一种观测瓦斯钻孔裂隙发育情况的试验系统及方法

本发明涉及瓦斯抽采，具体涉及一种观测瓦斯钻孔裂隙发育情况的试验系统及方法。

背景技术：

1、为保障煤矿安全生产以及提高能源利用率，瓦斯抽采十分必要。现有瓦斯抽采技术多样，有水平井压裂增渗技术、水平定向井抽采技术、以孔代巷抽采技术、井下定向长钻孔抽采技术等多种技术，其中钻孔抽采技术因其施工难度低、成本低而被广泛应用。钻孔抽采效果的好坏与钻孔密封性有关，低密度瓦斯会导致瓦斯利用率低，还会因瓦斯抽采不充分，为矿井生产留下安全隐患。在瓦斯抽采过程中，围岩裂隙对瓦斯泄露产生很大影响，因此有必要研究瓦斯钻孔周围岩裂隙发展规律。

2、目前，研究岩石裂隙发育规律常采用带预制钻孔的岩样进行试验研究。但是，现有研究主要围绕基于dic等数字图像处理的岩样表面裂纹的扩展规律等方面展开，研究带预制孔岩样在不同围压、不同预制孔径以及不同孔口形状等因素下孔口周围裂纹演化规律。对于岩样内部的裂隙发育规律少有成果，且数字图像处理所采用的试验设备价格昂贵，数据处理工作量大。为了深入、直观、全面的研究裂纹扩展规律，进一步得到岩石裂纹扩展规律，亟需一种能够观测预制孔内部裂纹发育规律的系统及方法。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中所指出的技术问题，本发明提出一种观测瓦斯钻孔裂隙发育情况的试验系统，包括压头和内窥镜系统，所述压头整体呈扁圆柱体，由压头上部和压头下部组成，所述内窥镜系统包括内窥镜镜头和与之连接的数据线；所述压头内设置有水平孔道，所述压头下部内设置有垂直孔道，所述垂直孔道上部与水平孔道连通，下部延伸至压头下部底面，所述内窥镜系统能够进入水平孔道和垂直孔道。

2、优选的，所述压头上部和压头下部也分别整体呈扁圆柱体，所述水平孔道沿径向穿过压头。

3、优选的，所述水平孔道沿压头周向等间距设置有多个，并在压头圆柱体中心相交，每个水平孔道上半部分位于压头上部，下半部分位于压头下部。

4、优选的，每个水平孔道沿其轴向等间距设置多个垂直孔道，且每个水平孔道中间的垂直孔道相同，皆位于压头下部的圆柱体中心。

5、优选的，每个水平孔道上设置的垂直孔道的数量相同。

6、优选的，所述水平孔道、垂直孔道采用圆形孔道。

7、优选的，所述内窥镜镜头设置有多个，所述内窥镜镜头和数据线能通过压头中的水平孔道后到达垂直孔道内或穿出垂直孔道外。

8、本发明在上述试验系统的基础上，还提出一种观测瓦斯钻孔裂隙发育情况的试验方法，包括如下步骤：

9、s1、制作试样，并自试样上表面向试样内制作瓦斯钻孔，所述瓦斯钻孔为一个或者多个；

10、s2、将压头下部放在试样上，使其底部中心位置与试样的上表面中心位置相对；

11、s2、水平转动压头下部，使其垂直孔道与试样的瓦斯钻孔相对；

12、s3、通过垂直孔道将内窥镜镜头放进瓦斯钻孔；

13、s4、将数据线水平放置在水平孔道上，引出与采集设备相连；

14、s5、盖上压头上部，使水平孔道的上半部与下半部对齐；

15、s6、对压头上表面施加荷载，通过内窥镜镜头观察试样受载过程中瓦斯钻孔内部不同位置裂隙实时发育过程并保存。

16、优选的，所述内窥镜镜头放在瓦斯钻孔孔口，观测整个瓦斯钻孔内部裂隙实时发育过程。

17、优选的，步骤s6中，拉动数据线调节内窥镜镜头在瓦斯钻孔中的位置，通过内窥镜镜头精确观察试样受载过程中瓦斯钻孔内部不同位置裂隙发育过程。

18、优选的，仅在所述试样中心设置一个瓦斯钻孔，在所有垂直孔道内皆设置内窥镜镜头，一个内窥镜镜头用于观测瓦斯钻孔内部裂隙发育过程，其余内窥镜镜头用于观测试样上表面裂隙发育情况，进而推算出整个试样上表面裂隙发育过程；通过试验研究瓦斯钻孔受载过程中瓦斯钻孔本身及其周围岩壁或煤壁裂隙发育过程，进而对实际支护以及确定瓦斯钻孔间距提供依据。

19、本发明的发明点与有益效果：

20、1.本发明提出的观测瓦斯钻孔裂隙发育情况的试验系统可以观测瓦斯钻孔内部裂隙发育过程，且成本低，效果直观，可为今后研究煤岩体上钻孔内裂隙发育规律提供借鉴。

21、2.本发明的试验系统可以通过试验研究瓦斯钻孔受载过程中瓦斯钻孔本身及其周围岩壁或煤壁裂隙发育过程，进而对实际支护以及确定瓦斯钻孔间距提供依据。

22、3.本发明的试验系统适用于带有不同角度和不同数量瓦斯钻孔的试样，可方便的更换试样进行多种、交叉实验。

技术特征：

1.一种观测瓦斯钻孔裂隙发育情况的试验系统，包括压头和内窥镜系统，所述压头整体呈扁圆柱体，其特征在于，所述压头由压头上部和压头下部组成，所述内窥镜系统包括内窥镜镜头和与之连接的数据线；所述压头内设置有水平孔道，所述压头下部内设置有垂直孔道，所述垂直孔道上部与水平孔道连通，下部延伸至压头下部底面，所述内窥镜系统能够进入水平孔道和垂直孔道。

2.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于：所述压头上部和压头下部也分别整体呈扁圆柱体，所述水平孔道沿径向穿过压头。

3.根据权利要求2所述的试验系统，其特征在于：所述水平孔道沿压头周向等间距设置有多个，并在压头圆柱体中心相交，每个水平孔道上半部分位于压头上部，下半部分位于压头下部。

4.根据权利要求3所述的试验系统，其特征在于：每个水平孔道沿其轴向等间距设置多个垂直孔道，且每个水平孔道中间的垂直孔道相同，皆位于压头下部的圆柱体中心。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的试验系统，其特征在于：每个水平孔道上设置的垂直孔道的数量相同；所述水平孔道、垂直孔道采用圆形孔道。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的试验系统，其特征在于：所述内窥镜镜头设置有多个，所述内窥镜镜头和数据线能通过压头中的水平孔道后到达垂直孔道内或穿出垂直孔道外。

7.一种观测瓦斯钻孔裂隙发育情况的试验方法，采用权利要求1-6任意一项所述的试验系统，其特征在于，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的试验方法，其特征在于：所述内窥镜镜头放在瓦斯钻孔孔口，观测整个瓦斯钻孔内部裂隙实时发育过程。

9.根据权利要求7所述的试验方法，步骤s6中，拉动数据线调节内窥镜镜头在瓦斯钻孔中的位置，通过内窥镜镜头精确观察试样受载过程中瓦斯钻孔内部不同位置裂隙发育过程。

10.根据权利要求7所述的试验方法，仅在所述试样中心设置一个瓦斯钻孔，在所有垂直孔道内皆设置内窥镜镜头，一个内窥镜镜头用于观测瓦斯钻孔内部裂隙发育过程，其余内窥镜镜头用于观测试样上表面裂隙发育情况，进而推算出整个试样上表面裂隙发育过程；通过试验研究瓦斯钻孔受载过程中瓦斯钻孔本身及其周围岩壁或煤壁裂隙发育过程，进而对实际支护以及确定瓦斯钻孔间距提供依据。

技术总结
本发明涉及瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种观测瓦斯钻孔裂隙发育情况的试验系统及方法。所述试验系统包括压头和内窥镜系统，压头整体呈扁圆柱体由压头上部和压头下部组成，内窥镜系统包括内窥镜镜头和与之连接的数据线；压头内设置有水平孔道，压头下部内设置有垂直孔道，垂直孔道上部与水平孔道连通，下部延伸至压头下部底面，内窥镜系统能够进入水平孔道和垂直孔道。本发明提出的观测瓦斯钻孔裂隙发育情况的试验系统可以观测瓦斯钻孔内部裂隙发育过程，且成本低，效果直观。本发明的试验系统还可以通过试验研究瓦斯钻孔受载过程中瓦斯钻孔本身及其周围岩壁或煤壁裂隙发育过程，进而对实际支护以及确定瓦斯钻孔间距提供依据。

技术研发人员：冯国瑞,崔业凯,李竹,戚庭野,郭伟,崔家庆,马敬凯
受保护的技术使用者：太原理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15