高抽巷布置層位的測定方法及其裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高抽巷布置層位測定技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種高抽巷布置層位的測定方法及其裝置，尤其適用于煤礦井下靠經(jīng)驗值無法確定高抽巷的合理層位時的情況。
【背景技術(shù)】
[0002]煤層開采后，上覆巖層從直接頂開始，由下而上都將遭受變形和破壞，改變了巖層的原始狀態(tài)，進入開始運動和穩(wěn)定運動的狀態(tài)。當采空區(qū)上覆巖層運動趨于穩(wěn)定后，可近似地將其劃分為三帶。即在采空區(qū)沿垂直方向由下而上分為冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶。
[0003]在裂隙帶布置的高抽巷具有抽采濃度大、抽采量穩(wěn)定特點，特別適合高瓦斯區(qū)域瓦斯治理，抽采出的高濃度瓦斯不經(jīng)過采煤及回風巷區(qū)域，安全可靠性高。但是，高抽巷的層位選擇對抽采鄰近層及采空區(qū)瓦斯效果的好壞，非常重要。如果走向頂板巖石高抽巷布置太低，處于冒落帶(或稱垮落帶)范圍內(nèi)，在綜采工作面推進后很快即能抽出瓦斯，但也很快被巖石冒落所破壞與采空區(qū)溝通，抽采瓦斯為低濃度采空區(qū)瓦斯。如果布置層位太高、工作面采過后頂板卸壓瓦斯大量涌向采場空間，高抽巷截流效果差，抽采不及時，不能抽出大量較高濃度的瓦斯，不能保證工作面生產(chǎn)安全。
[0004]因此，通過一定的方法測定出裂隙帶的高度來確定高抽巷層位布置是保證高抽巷抽放效果的關(guān)鍵，目前，探測巖體內(nèi)結(jié)構(gòu)狀態(tài)、應(yīng)力大小、彈性參量及其他物理性質(zhì)等巖體力學指標的主要是巖體聲波技術(shù)。該方法的主要優(yōu)點是技術(shù)比較成熟，設(shè)備價格相對不高，對于測試的結(jié)果分析較簡單；其缺點是必須保證水是充滿鉆孔的，才能測出準確的結(jié)果，但在實際的測定過程中，由于卸壓帶內(nèi)有較大的孔隙和裂隙，水會沿著裂隙流出，往往使鉆孔內(nèi)的水不能充滿鉆孔，測量結(jié)果的誤差會較大，操作也比較復(fù)雜。
[0005]由于回采工作面推進過后，煤層頂板巖層的滲透率與巖層所受應(yīng)力的變化存在著一定的規(guī)律，單位時間內(nèi)流過單位面積、單位長度巖體的流體介質(zhì)流量和巖層的滲透率成正比，即巖層的滲透率越大，在單位時間內(nèi)流過單位面積、單位長度巖體的流體介質(zhì)流量越大。由于裂隙所受的應(yīng)力及裂隙發(fā)育程度同冒落帶和彎曲下沉帶不同，在一定的壓差條件下，單位時間內(nèi)流過單位面積、單位長度巖體的流體介質(zhì)流量是不相同的。通過這種規(guī)律的變化就可以測定出裂隙帶的高度并最終確定高抽巷布置的合理層位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明提供一種方法簡便、準確可靠的高抽巷布置層位的測定方法及其裝置，通過對不同位置的定壓氣體流量進行測定和分析，從而得到合適的高抽巷布置層位，為礦井的瓦斯抽采和安全生產(chǎn)提供依據(jù)。
[0007]本發(fā)明是以如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種高抽巷布置層位的測定方法，利用氣體在鉆孔的不同深度處向鉆孔周邊滲透的流量大小來反映該深度巖層的破碎情況，實現(xiàn)對煤層頂板裂隙帶高度范圍的測定，從而確定高抽巷的布置層位，具體步驟如下: (1)從回采工作面臨近巷道向回采方向煤層頂板施工一個孔徑為75_、長度60m的鉆孔，鉆孔與平面的夾角45°?70° ;
(2)向鉆孔內(nèi)輸送連接在一起的前端膠囊和后端膠囊，前端膠囊和后端膠囊之間通過注水管連通，后端膠囊的后端連接水管和氣管，將水管與注水裝置相連，將氣管與高壓氣體供氣裝置連接；
(3)打開注水裝置，通過水管向前端膠囊和后端膠囊中注入水，使前端膠囊和后端膠囊膨脹，此時兩個膨脹膠囊中間將形成長度和體積固定的封閉空間；
(4)調(diào)節(jié)好高壓氣體供氣裝置的出氣流量，打開高壓氣體供氣裝置，氣體通過氣管進入封閉空間并向巖層中滲透，當流量數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，記錄流量計數(shù)值；
(5)將前端膠囊和后端膠囊中的水回流到手壓注水泵內(nèi)，膠囊泄壓收縮，使前端膠囊和后夂而月父囊向內(nèi)部移動I m;
(6)重復(fù)步驟(3)、(4)、(5)多次，得到封閉空間在所處不同位置的氣體穩(wěn)定滲透流量；
(7)當測定裝置的前端膠囊移至鉆孔底位置時，結(jié)束測定工作，將封閉空間處于不同位置所測定的氣體穩(wěn)定滲透量數(shù)據(jù)作圖，從圖中可確定高抽巷布置層位，具體如下:當封閉空間處于冒落帶時，氣體的流量很大；當封閉空間向深部延伸時，氣體流量迅速下降，當氣體流量逐漸穩(wěn)定時，封閉空間所在位置即為裂隙帶的下限；當氣體流量隨深度增加趨于零時，封閉空間所在位置即為裂隙帶的上限位置；在裂隙帶的下限位置和上限位置之間，即為高抽巷布置的合理層位。
[0008]一種高抽巷布置層位的測定裝置，包括布置在鉆孔外部的高壓氣體供氣裝置、從外至內(nèi)設(shè)置在鉆孔內(nèi)的后端膠囊、前端膠囊以及用于向兩個膠囊注水使其膨脹的注水裝置；所述的前端膠囊與后端膠囊連接且兩者之間用一注水管連通；所述的高壓氣體供氣裝置的出口處設(shè)有出氣管道，出氣管道上依次安裝有減壓穩(wěn)壓閥、流量計以及閥門；所述的閥門連接一氣管的一端，氣管的另一端穿過后端膠囊且位于后端膠囊與前端膠囊之間的鉆孔內(nèi)；所述的注水裝置通過水管連通后端膠囊。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:通過實測不同深度鉆孔段的氣體穩(wěn)定滲透流量，進而判斷該段鉆孔位置是否處于煤層頂板巖層的裂隙帶內(nèi)，確定高抽巷的合理布置層位，為最大限度發(fā)揮高抽巷抽采瓦斯功能提供保障。利用的是氣體在巖層中的穩(wěn)定流量，與其破碎程度和應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)，通過測定不同深度鉆孔段向周圍巖層的氣體穩(wěn)定滲透流量，考察巖層的破碎情況和所受應(yīng)力狀況，進而判斷煤層頂板巖層裂隙帶的范圍，確定高抽巷的合理布置層位,并且由于測定采用的是氣體介質(zhì),能夠更加直接的反映高抽巷抽采時的氣體流動情況，避免了采用其它介質(zhì)和方法進行測定所帶來的問題。該流量開始趨于穩(wěn)定時封閉空間所在高度為裂隙帶的起始高度，氣體流量隨鉆孔深度增長趨于零時的封閉空間所在高度為裂隙帶的結(jié)束高度，或者說是彎曲下沉帶的起始高度，高抽巷布置的合理層位應(yīng)布置在這兩個高度之間，即裂隙帶內(nèi)；該方法為礦井高抽巷的層位布置提供了一種新的途徑。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明工作流程圖；
圖3是體滲透流量隨鉆孔深度變化圖。
[0011]圖中:1、高壓氣體供氣裝置，2、減壓穩(wěn)壓閥，3、流量計，4、閥門，5、注水裝置，6、氣管，7、連接桿，8、前端膠囊，9、后端膠囊，10、水管，11、連接管，12、巖層，13、封閉空間。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個實施例作進一步的描述。
[0013]如圖1所示，一種高抽巷布置層位的測定裝置有一布置在鉆孔外部的高壓氣體供氣裝置1、從外至內(nèi)設(shè)置在鉆孔內(nèi)的后端膠囊9、前端膠囊8以及用于兩個膠囊注水使其膨脹的注水裝置；所述的前端膠囊8與后端膠囊9連接且兩者之間用一注水管14連通；所述的高壓氣體供氣裝置I的出口處設(shè)有出氣管道，出氣管道上依次安裝有減壓穩(wěn)壓閥2、流量計3以及閥門4 ;所述的閥門4連接一氣管6的一端，氣管6的另一端穿過后端膠囊9且位于后端膠囊9與前端膠囊8之間的鉆孔內(nèi)；所述的注水裝置通過水管連通后端膠囊9。當后端膠囊9與前端膠囊8遇水膨脹后，后端膠囊9與前端膠囊8之間形成封閉空間13。
[0014]本實施例中，所述的高壓氣體供氣裝置I采用氮氣瓶。所述的注水裝置5采用手壓注水泵。所述的后端膠囊9與前端膠囊8通過連接桿7連接。所述的后端膠囊9固定一連