專利名稱：模擬煤層鉆孔注漿并評價孔壁穩(wěn)定性的測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及煤礦井下瓦斯抽采領(lǐng)域，尤其涉及一種模擬評價松散煤層瓦斯抽 采孔孔壁穩(wěn)定性的測試裝置。
背景技術(shù)：
煤礦瓦斯也一直是煤礦安全生產(chǎn)的重大隱患。近年來煤礦重特大瓦斯爆炸事故時 有發(fā)生，給地下煤礦開采造成了重大損失。煤礦瓦斯抽采要以短期內(nèi)盡快改善煤礦生產(chǎn)安 全條件為目的，應(yīng)采取一切可以采取的措施手段，先抽氣后采煤，在采煤前盡可能短的時間 內(nèi)快速有效地降低煤層和圍巖中瓦斯含量，使原本高瓦斯礦井轉(zhuǎn)變?yōu)榈屯咚沟牡V井。當(dāng)前我國煤礦瓦斯抽采利用存在的主要困難是①瓦斯事故仍然嚴(yán)重；②瓦斯抽 采率低，目前平均抽采率僅有20%左右，而俄羅斯、美國和澳大利亞等國家均在50%以上； ③抽采瓦斯發(fā)展不平衡，抽采好的陽泉、撫順、淮南、晉城、鐵法和松藻等幾家的抽采量占到 全國瓦斯抽采量的約50% ；④抽放瓦斯方法和技術(shù)跟不上形勢的發(fā)展。根據(jù)抽采對象的不同，可將煤礦瓦斯抽采分為本煤層瓦斯抽采、鄰近層瓦斯抽采 和采空區(qū)瓦斯抽采。由于我國地質(zhì)構(gòu)造條件復(fù)雜，成煤時代多，煤礦區(qū)分布廣，煤儲層特征 差異大，簡單起見，可劃分為正常煤體結(jié)構(gòu)的硬煤層和構(gòu)造發(fā)育的松軟煤層兩種典型類型。 對于松軟煤層，由于煤與瓦斯突出、煤層松軟、機械強度低等原因，采用清水或空氣等常規(guī) 排粉鉆進方式時易出現(xiàn)塌孔、卡鉆或噴孔等問題，打鉆成孔困難，瓦斯抽采效率低。松軟煤 層的煤層氣開發(fā)是我國煤層氣產(chǎn)業(yè)化面臨的最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)之一，在此類煤層中鉆進護孔技 術(shù)是目前亟待解決的技術(shù)難題之一。因此，在松散煤層抽采孔中注入粘結(jié)型或固結(jié)型漿液， 以對井壁進行加固成為必需的技術(shù)手段之一，而目前還沒出現(xiàn)一種裝置對松散煤層注入漿 液后加固效果、及漿液在孔壁周圍的滲入情況進行測試。
發(fā)明內(nèi)容針對上述問題，本實用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、能模擬松散煤層鉆孔 注漿并評價護孔漿液對松散煤層的加固效果的測試裝置。為達上述目的，本實用新型所采用的方案為一種模擬煤層鉆孔注漿并評價孔壁 穩(wěn)定性的測試裝置，其特征在于它包括有注漿裝置、模擬容器、加壓裝置以及壓力測試裝 置，模擬容器包括有密閉罐和芯管，密閉罐一端開口，芯管側(cè)壁布滿有通孔，芯管頭端從開 口處伸入密閉罐內(nèi)并壓緊在密閉罐底部，露出密閉罐外的芯管末端與注漿裝置通過注漿管 相連，芯管與密閉罐之間形成用于放入煤樣的密閉內(nèi)腔；密閉罐側(cè)壁開設(shè)有貫穿一個壁厚 的充氣孔，充氣孔處通過充氣管與加壓裝置相連，并在加壓裝置與密閉罐之間的充氣管道 連接有壓力測試裝置測量氣壓，密閉罐與芯管之間、密閉罐與充氣管道之間均密封。較佳地，本實用新型還可以包括以下技術(shù)特征所述的密閉罐包括底座、套筒、上蓋、連接蓋、加壓皮膜，底座中心設(shè)置有固定芯管 的定位柱，底座與套筒下端緊固連接，套筒上端與上蓋連接，在套筒內(nèi)壁套有加壓皮膜，連接蓋與上蓋連接并將上蓋壓緊在套筒上，連接蓋中心留有注漿用的通孔，通孔與穿出上蓋 的芯管相通。所述的注漿裝置包括有試壓泵、注漿活塞，試壓泵與注漿活塞連接，注漿活塞的出 口端通過注漿管道與密閉罐連接蓋連接，在試壓泵的驅(qū)動下注漿活塞將漿液均勻地壓入芯 管，再進入密閉內(nèi)腔的煤樣中。所述的加壓裝置包括有氣閥、高壓氮氣瓶，高壓氮氣瓶連接氣閥后通過充氣管連 接在閉罐側(cè)壁的充氣孔。所述的壓力測試裝置包括壓力傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，壓力傳感器設(shè)置在加壓裝 置與密閉罐之間的充氣管道上，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由單片機、外圍電路與計算機構(gòu)成，單片機預(yù) 設(shè)程序采集壓力傳感器的信號并處理，單片機將處理結(jié)果傳送給計算機顯示和存儲。所述的密閉罐外壁設(shè)置有泄壓孔，泄壓孔貫穿一個壁厚，泄壓孔處用泄壓件螺釘 旋緊。所述的芯管外設(shè)置濾網(wǎng)。所述的加壓皮膜在套筒上下端部外翻，通過上蓋、底座旋緊起到密封作用。所述的上蓋和套筒之間設(shè)置有緊固塊，上緊上蓋后可起到壓緊煤樣的作用。所述的試壓泵為手動試壓泵。本實用新型模擬散煤層抽采孔的注漿過程，對漿液加固井壁后的孔壁穩(wěn)定性進行 壓力測試，評價護孔漿液對松散煤層的加固效果，并可以直觀的觀察漿液在孔壁周圍的滲 入情況，對松散煤層的注漿有指導(dǎo)性的意義。其裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，評價效果好。

圖1為本實用新型的原理示意圖；圖2為本實用新型實施例中模擬容器的剖視圖；圖3為本實用新型實施例中加壓皮膜與上蓋連接密封局部放大圖；圖4為本實用新型實施例中注漿活塞的剖視圖；圖中標(biāo)記說明1-模擬容器，2-煤樣，3-芯管，4-壓力測試裝置，5-加壓裝置， 6-注漿活塞，7-試壓泵，8-套筒，9-泄壓件螺釘，10-連接蓋，11-上蓋，12-緊固塊，13-加 壓皮膜，14-充氣管，15-橡皮墊，16-底座，17-濾網(wǎng)。
具體實施方式
為了更好地理解本實用新型，下面結(jié)合實施例和附圖對本實用新型的技術(shù)方案做 進一步的說明，參見圖1至4:按本實用新型實施的一種模擬煤層鉆孔注漿并評價孔壁穩(wěn)定性的測試裝置，它包 括有注漿裝置、模擬容器1、加壓裝置5以及壓力測試裝置4，其總體技術(shù)方案為模擬容器 1放置煤樣2，模擬容器1中心設(shè)置用于模擬成孔的芯管，利用注漿裝置將具有粘結(jié)或固結(jié) 效果的漿液通過進入模擬容器1盛放的松散煤層孔隙和裂隙中，提高煤層穩(wěn)定性，然后通 過加壓裝置5提供壓力對漿液_松散煤層膠結(jié)體或固結(jié)體的結(jié)構(gòu)進行破壞，從壓力測試裝 置4中讀出破壞時壓力值，用以評價漿液對松散煤層的粘結(jié)或固結(jié)效果。所述模擬容器1包括有密閉罐和芯管，密閉罐由底座16、套筒8、上蓋11、連接蓋10、加壓皮膜13以及緊固塊12組成，底座16中心設(shè)置有固定芯管用的定位柱，底座16為 一端開口的圓柱形短筒狀，開口端設(shè)置有企口，套筒8為上下端均開口的通筒，套筒8下端 設(shè)置與底座16相配套的企口形狀，底座16與底座16通過企口相互緊固連接，套筒8上端 與上蓋11連接，連接方式和套筒8與底座16連接方式相同，也是采用企口連接的方式，在 套筒8內(nèi)壁套有加壓皮膜13，加壓皮膜13上下兩頭翻邊包裹在套筒8上以保持氣密性，上 蓋11和套筒8之間設(shè)置有緊固塊12，緊固塊12在上緊上蓋11后可起到壓緊煤樣2的作 用。上蓋11中間突起圓臺，圓臺外側(cè)設(shè)置螺紋，圓臺與連接蓋10螺紋聯(lián)接。連接蓋10中 心留有注漿用的通孔，通孔與穿出上蓋11的芯管相通。所述芯管連接在密閉罐中用于模擬煤層鉆孔，芯管側(cè)壁布滿有通孔，芯管頭端密 閉罐上蓋11的開口處伸入密閉罐內(nèi)并壓緊在密閉罐底座16底部并套在定位柱上，露出密 閉罐上蓋11外的芯管末端與連接蓋10上的通孔相連通，連接蓋10通過注漿管與注漿裝置 連接。在芯管3設(shè)置了濾網(wǎng)17，使得注入的漿液從芯管3內(nèi)順利流出，而避免松散煤樣2進 入堵塞芯管3。芯管與密閉罐之間形成用于放入煤樣2的密閉內(nèi)腔，密閉罐的套筒8側(cè)壁開 設(shè)有貫穿一個壁厚的充氣孔，充氣孔處通過充氣管14與加壓裝置5相連，并在加壓裝置5 與密閉罐之間的充氣管14連接有壓力測試裝置，密閉罐的套筒8側(cè)壁還設(shè)置有泄壓孔，泄 壓孔貫穿一個壁厚，泄壓孔處用泄壓件螺釘9旋緊。所述注漿裝置包括有試壓泵7、注漿活塞6，試壓泵7為手動試壓泵7，使用試壓泵 7供壓的目的在于準(zhǔn)確地知道注漿壓力，試壓泵7與注漿活塞6連接，注漿活塞6的出口端 通過注漿管道與芯管3連接，在試壓泵7的驅(qū)動下注漿活塞6將具有粘結(jié)或固結(jié)效果的漿 液均勻地壓入芯管3，再壓入放置在密閉罐內(nèi)腔的煤樣2中。所述加壓裝置5包括有氣閥、高壓氮氣瓶，高壓氮氣瓶連接氣閥后通過充氣管14 連接在閉罐側(cè)壁的充氣孔。所述壓力測試裝置4包括壓力傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，壓力傳 感器設(shè)置在加壓裝置5與密閉罐之間的充氣管道上，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由單片機、外圍電路與 計算機構(gòu)成，單片機預(yù)設(shè)程序采集壓力傳感器的信號并處理，單片機將處理結(jié)果傳送給計 算機顯示和存儲。本實用新型的使用過程為將加壓皮膜13罩在套筒8的內(nèi)壁上，上下邊翻轉(zhuǎn)，將芯 管3罩上濾網(wǎng)17在底座16上安放好，將配好比例的煤放入套筒8與芯管之間的密閉罐空 腔中，放好上蓋11緊固件，旋合上蓋11，放上芯管上墊圈，旋合連接蓋10將芯管壓緊。驅(qū) 動手動試壓泵7，通過注漿活塞6將漿液壓入到煤樣2的空隙中，旋下上蓋11，卸下上蓋11 緊固件，抽出芯管，將高壓氮氣瓶與套筒8充氣孔用三通連接好，三通另一端連接壓力傳感 器，檢查泄壓件是否旋好，打開氮氣瓶，觀察煤樣2孔壁變化，同時記錄破壞時的數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)測出的讀數(shù)。旋開泄壓件，將氣體放出。以上所揭露的僅為本實用新型的較佳實施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本實用新 型之權(quán)利范圍，因此依本實用新型申請專利范圍所作的等效變化，仍屬本實用新型的保護 范圍。
權(quán)利要求一種模擬煤層鉆孔注漿并評價孔壁穩(wěn)定性的測試裝置，其特征在于它包括有注漿裝置、模擬容器、加壓裝置以及壓力測試裝置，模擬容器包括有密閉罐和芯管，密閉罐一端開口，芯管側(cè)壁布滿有通孔，芯管頭端從開口處伸入密閉罐內(nèi)并壓緊在密閉罐底部，露出密閉罐外的芯管末端與注漿裝置通過注漿管相連，芯管與密閉罐之間形成用于放入煤樣的密閉內(nèi)腔；密閉罐側(cè)壁開設(shè)有貫穿一個壁厚的充氣孔，充氣孔處通過充氣管與加壓裝置相連，并在加壓裝置與密閉罐之間的充氣管道連接有壓力測試裝置測量氣壓，密閉罐與芯管之間、密閉罐與充氣管道之間均密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬煤層鉆孔注漿并評價孔壁穩(wěn)定性的測試裝置，其特征在 于所述的密閉罐包括底座、套筒、上蓋、連接蓋、加壓皮膜，底座中心設(shè)置有固定芯管的定 位柱，底座與套筒下端緊固連接，套筒上端與上蓋連接，在套筒內(nèi)壁套有加壓皮膜，連接蓋 與上蓋連接并將上蓋壓緊在套筒上，連接蓋中心留有注漿用的通孔，通孔與穿出上蓋的芯 管相通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬煤層鉆孔注漿并評價孔壁穩(wěn)定性的測試裝置，其特征在 于所述的注漿裝置包括有試壓泵、注漿活塞，試壓泵與注漿活塞連接，注漿活塞的出口端 通過注漿管道與密閉罐連接蓋連接，在試壓泵的驅(qū)動下注漿活塞將漿液均勻地壓入芯管， 再進入密閉內(nèi)腔的煤樣中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬煤層鉆孔注漿并評價孔壁穩(wěn)定性的測試裝置，其特征在 于所述的加壓裝置包括有氣閥、高壓氮氣瓶，高壓氮氣瓶連接氣閥后通過充氣管連接在密 閉罐側(cè)壁的充氣孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬煤層鉆孔注漿并評價孔壁穩(wěn)定性的測試裝置，其特征在 于所述的壓力測試裝置包括壓力傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，壓力傳感器設(shè)置在加壓裝置與 密閉罐之間的充氣管道上，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由單片機、外圍電路與計算機構(gòu)成，單片機預(yù)設(shè)程 序采集壓力傳感器的信號并處理，單片機將處理結(jié)果傳送給計算機顯示和存儲。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬煤層鉆孔注漿并評價孔壁穩(wěn)定性的測試裝置，其特征在 于所述的密閉罐外壁設(shè)置有泄壓孔，泄壓孔貫穿一個壁厚，泄壓孔處用泄壓件螺釘旋緊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬煤層鉆孔注漿并評價孔壁穩(wěn)定性的測試裝置，其特征在 于所述的芯管外設(shè)置濾網(wǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬煤層鉆孔注漿并評價孔壁穩(wěn)定性的測試裝置，其特征在 于加壓皮膜在套筒上下端部外翻，通過上蓋、底座旋緊起到密封作用。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬煤層鉆孔注漿并評價孔壁穩(wěn)定性的測試裝置，其特征在 于所述的上蓋和套筒之間設(shè)置有緊固塊，上緊上蓋后可起到壓緊煤樣的作用。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的模擬煤層鉆孔注漿并評價孔壁穩(wěn)定性的測試裝置，其特征 在于所述的試壓泵為手動試壓泵。
專利摘要本實用新型涉及煤礦井下瓦斯抽采領(lǐng)域，尤其涉及一種模擬煤層鉆孔注漿并評價孔壁穩(wěn)定性的測試裝置，它的模擬容器包括有密閉罐和芯管，密閉罐一端開口，芯管側(cè)壁布滿有通孔，芯管頭端從開口處伸入密閉罐內(nèi)并壓緊在密閉罐底部，露出密閉罐外的芯管末端與注漿裝置通過注漿管相連；密閉罐通過充氣管道與加壓裝置相連，并在加壓裝置與密閉罐之間的充氣管道連接有壓力測試裝置，密閉罐與芯管之間、密閉罐與充氣管道之間均密封。本實用新型模擬在松散煤層瓦斯抽采孔的注漿過程，對漿液加固孔壁后的孔壁穩(wěn)定性進行壓力測試，評價護孔漿液對松散煤層的加固效果，可以直觀的觀察漿液在孔壁周圍的滲入情況，對松散煤層的注漿有指導(dǎo)性的意義，裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。
文檔編號E21B49/00GK201574751SQ20092022851
公開日2010年9月8日 申請日期2009年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月28日
發(fā)明者烏效鳴, 文國軍, 胡郁樂, 蔡記華, 邵明利, 魏宏超 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)