的注气管7与孔外流量计3连接后再与氮气瓶1上的减压稳压阀2连接；

[0024] 第五步，打开氮气瓶1上的阀门，调节减压稳压阀2至预定的压力后打开阀门4，此时气体将经过流量计3和注气管7进入注气段11并向煤层中渗透,待流量计3的流量数据稳定后,记录该稳定流量；所述钻孔外面的氮气瓶1和减压稳压阀2的作用在于能够提供一个稳定压力的气源，保证每次向注气段11充气时的条件相同；所述流量计3为注气段11孔壁瓦斯渗透流量的准确测定提供了保障；

[0025] 第六步，打开水泵5的泄压阀，使胶囊泄压并通过连接管8使前胶囊10和后胶囊9向钻孔深处移动1m；

[0026] 第七步，循环重复上述第三～第六步的测定过程，得到注气段11在不同位置的气体稳定渗透流量；

[0027] 第八步，所测得的稳定流量值逐渐减小并趋于稳定后，停止测定工作，拆除测定装置。该流量随深度增长趋于稳定时的注气段11所在位置向外的区域即为巷道破碎带影响范围。

[0028] 实现上述煤层巷道破碎带影响范围测定方法的装置，包括设在钻孔外的供气装置、供水装置和设在钻孔内的前胶囊10、后胶囊9；所述的供气装置氮气瓶1、设在氮气瓶1上的减压稳压阀2，经气管7连接的流量计3、和设在气管7上的阀门4；所述的供水装置包括水泵5、与水泵5相连的注水管6；前胶囊10与后胶囊9之间设有连接管12；钻孔孔口处设有推送在前胶囊10、后胶囊9的连接管8。

[0029] 该流量开始趋于稳定时的注气段所在位置向外的区域即为巷道破碎带影响范围，而抽采钻孔封孔位置则至少要深于所测得的巷道破碎带影响范围。可以有效测定煤层巷道两侧破碎带影响范围，确定合适的煤层瓦斯抽采钻孔封孔深度，为矿井瓦斯抽采钻孔封孔深度的确定提供了一种新的途径。