一种高位定向长钻孔布设层位探查系统及层位确定方法技术方案

本发明专利技术公开一种高位定向长钻孔布设层位探查系统及层位确定方法，探查系统包括设置在支架上的试验单元，所述试验单元上还连接有负压单元、供气单元、供水单元和出水单元；探查系统用于模拟钻孔在采空区裂隙带内钻进时的清水失水率及后期抽采时的瓦斯渗漏效果，确定方法是将最佳层位的瓦斯抽采效果通过失水率和孔口返水率来表征，然后通过监测孔口返水率确定各分支孔在最佳布孔层位的上、下边界点，进而确定高位定向长钻孔的最佳布设层位，后期在邻近开采工作面设计高位定向长钻孔时，可将钻孔设计在最佳布设层位内，从而取得较佳的瓦斯抽采效果。抽采效果。抽采效果。

【技术实现步骤摘要】
一种高位定向长钻孔布设层位探查系统及层位确定方法


[0001]本专利技术属于煤矿井下钻探
，具体涉及一种高位定向长钻孔布设层位探查系统及层位确定方法。

技术介绍

[0002]顶板高位定向长钻孔技术在煤矿采空区及上隅角瓦斯治理中越来越重要，大直径长钻孔“以孔代巷”已在多个矿区推广应用，取得了较好的应用效果。高位定向长钻孔主要布置在以“O”型圈理论为基础的顶板裂隙带内，由于各矿区的煤层厚度、顶板岩层岩性组合、关键层位置和采煤方法不同，裂隙带范围各异，导致同一矿区不同煤矿之间也会存在较大差异。目前，工作面顶板裂隙带的探查方法主要包括经验公式法、理论计算方法、相似模型试验方法、应力监测方法和仪器实测方法等，在高位定向长钻孔的层位确定中，工作面顶板裂隙带的探查主要采用经验公式法，但是由于探查过程中的影响因素较多，导致通过该方法得到的定向长钻孔的布设层位不准确，得到的布设层位可能并非最优层位。
[0003]因此，亟需针对裂隙带精准探查方法中存在的问题和不足，研发一种高位定向长钻孔布设层位精准探查试验系统及层位确定方法，以克服上述不足。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的缺陷和不足，本专利技术提供一种定向长钻孔布设层位探查系统及层位确定方法，以解决现有技术中因工作面顶板裂隙带范围无法精准探查而导致的定向长钻孔布设层位定位不准的技术问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采取如下的技术方案：
[0006]一种高位定向长钻孔布设层位探查系统，包括设置在支架上的试验单元，所述试验单元上还连接有负压单元、供气单元、供水单元和出水单元；
[0007]所述试验单元包括顶部开放的筒体，所述筒体上方设置有能够与筒体密封拆卸连接的顶盖，筒体底板上开设有排水口和进气口，顶盖上开设有进水口和排气口；
[0008]所述负压单元包括负压泵，所述负压泵通过负压管道连接所述排气口；
[0009]所述供气单元包括气瓶，所述气瓶通过供气管道连接所述进气口；
[0010]所述供水单元包括供水泵，所述供水泵通过供水管道连接所述进水口；
[0011]所述排水单元包括与所述排水口相连的排水管道，所述排水管道上设置有液体流量计。
[0012]本专利技术具有以下技术特征：
[0013]具体的，所述支架包括底座和两个对称设置在所述底座上方的立柱，所述立柱上转动架设有安装板，所述安装板上开设有用于安装筒体的安装孔。
[0014]更进一步的，所述负压管道上设置有气体检测仪和第一截止阀；所述供水管道上设置有液体压力表和第二截止阀；所述供气管道上设置有气体压力表和第三截止阀。
[0015]更进一步的，所述顶盖内壁上沿周向开设有凹槽，所述凹槽内设置有密封圈。
[0016]更进一步的，所述供水泵的供水压力小于0.5MP，所述负压泵产生的负压范围为0～13KPa。
[0017]一种高位定向长钻孔布设层位确定方法，所述方法借助上述高位定向长钻孔布设层位探查系统实现，包括以下步骤：
[0018]步骤1、制备若干具有不同裂隙率的试样；
[0019]步骤2、借助高位定向长钻孔布设层位探查系统对每个试样进行漏失试验和瓦斯渗漏试验，得到每个试样的失水率和瓦斯流量；
[0020]步骤3、根据瓦斯流量与失水率之间的规律确定能够满足最佳层位抽采效果的返水率，进而确定孔口返水率上限阈值和孔口返水率下限阈值；
[0021]步骤4、在目标矿区工作面内开掘定向钻场，在工作面的相邻采空区内施工第一定向长钻孔；
[0022]步骤5、采用后退式开分支方法完成第一定向长钻孔的分支孔钻进，在分支孔钻进过程中，采集实时孔口返水率；将实时孔口返水率与返水率上限阈值相同的采集位置作为分支孔布孔的上边界点，将实时孔口返水率与返水率下限阈值相同的采集位置作为分支孔布孔的下边界点；
[0023]步骤6、完成所有分支孔的钻进后，将由所有分支孔布孔的上边界点构成的面作为设置在工作面内的第二定向长钻孔的布设层位的顶面，以所有分支孔布孔的下边界点构成的面作为设置在工作面内的第二定向长钻孔的布设层位的底面，完成高位定向长钻孔布设层位的确定。
[0024]更进一步的，所述步骤3具体包括：以失水率为100％时的返水率为孔口返水率下限阈值，并确定孔口返水率下限阈值时对应的瓦斯流量；以孔口返水率下限阈值时对应的瓦斯流量的二分之一所对应的返水率为孔口返水率的上限阈值。
[0025]更进一步的，所述第一定向长钻孔的主延伸层位为弯曲下沉带稳定岩层。
[0026]更进一步的，第二定向长钻孔的主延伸层位在裂隙带内。
[0027]本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：
[0028](1)本专利技术装置通过设置的试验单元、负压单元、供气单元、供水单元和出水单元之间的配合，通过分步试验，能够模拟裂隙带内定向长钻孔分支孔钻进过程中的失水情况，分支钻孔越深，孔底揭露岩层的裂隙越发育，失水率越大；同时获得相对应裂隙率岩层的瓦斯抽采效果，通过研究获得孔底水漏失和瓦斯渗流之间的规律，最终转化为通过监测返水率参数反向定位分支孔孔底裂隙发育程度，本专利技术系统结构简单、操作方便。
[0029](2)采用本专利技术方法能够确定位于采空区的裂隙带内的高位定向长钻孔的最优布孔层位，从而确保在开采工作面建设期就可以将钻孔布置在该层位内，以便在后期回采过程中，能够保持钻孔的完整性，进而保证瓦斯抽采通道的畅通；同时能够提高高位定向长钻孔的抽采量，最大程度地发挥高位定向长钻孔治理采空区和上隅角瓦斯的效果。
附图说明
[0030]图1为高位定向长钻孔布设层位探查系统的结构示意图；
[0031]图2为筒体结构示意图；
[0032]图3为第一定向长钻孔布设的平面示意图；
[0033]图4为实施例2得到的失水率与瓦斯流量之间的规律曲线图；
[0034]图5为第一定向长钻孔布设的剖面示意图；
[0035]图6为实施例2确定的布设层位内施工高位定向长钻孔后瓦斯抽采效果图。
[0036]附图标记含义：
[0037]1‑
支架，2
‑
筒体，3
‑
顶盖，4
‑
负压泵，5
‑
负压管道，6
‑
气瓶，7
‑
供气管道，8
‑
供水泵，9
‑
供水管道，10
‑
排水管道，11
‑
液体流量计，12
‑
气体检测仪，13
‑
第一截止阀，14
‑
液体压力表，15
‑
第二截止阀，16
‑
气体压力表，17
‑
第三截止阀，18
‑
密封圈，19
‑
排水截止阀；23
‑
垮落带，24
‑
裂隙带，25
‑
弯曲下沉带，26本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高位定向长钻孔布设层位探查系统，包括设置在支架(1)上的试验单元，所述试验单元上还连接有负压单元、供气单元、供水单元和出水单元；所述试验单元包括顶部开放的筒体(2)，所述筒体(2)上方设置有能够与筒体(2)密封拆卸连接的顶盖(3)，筒体(2)底板上开设有排水口和进气口，顶盖上开设有进水口和排气口；所述负压单元包括负压泵(4)，所述负压泵(4)通过负压管道(5)连接所述排气口；所述供气单元包括气瓶(6)，所述气瓶(6)通过供气管道(7)连接所述进气口；所述供水单元包括供水泵(8)，所述供水泵(8)通过供水管道(9)连接所述进水口；所述排水单元包括与所述排水口相连的排水管道(10)，所述排水管道上设置有液体流量计(11)和排水截止阀(19)。2.如权利要求1所述的高位定向长钻孔布设层位探查系统，其特征在于，所述支架(1)包括底座(101)和两个对称设置在所述底座(101)上方的立柱(102)，所述立柱(102)上转动架设有安装板(103)，所述安装板(103)上开设有用于安装筒体(2)的安装孔。3.如权利要求1所述的高位定向长钻孔布设层位探查系统，其特征在于，所述负压管道(5)上设置有气体检测仪(12)和第一截止阀(13)；所述供水管道(9)上设置有液体压力表(14)和第二截止阀(15)；所述供气管道(7)上设置有气体压力表(16)和第三截止阀(17)。4.如权利要求1所述的高位定向长钻孔布设层位探查系统，其特征在于，所述顶盖(3)内壁上沿周向开设有凹槽，所述凹槽内设置有密封圈(18)。5.如权利要求1所述的高位定向长钻孔布设层位探查系统，其特征在于，所述供水泵(8)的供水压力小于0.5MP，所述负压泵(4)产生的负压范围为0～13KPa。6.一种高位定向长钻孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：豆旭谦，姚宁平，魏宏超，王保利，金丹，王林杰，马君奎，李笔文，
申请(专利权)人：中煤科工西安研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：