[发明专利]一种煤巷掘进工作面钻孔流量模拟实验装置及方法

权利要求书

1.一种煤巷掘进工作面钻孔流量模拟实验方法，应用一种煤巷掘进工作面钻孔流量模拟实验装置，该装置包括煤样槽，作用在煤样槽上的加载装置与充气系统，以及与煤样槽配合使用的钻进装置；钻进装置与煤样槽之间设置有流量测定系统；加载装置，煤样槽以及流量测定系统均连通有数据采集系统，其特征在于，还包括以下步骤：

步骤1，将采集到的新鲜块煤/粒煤粉碎后，筛选一定粒径的煤样，加入一定量的水，制备与煤样槽内槽断面积相似的长方体型煤若干；

步骤2，安装压力传感器、堵盘及封堵螺丝；将制备好的若干长方体型煤紧密的放入槽体，充满槽体；向槽体内倒入加热过的液体树脂，填充煤样与槽体之间的孔隙；铺上槽盖，压紧密封压片并拧紧固定螺丝；待一定时间树脂凝固后，卸下封堵螺丝，使用手持钻从槽体预留安装孔及预留充气口向煤样打孔，打孔完成后安装气体压力传感器及充气口；安装加载装置，将加载板安装在液压柱上，将液压柱及液压柱外壳安装在加载装置的底座上，将液压柱外壳连接高压管，在高压管上安装电子阀门后将高压管连接加压泵；将气压传感器、压力传感器及电子阀门连接至控制系统；

步骤3，使用控制系统控制加载装置向煤样加压，压力传感器反馈加载压力；模拟煤巷掘进工作面前方煤体所承载的地层压力；

步骤4，使用充气系统向煤样冲入一定量的甲烷，一定时间后煤样处于吸附平衡状态，观测气体压力传感器压力值，重复充气过程，直至吸附平衡后气体压力传感器压力值为设置的实验压力；

步骤5，打开放气口上的放气阀门，泄压后，卸下堵盘，安装密封压盘，待距离密封压盘最近的气体压力传感器压力值稳定后使用钻进装置开始向槽体煤样打孔，钻进一定深度后停钻，将气囊从气囊架取下放入密封压盘与钻杆之间的孔隙内，使用充气泵向气囊内充气，封堵孔隙；此时钻孔中瓦斯只能通过测流管经流量管流入流量仪，使用控制系统记录流量仪数据，测定流量一定时间后，将气囊放气后挂在气囊架上，继续打孔，钻近一定深度后停钻，重复气囊封堵，流量测定过程，流量测定完成后继续打孔重复流量测定过程，直至打孔至槽体另一端；

步骤6，打钻及流量测定过程中通过气体压力传感器压力数据计算煤样内甲烷含量。

2.根据权利要求1所述的一种煤巷掘进工作面钻孔流量模拟实验方法，其特征在于：所述煤样槽包括槽体以及安装在槽体顶部的槽盖，该槽盖通过密封压片与固定螺丝固定在槽体上；

槽体的一端上设有煤样暴露面，煤样暴露面上安装有带有密封圈的密封压盘，该密封压盘与槽体之间设有导气孔，钻进装置配合设置在密封压盘中心。

3.根据权利要求2所述的一种煤巷掘进工作面钻孔流量模拟实验方法，其特征在于：在准备阶段，煤样暴露面上通过螺纹安装有堵盘，该堵盘上设置有带有放气阀门的放气口。

4.根据权利要求1所述的一种煤巷掘进工作面钻孔流量模拟实验方法，其特征在于：所述加载装置包括底座，设置在底座上的若干个液压柱外壳以及用于联通各个液压柱外壳的高压管，每个液压柱外壳内均设有液压柱，液压柱高于煤样槽并在朝向煤样槽的一端固定连接有加载板；

高压管连通有加压泵，其上还安装有与数据采集系统连通的电子阀门。

5.根据权利要求1所述的一种煤巷掘进工作面钻孔流量模拟实验方法，其特征在于：所述充气系统包括由充气管路连通的甲烷气瓶、缓冲罐、真空泵以及若干个安装在煤样槽上带有充气阀门的充气口；

充气管路与真空泵连接处设置有阀门及真空计。

6.根据权利要求1所述的一种煤巷掘进工作面钻孔流量模拟实验方法，其特征在于：所述流量测定系统包括气囊，通过加压管连通气囊的充气泵，贯穿气囊的测流管以及通过流量管与测流管连通的流量仪。

7.根据权利要求6所述的一种煤巷掘进工作面钻孔流量模拟实验方法，其特征在于：所述钻进装置包括依次连接的钻机、钻杆与钻头；

钻机上还配合安装有与气囊配合使用的气囊架。

8.根据权利要求1所述的一种煤巷掘进工作面钻孔流量模拟实验方法，其特征在于：数据采集系统包括控制系统以及与该控制系统连通的安装在煤样槽上的气体压力传感器与压力传感器；

该控制系统还与流量测定系统以及加载装置连通。