[发明专利]一种钻孔注气判定蹬空开采可行性的注气装置及方法

权利要求书

1.一种钻孔注气判定蹬空开采可行性的方法，其特征在于，采用的注气装置包括注气主管路、注气支管路、气体流量计、压力表、压力泵、气压传感器、注气胶囊、封孔胶囊、截止阀Ⅰ、截止阀Ⅱ和截止阀Ⅲ，注气主管路一端与注气胶囊一端连通，气体流量计、压力表、截止阀Ⅰ和截止阀Ⅱ装在注气主管路上，且气体流量计、压力表、截止阀Ⅰ和截止阀Ⅱ分别与注气胶囊之间的距离依次增加；注气支管路一端连接在截止阀Ⅰ和截止阀Ⅱ之间的管路上，注气支管路另一端与注气胶囊一端连通，气压传感器、压力泵和截止阀Ⅲ装在注气支管路上，且气压传感器、压力泵和截止阀Ⅲ分别与注气胶囊之间的距离依次增加；注气胶囊另一端与注气探管的一端连通，注气探管的另一端密封且与封孔胶囊的一端固定连接，注气胶囊另一端通过注气软管与封孔胶囊一端连通，注气探管的管壁上开设多个通孔，封孔胶囊外表面和注气胶囊外表面均装有密封圈，具体步骤为：

A、确定注气钻孔的钻设位置及数量：将注气钻孔的钻设位置确定在煤层蹬空区正上方的预开采煤层上表面，并等间隔设置至少5个注气钻孔；

B、施工钻孔：按照步骤A设定的位置及数量，从预开采煤层上表面自上而下向煤层蹬空区垂直钻设钻孔，钻孔深度不低于60m；

C、测试钻孔气密性：将注气装置中的封孔胶囊和注气胶囊伸入钻孔内，且封孔胶囊的密封圈和注气胶囊的密封圈与钻孔紧密贴合，使封孔胶囊、注气胶囊和部分钻孔壁形成密封空间，将注气主管路另一端与惰性气体罐Ⅰ连接，打开截止阀Ⅰ和截止阀Ⅱ，注入的惰性气体从注气主管路进入注气胶囊，然后惰性气体从注气探管的通孔进入密封空间，采用气体检测仪实时检测钻孔周围该惰性气体的浓度，若气体检测仪检测的惰性气体浓度值处于标准值以内，则确定该钻孔的气密性合格；若气体检测仪检测的惰性气体浓度值大于标准值，则确定该钻孔的气密性不合格；若当前测试的钻孔气密性合格，则进行下一个钻孔的测试，若当前测试的钻孔气密性不合格，则采用注浆封填该钻孔后进行下一个钻孔的测试；直至完成所有钻孔的气密性测试；

D、注气并记录数据：将注气装置中的封孔胶囊和注气胶囊伸入气密性合格的钻孔，且封孔胶囊的密封圈和注气胶囊的密封圈均与气密性合格的钻孔紧密贴合；将注气主管路另一端惰性气体罐Ⅱ，打开截止阀Ⅰ、截止阀Ⅱ和截止阀Ⅲ，注入的惰性气体从注气主管路进入注气胶囊，然后注气胶囊内的部分惰性气体从注气探管进入钻孔内，另外部分惰性气体通过注气软管进入封孔胶囊，最终惰性气体从封孔胶囊另一端进入钻孔内，此时通过压力表记录当前的实时气压数值和通过气体流量计记录实时的注气速度，然后将封孔胶囊和注气胶囊在钻孔内向下移动一段距离后重复上述注气过程，然后再次记录当前的实时气压数值和记录实时的注气速度，如此循环，直至完成该钻孔的注气观测；将其余钻孔均进行注气观测后，使每个钻孔不同深度时测试的气压数值和注气速度绘制成图表；

E、判断蹬空开采可行性：观察各个钻孔得出的图表，根据每个钻孔不同深度检测的气压数值和注气速度，能确定蹬空区内弯曲下沉带、裂隙带和垮落带，各个带的具体位置及深度，具体过程为：将注气速度处于0.10m³/min以内的深度确定为弯曲下沉带，由于注气速度较慢，说明该范围内的岩层完整性好，裂隙不发育；将注气速度突然增大至0.20m³/min的深度确定为裂隙带；此时注气速度为弯曲下沉带的至少2倍，该范围内岩层裂隙发育，判定为裂隙带；在注气速再次增大至0.30m³/min以上的深度确定为垮落带，若判断的垮落带深度处于距离钻孔注气口50m以内，则说明蹬空区内垮落带范围过大，从而判断不适于进行蹬空开采；反之则适于进行蹬空开采。

2. 根据权利要求1 所述的一种钻孔注气判定蹬空开采可行性的方法，其特征在于，还包括F、钻孔窥视仪观测岩层结构：采用步骤E注气实验后留下的钻孔，通过现有的钻孔窥视仪对煤层底板一定范围的岩层进行成像观测，最终根据得出岩层的真实结构图像，对步骤E确定的煤层蹬空区的开采可行性进行验证。

3.根据权利要求1所述的一种钻孔注气判定蹬空开采可行性的方法，其特征在于，所述惰性气体罐Ⅰ内的惰性气体密度小于空气密度。

4.根据权利要求1所述的一种钻孔注气判定蹬空开采可行性的方法，其特征在于，所述惰性气体罐Ⅱ内的惰性气体密度大于空气密度。