[发明专利]一种三向加载矿井钻孔封孔效果模拟试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种三向加载矿井钻孔封孔效果模拟试验装置及方法，包括：模型台；模型转动驱动装置，通过传动梁与模型台的一端连接，用于带动所述模型台旋转；三向加载装置，固定在所述模型台内部，用于对模拟钻孔施加三向加载力，以模拟钻孔围岩受力；钻孔相似材料模拟试验箱，放置于所述三向加载装置内，用于进行钻孔抽漏气、瓦斯抽采钻孔漏气位置和钻孔间串漏气通道检测试验。本发明对矿井瓦斯抽采钻孔进行模拟，可模拟钻孔受力变形、封孔效果，钻孔间串漏气等，可为研究煤层钻孔瓦斯抽采失效机制提供实验室试验手段。本发明具有可视化，可三向加压，钻孔倾角可调节，可模拟开采对钻孔的扰动影响，直观清楚地呈现了实验中钻孔变化的全过程。

技术领域

本发明属于煤矿实验装置的技术领域，尤其涉及一种三向加载矿井钻孔封孔效果模拟试验装置及方法。

背景技术

煤矿瓦斯抽采是降低矿井瓦斯涌出量，防止瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出灾害的重要措施，同时，瓦斯也是一种宝贵的清洁能源，我国煤矿瓦斯抽采量不均衡，浓度波动大，造成瓦斯难以充分利用。煤层瓦斯抽采中，钻孔密封质量直接影响着瓦斯的抽采效果和钻孔的有效抽采半径，因此，封孔质量的好坏直接影响了瓦斯的抽采质量。另外，封孔质量的好坏又影响着煤层瓦斯压力测定的准确性，封孔段若存在极少量的漏气，都将使得到的压力值偏低，导致对瓦斯赋存和突出情况较大误差的评判，乃至做出不当的防治方案和措施。进入深井开采，煤层处于高温高压环境下，密封不良也会导致新风漏入钻孔，使得顺煤层孔壁接触氧气引起孔内煤自燃，烧毁抽采管，破坏封孔器，造成进一步漏气，最终导致整个钻孔失效。同时除了钻孔封孔质量不佳导致漏气外，由于现在多采用密集钻孔进行煤层抽采，钻孔间漏串气的情况也会严重影响抽采效果。

现有技术中，已经出现钻孔相似模拟实验装置，授权公告号为CN207278295U的专利公开了一种煤矿瓦斯抽采钻孔封孔效果模拟实验装置，该技术方案包括钻孔孔壁模拟管、泵料装置和附加测试装置。钻孔孔壁模拟管内插入封孔管，封孔管的两端装有橡胶塞形成密封腔体，在任一橡胶塞上制作有注浆孔泵料装置，包括拌料桶和将拌料桶内的封孔浆液泵入密封腔体内的气动泵，注浆管穿过注浆孔进入密封腔体内，密封腔体的外壁上有附加测试装置，附加测试装置包括上压板和下底板，上压板和下底板之间装有压力调节装置，下底板上部垂直装有煤粉柱。该方案可进行不同封孔材料和封孔压力条件下封孔效果的物理模拟。但该技术方案中的钻孔壁采用模拟管进行模拟，与实际钻孔差异较大，不能很好的反映钻孔实际情况；不能模拟钻孔受力、破坏等情况；不能模拟钻孔间串漏气情况；不能模拟巷道通风情况对钻孔封孔及漏气的影响。

授权公告号为CN107542486A的专利公开了一种钻孔瓦斯抽采实验室模拟系统及方法，包括钻孔模拟管、封孔注浆系统、瓦斯压力模拟加载系统、瓦斯检测仪、声发射系统和计算机，钻孔模拟管内两头设有堵头模拟结构，钻孔模拟管的管壁上设有多个裂隙模拟孔，裂隙模拟孔上连接有裂隙模拟管，裂隙模拟管上连接有漏气检测开关，封孔注浆系统包括注浆管、返浆管、注浆泵、注浆手柄和注浆压力表，瓦斯压力模拟加载系统包括真空泵、瓦斯气体罐、真空压力表、抽真空开关、瓦斯气体罐开关、瓦斯压力表和瓦斯抽采开关。该方案能够真实模拟现场情况，实验耗费的人力物力少，实验效果好，实验结果精确性高，实用性强。但该技术方案中的钻孔壁采用模拟管进行模拟，与实际钻孔差异较大，不能很好的反映钻孔实际情况；不能模拟钻孔受力、破坏等情况；不能模拟钻孔间串漏气情况；不能找到漏气位置，不能模拟巷道通风情况对钻孔封孔及漏气的影响。