CN201574751U - 模拟煤层钻孔注浆并评价孔壁稳定性的测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及煤矿井下瓦斯抽采领域，尤其涉及一种模拟煤层钻孔注浆并评价孔壁稳定性的测试装置，它的模拟容器包括有密闭罐和芯管，密闭罐一端开口，芯管侧壁布满有通孔，芯管头端从开口处伸入密闭罐内并压紧在密闭罐底部，露出密闭罐外的芯管末端与注浆装置通过注浆管相连；密闭罐通过充气管道与加压装置相连，并在加压装置与密闭罐之间的充气管道连接有压力测试装置，密闭罐与芯管之间、密闭罐与充气管道之间均密封。本实用新型模拟在松散煤层瓦斯抽采孔的注浆过程，对浆液加固孔壁后的孔壁稳定性进行压力测试，评价护孔浆液对松散煤层的加固效果，可以直观的观察浆液在孔壁周围的渗入情况，对松散煤层的注浆有指导性的意义，装置结构简单，操作方便。
Description
技术领域
本实用新型涉及煤矿井下瓦斯抽采领域，尤其涉及一种模拟评价松散煤层瓦斯抽采孔孔壁稳定性的测试装置。
背景技术
煤矿瓦斯也一直是煤矿安全生产的重大隐患。近年来煤矿重特大瓦斯爆炸事故时有发生，给地下煤矿开采造成了重大损失。煤矿瓦斯抽采要以短期内尽快改善煤矿生产安全条件为目的，应采取一切可以采取的措施手段，先抽气后采煤，在采煤前尽可能短的时间内快速有效地降低煤层和围岩中瓦斯含量，使原本高瓦斯矿井转变为低瓦斯的矿井。
当前我国煤矿瓦斯抽采利用存在的主要困难是：①瓦斯事故仍然严重；②瓦斯抽采率低，目前平均抽采率仅有20％左右，而俄罗斯、美国和澳大利亚等国家均在50％以上；③抽采瓦斯发展不平衡，抽采好的阳泉、抚顺、淮南、晋城、铁法和松藻等几家的抽采量占到全国瓦斯抽采量的约50％；④抽放瓦斯方法和技术跟不上形势的发展。
根据抽采对象的不同，可将煤矿瓦斯抽采分为本煤层瓦斯抽采、邻近层瓦斯抽采和采空区瓦斯抽采。由于我国地质构造条件复杂，成煤时代多，煤矿区分布广，煤储层特征差异大，简单起见，可划分为正常煤体结构的硬煤层和构造发育的松软煤层两种典型类型。对于松软煤层，由于煤与瓦斯突出、煤层松软、机械强度低等原因，采用清水或空气等常规排粉钻进方式时易出现塌孔、卡钻或喷孔等问题，打钻成孔困难，瓦斯抽采效率低。松软煤层的煤层气开发是我国煤层气产业化面临的最严峻的挑战之一，在此类煤层中钻进护孔技术是目前亟待解决的技术难题之一。因此，在松散煤层抽采孔中注入粘结型或固结型浆液，以对井壁进行加固成为必需的技术手段之一，而目前还没出现一种装置对松散煤层注入浆液后加固效果、及浆液在孔壁周围的渗入情况进行测试。
发明内容
针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种结构简单、能模拟松散煤层钻孔注浆并评价护孔浆液对松散煤层的加固效果的测试装置。
为达上述目的，本实用新型所采用的方案为：一种模拟煤层钻孔注浆并评价孔壁稳定性的测试装置，其特征在于：它包括有注浆装置、模拟容器、加压装置以及压力测试装置，模拟容器包括有密闭罐和芯管，密闭罐一端开口，芯管侧壁布满有通孔，芯管头端从开口处伸入密闭罐内并压紧在密闭罐底部，露出密闭罐外的芯管末端与注浆装置通过注浆管相连，芯管与密闭罐之间形成用于放入煤样的密闭内腔；密闭罐侧壁开设有贯穿一个壁厚的充气孔，充气孔处通过充气管与加压装置相连，并在加压装置与密闭罐之间的充气管道连接有压力测试装置测量气压，密闭罐与芯管之间、密闭罐与充气管道之间均密封。
较佳地，本实用新型还可以包括以下技术特征：
所述的密闭罐包括底座、套筒、上盖、连接盖、加压皮膜，底座中心设置有固定芯管的定位柱，底座与套筒下端紧固连接，套筒上端与上盖连接，在套筒内壁套有加压皮膜，连接盖与上盖连接并将上盖压紧在套筒上，连接盖中心留有注浆用的通孔，通孔与穿出上盖的芯管相通。
所述的注浆装置包括有试压泵、注浆活塞，试压泵与注浆活塞连接，注浆活塞的出口端通过注浆管道与密闭罐连接盖连接，在试压泵的驱动下注浆活塞将浆液均匀地压入芯管，再进入密闭内腔的煤样中。
所述的加压装置包括有气阀、高压氮气瓶，高压氮气瓶连接气阀后通过充气管连接在闭罐侧壁的充气孔。
所述的压力测试装置包括压力传感器与数据采集系统，压力传感器设置在加压装置与密闭罐之间的充气管道上，数据采集系统由单片机、外围电路与计算机构成，单片机预设程序采集压力传感器的信号并处理，单片机将处理结果传送给计算机显示和存储。
所述的密闭罐外壁设置有泄压孔，泄压孔贯穿一个壁厚，泄压孔处用泄压件螺钉旋紧。
所述的芯管外设置滤网。
所述的加压皮膜在套筒上下端部外翻，通过上盖、底座旋紧起到密封作用。
所述的上盖和套筒之间设置有紧固块，上紧上盖后可起到压紧煤样的作用。
所述的试压泵为手动试压泵。
本实用新型模拟散煤层抽采孔的注浆过程，对浆液加固井壁后的孔壁稳定性进行压力测试，评价护孔浆液对松散煤层的加固效果，并可以直观的观察浆液在孔壁周围的渗入情况，对松散煤层的注浆有指导性的意义。其装置结构简单，操作方便，评价效果好。
附图说明
图1为本实用新型的原理示意图；
图2为本实用新型实施例中模拟容器的剖视图；
图3为本实用新型实施例中加压皮膜与上盖连接密封局部放大图；
图4为本实用新型实施例中注浆活塞的剖视图；
图中标记说明：1-模拟容器，2-煤样，3-芯管，4-压力测试装置，5-加压装置，6-注浆活塞，7-试压泵，8-套筒，9-泄压件螺钉，10-连接盖，11-上盖，12-紧固块，13-加压皮膜，14-充气管，15-橡皮垫，16-底座，17-滤网。
具体实施方式
为了更好地理解本实用新型，下面结合实施例和附图对本实用新型的技术方案做进一步的说明，参见图1至4：
按本实用新型实施的一种模拟煤层钻孔注浆并评价孔壁稳定性的测试装置，它包括有注浆装置、模拟容器1、加压装置5以及压力测试装置4，其总体技术方案为：模拟容器1放置煤样2，模拟容器1中心设置用于模拟成孔的芯管，利用注浆装置将具有粘结或固结效果的浆液通过进入模拟容器1盛放的松散煤层孔隙和裂隙中，提高煤层稳定性，然后通过加压装置5提供压力对浆液-松散煤层胶结体或固结体的结构进行破坏，从压力测试装置4中读出破坏时压力值，用以评价浆液对松散煤层的粘结或固结效果。
所述模拟容器1包括有密闭罐和芯管，密闭罐由底座16、套筒8、上盖11、连接盖10、加压皮膜13以及紧固块12组成，底座16中心设置有固定芯管用的定位柱，底座16为一端开口的圆柱形短筒状，开口端设置有企口，套筒8为上下端均开口的通筒，套筒8下端设置与底座16相配套的企口形状，底座16与底座16通过企口相互紧固连接，套筒8上端与上盖11连接，连接方式和套筒8与底座16连接方式相同，也是采用企口连接的方式，在套筒8内壁套有加压皮膜13，加压皮膜13上下两头翻边包裹在套筒8上以保持气密性，上盖11和套筒8之间设置有紧固块12，紧固块12在上紧上盖11后可起到压紧煤样2的作用。上盖11中间突起圆台，圆台外侧设置螺纹，圆台与连接盖10螺纹联接。连接盖10中心留有注浆用的通孔，通孔与穿出上盖11的芯管相通。
所述芯管连接在密闭罐中用于模拟煤层钻孔，芯管侧壁布满有通孔，芯管头端密闭罐上盖11的开口处伸入密闭罐内并压紧在密闭罐底座16底部并套在定位柱上，露出密闭罐上盖11外的芯管末端与连接盖10上的通孔相连通，连接盖10通过注浆管与注浆装置连接。在芯管3设置了滤网17，使得注入的浆液从芯管3内顺利流出，而避免松散煤样2进入堵塞芯管3。芯管与密闭罐之间形成用于放入煤样2的密闭内腔，密闭罐的套筒8侧壁开设有贯穿一个壁厚的充气孔，充气孔处通过充气管14与加压装置5相连，并在加压装置5与密闭罐之间的充气管14连接有压力测试装置，密闭罐的套筒8侧壁还设置有泄压孔，泄压孔贯穿一个壁厚，泄压孔处用泄压件螺钉9旋紧。
所述注浆装置包括有试压泵7、注浆活塞6，试压泵7为手动试压泵7，使用试压泵7供压的目的在于准确地知道注浆压力，试压泵7与注浆活塞6连接，注浆活塞6的出口端通过注浆管道与芯管3连接，在试压泵7的驱动下注浆活塞6将具有粘结或固结效果的浆液均匀地压入芯管3，再压入放置在密闭罐内腔的煤样2中。
所述加压装置5包括有气阀、高压氮气瓶，高压氮气瓶连接气阀后通过充气管14连接在闭罐侧壁的充气孔。所述压力测试装置4包括压力传感器与数据采集系统，压力传感器设置在加压装置5与密闭罐之间的充气管道上，数据采集系统由单片机、外围电路与计算机构成，单片机预设程序采集压力传感器的信号并处理，单片机将处理结果传送给计算机显示和存储。
本实用新型的使用过程为：将加压皮膜13罩在套筒8的内壁上，上下边翻转，将芯管3罩上滤网17在底座16上安放好，将配好比例的煤放入套筒8与芯管之间的密闭罐空腔中，放好上盖11紧固件，旋合上盖11，放上芯管上垫圈，旋合连接盖10将芯管压紧。驱动手动试压泵7，通过注浆活塞6将浆液压入到煤样2的空隙中，旋下上盖11，卸下上盖11紧固件，抽出芯管，将高压氮气瓶与套筒8充气孔用三通连接好，三通另一端连接压力传感器，检查泄压件是否旋好，打开氮气瓶，观察煤样2孔壁变化，同时记录破坏时的数据采集系统测出的读数。旋开泄压件，将气体放出。
以上所揭露的仅为本实用新型的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等效变化，仍属本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种模拟煤层钻孔注浆并评价孔壁稳定性的测试装置，其特征在于：它包括有注浆装置、模拟容器、加压装置以及压力测试装置，模拟容器包括有密闭罐和芯管，密闭罐一端开口，芯管侧壁布满有通孔，芯管头端从开口处伸入密闭罐内并压紧在密闭罐底部，露出密闭罐外的芯管末端与注浆装置通过注浆管相连，芯管与密闭罐之间形成用于放入煤样的密闭内腔；密闭罐侧壁开设有贯穿一个壁厚的充气孔，充气孔处通过充气管与加压装置相连，并在加压装置与密闭罐之间的充气管道连接有压力测试装置测量气压，密闭罐与芯管之间、密闭罐与充气管道之间均密封。
2.根据权利要求1所述的模拟煤层钻孔注浆并评价孔壁稳定性的测试装置，其特征在于：所述的密闭罐包括底座、套筒、上盖、连接盖、加压皮膜，底座中心设置有固定芯管的定位柱，底座与套筒下端紧固连接，套筒上端与上盖连接，在套筒内壁套有加压皮膜，连接盖与上盖连接并将上盖压紧在套筒上，连接盖中心留有注浆用的通孔，通孔与穿出上盖的芯管相通。
3.根据权利要求1所述的模拟煤层钻孔注浆并评价孔壁稳定性的测试装置，其特征在于：所述的注浆装置包括有试压泵、注浆活塞，试压泵与注浆活塞连接，注浆活塞的出口端通过注浆管道与密闭罐连接盖连接，在试压泵的驱动下注浆活塞将浆液均匀地压入芯管，再进入密闭内腔的煤样中。
4.根据权利要求1所述的模拟煤层钻孔注浆并评价孔壁稳定性的测试装置，其特征在于：所述的加压装置包括有气阀、高压氮气瓶，高压氮气瓶连接气阀后通过充气管连接在密闭罐侧壁的充气孔。
5.根据权利要求1所述的模拟煤层钻孔注浆并评价孔壁稳定性的测试装置，其特征在于：所述的压力测试装置包括压力传感器与数据采集系统，压力传感器设置在加压装置与密闭罐之间的充气管道上，数据采集系统由单片机、外围电路与计算机构成，单片机预设程序采集压力传感器的信号并处理，单片机将处理结果传送给计算机显示和存储。
6.根据权利要求1所述的模拟煤层钻孔注浆并评价孔壁稳定性的测试装置，其特征在于：所述的密闭罐外壁设置有泄压孔，泄压孔贯穿一个壁厚，泄压孔处用泄压件螺钉旋紧。
7.根据权利要求1所述的模拟煤层钻孔注浆并评价孔壁稳定性的测试装置，其特征在于：所述的芯管外设置滤网。
8.根据权利要求2所述的模拟煤层钻孔注浆并评价孔壁稳定性的测试装置，其特征在于：加压皮膜在套筒上下端部外翻，通过上盖、底座旋紧起到密封作用。
9.根据权利要求2所述的模拟煤层钻孔注浆并评价孔壁稳定性的测试装置，其特征在于：所述的上盖和套筒之间设置有紧固块，上紧上盖后可起到压紧煤样的作用。
10.根据权利要求3所述的模拟煤层钻孔注浆并评价孔壁稳定性的测试装置，其特征在于：所述的试压泵为手动试压泵。
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