一种监测采动煤体瓦斯流动及有效应力变化规律的方法与流程

本发明涉及一种原位监测实验方法，特别是涉及一种用于煤矿监测瓦斯流动及有效应力变化规律的原位实验方法。

背景技术：

随着科学技术的发展，煤矿实验设备也得到了充分的发展，各种实验设备层出不穷，实验条件也得到了极大的改善，进行各种煤矿实验也比较便利。监测采动煤体瓦斯流动和有效应力的实验，可以很好的反映煤矿采煤过程中瓦斯流动和有效应力变化的规律，为探索煤矿开采特征和安全开采提供了重要的现场数据基础。目前研究煤矿瓦斯流动规律多以钻孔监测瓦斯压力大小和变化情况为主，通过监测结果将瓦斯浓度控制在安全合理范围之内，而关于采动有效应力的监测少之又少，一方面是现场监测条件的限制，另一方面是监测方法手段的缺失。目前将瓦斯流动和有效应力两者变化规律相结合联系起来研究更是鲜有涉猎，而瓦斯流动和有效应力变化规律的研究对认识煤矿开采工作面前方采动煤体物理力学特征起着重要的作用，因此采动煤体瓦斯流动及有效应力变化规律的同步监测对指导煤矿安全高效开采有显著的作用，对提高国家能源发展和经济水平有促进作用。

技术实现要素：

为通过钻孔同时监测工作面前方瓦斯流动和有效应力变化规律，本发明设计了一种监测采动煤体瓦斯流动及有效应力变化规律的方法，包括钻孔，矿用钻孔应力计，四分管连接管，三通，球阀，矿用瓦斯压力表，矿用瓦斯流量表，滑轮轨道，矿用封孔器。通过该实验方法获取采煤工作面前方瓦斯流动和采动煤体应力的实时数据。

所述监测钻孔位于采煤工作面前方，用矿用专用钻头在本煤帮与水平面呈5°的角度机械打钻而成，确保加工而成的孔为直孔且不塌孔，孔内无自由水。

所述矿用钻孔应力计为矿用本安型防爆钻孔应力计，孔内部分为应力传感器，用导线连接外部显示器，应力传感器与显示器共同组成钻孔应力计。

进一步地，准备好足够数量的四分管，每根大约长2m，每根四分管之间通过四分管接头相连接，接头处用聚乙烯薄膜来增加四分管的保气性，其中每根四分管分布有一定数量小孔，以使瓦斯气体充分通过四分管。

进一步地，所需的三通规格尺寸与四分管能够匹配，待四分管连接管完全放入孔内后将三通安装在四分管连接管上面。同样的，接头之间用聚乙烯薄膜缠裹后再拧紧。

进一步地，将球阀安装在三通的一个接头上面，矿用瓦斯压力表安装在三通的另一个接头上面，矿用瓦斯流量表安装在球阀的另一个接头上面。

进一步地，应力传感器的安放是有效应力监测的关键一环，所以应力传感器的安放需要用到滑轮轨道。将事先准备好的应力传感器放在滑轮轨道上面然后慢慢推进，待传感器达到指定位置后将滑轮轨道撤出。

进一步地，用水泥浆将钻孔底部注浆密实，注浆深度要确保将传感器完全浸没。然后用封孔器将钻孔口封住，封孔时确保注浆充分，孔口完全封住，瓦斯不会通过钻孔流出。

所述的一种监测采动煤体瓦斯流动及有效应力变化规律的方法，其所述的应力传感器用来监测煤体在采动下应力的变化情况，瓦斯流量表用来监测瓦斯流量大小，瓦斯压力表用来监测采动下瓦斯压力变化规律情况。

本发明的优点与效果是：

本发明所述的钻孔采用煤矿专用钻孔机械打钻而成，不仅能最大化的实现实验的有效性和精确性，并且钻孔非常有利于实验设备的安装，钻孔特征利于实验的开展，可实现一孔多用。

本发明为原位实验方法，在作业现场即可完场，可最大程度的反映采动条件下工作面前方煤体物理力学特征变化情况，方法简单可行，实验效果佳，而且避免了大型实验设备所带来的各种误差，实验可操作性强，合理经济。

本发明实验方法结构简单，易操作，可以同时进行多组实验，且能够真实反映现场工作面前方瓦斯流动规律，可准确采集采动应力和有效应力变化情况，能够为煤矿安全生产提供较为准确的实验数据。其结构紧凑，成本较低，数据准确，使用范围广，具有广泛的适用性。

本发明方法紧密结合煤矿生产自有特征，利用煤矿的自有设备，进行一定程度的组合和配置，兼顾煤矿生产要求的同时，亦可保证煤矿的安全生产。

附图说明

图1为本发明方法的总结构示意图；

图2为本发明方法钻孔应力传感器推进方法的结构示意图。

图中：1、矿用瓦斯流量表，2、矿用封孔器，3、钻孔，4、四分管连接管，5、水泥浆，6、煤体，7、钻孔应力传感器，8、滑轮轨道，9、钻孔应力显示器，10、矿用瓦斯压力表，11、三通，12、球阀。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例对本发明作详细说明。

如图一所示，本发明为用于监测采动煤体瓦斯流动及有效应力变化规律的方法，主要有矿用瓦斯流量表1、矿用封孔器2、四分管连接管4、钻孔应力传感器7、滑轮轨道8、钻孔应力显示器9、矿用瓦斯压力表10、三通11和球阀12组成。首先需要在工作面前方煤矿巷道边帮上钻取符合实验条件的钻孔3，需保证钻孔3不含自由水且笔直不塌孔，然后将准备好的钻孔应力传感器7用预制的滑轮轨道8沿钻孔慢慢推进，推进过程应缓慢，最大程度上减少对钻孔的破坏，钻孔应力传感器7与钻孔应力显示器9用导线连接，钻孔应力传感器7位于钻孔底部，钻孔应力显示器9位于钻孔外部，两者共同监测钻孔应力变化情况。待钻孔应力传感器7到达钻孔底部后将四分管逐个连接延长慢慢送入钻孔3形成四分管连接管4，其中四分管约两米一根，每根四分管都布有一定数量的小孔，其为保证瓦斯的充分通过，每根四分管之间的连接应紧密结实，待四分管连接管4送入深度与钻孔3深度相当时用煤矿注浆设备向钻孔3内注入水泥浆5，注浆程度应保证钻孔应力传感器7与煤体6之间无间隙，充填紧密，在保证注浆充分的条件下，用煤矿专用封孔器2将钻孔口封住，确保瓦斯不会通过钻孔流出。

待注浆和封孔完成后将三通11与四分管连接管4紧密连接，然后将矿用瓦斯压力表10与三通11的一端相连接，球阀12与三通11的另一端相连接，将矿用瓦斯流量表1与球阀12相连接，连接处均用聚乙烯薄膜缠绕包裹，待连接完成后，将球阀12处于关闭状态，可用水喷洒连接处检查接口的气密性。待设备安装完成且密封完成后，随着工作面的不断推进，钻孔应力显示器9会显示采动应力的大小，其值用p来表示，矿用瓦斯压力表10会实时显示瓦斯压力随工作面推进的变化，瓦斯压力值用p1来表示，有效应力用p2来表示，由有效应力原理可得，总应力

p＝p1+p2

则有效应力p2值为

p2＝p-p1

由此可通过钻孔应力显示器9的读数和瓦斯压力表10的读数来间接得到采动应力下工作面前方煤岩体有效应力的大小。当球阀12处于打开状态时，瓦斯压力变为零，矿用瓦斯流量表1的读数不断增大，可得到单位时间内瓦斯流量的大小，可反映煤体赋存瓦斯的情况。流量表1和压力表10共同监测煤体瓦斯压力和瓦斯流动状态，以此来得到煤体赋存瓦斯流动规律，结合钻孔应力计(钻孔应力传感器7和钻孔应力显示器9)得到煤体有效应力变化规律。实时监测采煤工作面前方采动压力变化引起瓦斯流动状态和有效应力的变化，平均每天记录一次，直至工作面推进到钻孔位置。

本发明方法不受时间限制可以根据不同的现场条件做出调整，而且可以根据现场研究需要监测不同时刻的瓦斯应力和钻孔应力变化。