[实用新型]煤矿井下定向钻进试验模拟装置

说明书

本实用新型公开了一种煤矿井下定向钻进试验模拟装置，包括煤层模拟机构、钻具模拟机构、地应力模拟加载系统、瓦斯压力模拟加载系统、应力应变监测系统和数据记录计算机；煤层模拟机构包括模拟箱体；钻具模拟机构包括钻机、钻杆和钻头；地应力模拟加载系统包括下部应力加载系统和上部应力加载系统；瓦斯压力模拟加载系统包括瓦斯气体罐；应力应变监测系统包括应变数据采集仪、应变环和应力传感器。本实用新型能够模拟煤层在钻孔钻进过程中的各种情况，操作简单，设计新颖合理，能够最大极限地接近现场实际情况，试验结果的精确性高，为井下实际钻孔钻进时提供了有利的依据，也为煤层钻孔精准施工、煤层瓦斯精准抽采提供了保障。

技术领域

本实用新型属于非开挖煤矿水平钻孔定向钻进技术领域，具体涉及一种煤矿井下定向钻进试验模拟装置。

背景技术

我国是以煤炭作为主要能源的国家，随着国民经济的发展，煤炭的需求量与日俱增，煤炭的开采力度也越来越大。我国煤矿煤层赋存地质条件复杂，煤层瓦斯含量高，瓦斯压力大，瓦斯灾害事故频发，严重影响了我国的煤炭开采。生产实践表明，降低煤层中瓦斯含量的方法有很多，目前通过采前施工抽放钻孔预抽煤层瓦斯是较为广泛的方法之一，利用钻孔抽采煤层瓦斯是防治瓦斯灾害事故、实现瓦斯综合治理与利用的常用且有效措施。

随着机械化程度的提高，采煤工作面较以往相比，宽度、长度都有较大幅度的提高，相应工作面的瓦斯量也随着升高，对采前预抽煤层瓦斯的要求更高。瓦斯抽放钻孔也从最开始的几十米提高到现在普遍都是几百米甚至上千米。钻孔深度和煤层段延伸率是影响瓦斯抽采效果和生产效率的重要因素，钻孔深度增加可大幅度提高钻孔的覆盖面积，减少钻孔数量，提高生产效率；煤层延伸段越长，有效钻孔越多，瓦斯抽采效率越高。煤体本就是一种非均质的岩石，由于煤层裂隙宽度、长度、方向、密度等的差异性，导致同一钻孔内煤层的透气性可能存在很大的差异性，并且随着钻孔深度的增加，瓦斯压力与抽放负压的影响，使钻孔在钻进过程中钻头受力不均而发生偏转，导致钻孔偏离最初的设计轨迹，甚至出现串孔、穿透巷道等情况，难以满足矿井预抽煤层瓦斯的要求，给矿井的安全生产带来严重的隐患。

目前，随着国民经济的迅速提高及城市化建设的迅速发展，水平定向施工技术已经得到广泛的应用。煤矿井下定向钻进技术是高效治理煤矿瓦斯的一箱重大关键技术，近几年也一直是国际社会关注和积极发展的关键技术。我国煤矿井下定向钻进技术近几年虽然取得较大进展，但有些核心技术还受制于国外。因此，迫切需要对煤矿井下钻孔钻进过程中钻孔偏移的各种原因以及钻头与周围煤体的力学机理进行分析，并探寻解决这些问题的方法。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种煤矿井下定向钻进试验模拟装置，其能够模拟煤层在钻孔钻进过程中的各种情况，操作简单，设计新颖合理，能够最大极限地接近现场实际情况，也能够避免一些不确定因素对试验的影响，试验结果的精确性高，为井下实际钻孔钻进时提供了有利的依据，也为煤层钻孔精准施工、煤层瓦斯精准抽采提供了保障。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种煤矿井下定向钻进试验模拟装置，其特征在于：包括煤层模拟机构、钻具模拟机构、地应力模拟加载系统、瓦斯压力模拟加载系统、应力应变监测系统和与应力应变监测系统连接的数据记录计算机；

所述煤层模拟机构包括箱体支座和铰接在箱体支座顶部的箱体支撑板，所述箱体支撑板的顶部安装有用于装入煤岩体相似模拟材料模拟煤层的模拟箱体，所述箱体支座上设置有横梁，所述横梁上安装有用于支撑箱体支撑板并调节箱体支撑板的倾斜角度的液压支架，所述箱体支座的底部设置有滚轮和用于固定滚轮的卡子；所述模拟箱体上设置有用于连接所述瓦斯压力模拟加载系统的箱体进气口；

所述钻具模拟机构包括钻机、连接在钻机上的钻杆和连接在钻杆上的钻头；

所述地应力模拟加载系统包括设置在模拟箱体内下部的下部应力加载系统和设置在模拟箱体内上部的上部应力加载系统；