一種用於準確預測煤與瓦斯突出危險性的煤層釋放瓦斯膨脹能的實測方法及其測定裝置的製作方法

2023-11-04 22:47:57

專利名稱：一種用於準確預測煤與瓦斯突出危險性的煤層釋放瓦斯膨脹能的實測方法及其測定裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在井下實際煤層中進行瓦斯膨脹能的測定，具體涉及一種用於準確預測煤與瓦斯突出危險性的煤層釋放瓦斯膨脹能的實測方法及其測定裝置，屬煤礦安全檢測技術領域。
背景技術：
煤與瓦斯突出是由地應力、瓦斯壓力共同作用下，大量煤巖與瓦斯突然湧向採掘空間的一種動力現象。由於突出動力現象的發生涉及到地應力、瓦斯因素、煤的物理力學性質和結構特徵等多種因素的綜合作用，該問題還遠未達到完全解決的階段。最新的研究成果表明，發生突出的動力和能源主要來源於煤體內瓦斯在幾秒鐘內突然的釋放膨脹做功，該能量大小決定著突出的發生和發展。目前把瓦斯膨脹能應用於煤層突出危險性預測的相關研究，主要是在實驗室進行單位質量煤樣中初始釋放瓦斯膨脹能的測定。但由於測定過程中煤樣物理結構特性與實際煤層存在較大差異，也無法加載和分析地應力、煤層透氣性等因素對測定結果的影響，因此實驗室煤樣中釋放瓦斯膨脹能的測定結果無法真實反映實際煤層具有的瓦斯膨脹能大小。

發明內容
本發明的目的是為克服上述現有技術的不足之處，提供一種準確預測煤與瓦斯突出危險性的煤層釋放瓦斯膨脹能的實測方法及測定裝置。煤層釋放瓦斯膨脹能的實測方法是利用井下煤層瓦斯壓力測定鑽孔，通過快速採集測壓鑽孔卸壓過程中的瓦斯壓力與溫度參數，以及利用氣體流 過漸縮管的特性，從而實現煤層釋放瓦斯膨脹能的實測。由於鑽孔在突然卸壓時，孔壁周邊煤體內瓦斯會瞬間解吸湧入至鑽孔內；當瓦斯從鑽孔內釋放至井下大氣過程中，應用氣體流過漸縮管的特性，通過快速採集瓦斯釋放過程中的壓力和溫度參數，從而計算出釋放瓦斯膨脹能大小。根據流體力學理論，漸縮管出口瓦斯流速達到聲速時，鑽孔內瓦斯釋放流動狀態稱為臨界狀態，其臨界壓力為:
權利要求
1.一種用於準確預測煤與瓦斯突出危險性的煤層釋放瓦斯膨脹能的實測方法，其特徵:通過快速採集測壓鑽孔卸壓過程中的瓦斯壓力與溫度參數，並將壓力和溫度參數採集系統帶至地面，應用膨脹能計算軟體進行數據處理，得出鑽孔釋放瓦斯任一時刻膨脹能及總膨脹能大小，將所得膨脹能大小與鑽孔釋放瓦斯膨脹能突出臨界值進行對比，判定出煤層突出危險性程度。
2.一種用於準確預測煤與瓦斯突出危險性的煤層釋放瓦斯膨脹能的測定裝置，其特徵是:該裝置包括有第一封孔膠囊(4)，第二封孔膠囊(12)，第三封孔膠囊(13)，上述各封孔膠囊分別置有封孔膠囊端頭(3);所述的第一封孔膠囊與第二封孔膠囊之間有防護外罩兼第一、二封孔膠囊連接杆(9);所述的第一封孔膠囊與第二封孔膠囊之間還分別置有壓力和溫度參數採集系統(6)、漸縮管(10);所述漸縮管的一端穿過第二封孔膠囊(12)的端頭進入第二封孔膠囊(12)的內芯管(5)，漸縮管的一端有卸壓電磁閥(11);高壓水管(14)、高壓粘液管(15)、瓦斯壓力測定管(16)分別貫穿於第一封孔膠囊，第二封孔膠囊，第三封孔膠囊。
3.根據權利要求2所述的用於準確預測煤與瓦斯突出危險性的煤層釋放瓦斯膨脹能的測定裝置，其特徵是:所述的測定裝置通過鑽孔(2)進入煤層(I )，利用水泵，經高壓水管(14)向封孔膠囊內充入高壓水將封孔膠囊膨脹起來，並利用粘液水泵，經高壓粘液管(15)向瓦斯壓力測定封孔段兩組膠囊之間充高壓粘液來封堵鑽孔壁裂隙。
全文摘要
本發明涉及一種在井下實際煤層中進行瓦斯膨脹能的測定，具體涉及一種用於準確預測煤與瓦斯突出危險性的煤層釋放瓦斯膨脹能的實測方法及其測定裝置，屬煤礦安全檢測技術領域。該方法利用井下煤層瓦斯壓力測定鑽孔，通過快速採集測壓鑽孔卸壓過程中的瓦斯壓力與溫度參數，以及利用氣體流過漸縮管的特性，從而實現煤層釋放瓦斯膨脹能的實測。所述測定裝置包括有多個封孔膠囊，膠囊之間置有壓力和溫度參數採集系統。通過在井下實際煤層中進行瓦斯膨脹能的測定，其測定結果完全能夠綜合反映地應力、瓦斯因素、煤的物理力學性質和結構特徵等多種因素對煤層突出危險性的影響。
文檔編號E21F17/18GK103089309SQ20131002358
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月22日 優先權日2013年1月22日
發明者於寶海, 楊勝強, 楊相玉, 趙彤宇, 陳登昭, 王凱, 秦毅 申請人:中國礦業大學, 徐州中礦安達礦山科技有限公司