本發(fā)明涉及一種原位監(jiān)測實(shí)驗(yàn)方法，特別是涉及一種用于煤礦監(jiān)測瓦斯流動(dòng)及有效應(yīng)力變化規(guī)律的原位實(shí)驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，煤礦實(shí)驗(yàn)設(shè)備也得到了充分的發(fā)展，各種實(shí)驗(yàn)設(shè)備層出不窮，實(shí)驗(yàn)條件也得到了極大的改善，進(jìn)行各種煤礦實(shí)驗(yàn)也比較便利。監(jiān)測采動(dòng)煤體瓦斯流動(dòng)和有效應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)，可以很好的反映煤礦采煤過程中瓦斯流動(dòng)和有效應(yīng)力變化的規(guī)律，為探索煤礦開采特征和安全開采提供了重要的現(xiàn)場數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。目前研究煤礦瓦斯流動(dòng)規(guī)律多以鉆孔監(jiān)測瓦斯壓力大小和變化情況為主，通過監(jiān)測結(jié)果將瓦斯?jié)舛瓤刂圃诎踩侠矸秶畠?nèi)，而關(guān)于采動(dòng)有效應(yīng)力的監(jiān)測少之又少，一方面是現(xiàn)場監(jiān)測條件的限制，另一方面是監(jiān)測方法手段的缺失。目前將瓦斯流動(dòng)和有效應(yīng)力兩者變化規(guī)律相結(jié)合聯(lián)系起來研究更是鮮有涉獵，而瓦斯流動(dòng)和有效應(yīng)力變化規(guī)律的研究對(duì)認(rèn)識(shí)煤礦開采工作面前方采動(dòng)煤體物理力學(xué)特征起著重要的作用，因此采動(dòng)煤體瓦斯流動(dòng)及有效應(yīng)力變化規(guī)律的同步監(jiān)測對(duì)指導(dǎo)煤礦安全高效開采有顯著的作用，對(duì)提高國家能源發(fā)展和經(jīng)濟(jì)水平有促進(jìn)作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為通過鉆孔同時(shí)監(jiān)測工作面前方瓦斯流動(dòng)和有效應(yīng)力變化規(guī)律，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種監(jiān)測采動(dòng)煤體瓦斯流動(dòng)及有效應(yīng)力變化規(guī)律的方法，包括鉆孔，礦用鉆孔應(yīng)力計(jì)，四分管連接管，三通，球閥，礦用瓦斯壓力表，礦用瓦斯流量表，滑輪軌道，礦用封孔器。通過該實(shí)驗(yàn)方法獲取采煤工作面前方瓦斯流動(dòng)和采動(dòng)煤體應(yīng)力的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

所述監(jiān)測鉆孔位于采煤工作面前方，用礦用專用鉆頭在本煤幫與水平面呈5°的角度機(jī)械打鉆而成，確保加工而成的孔為直孔且不塌孔，孔內(nèi)無自由水。

所述礦用鉆孔應(yīng)力計(jì)為礦用本安型防爆鉆孔應(yīng)力計(jì)，孔內(nèi)部分為應(yīng)力傳感器，用導(dǎo)線連接外部顯示器，應(yīng)力傳感器與顯示器共同組成鉆孔應(yīng)力計(jì)。

進(jìn)一步地，準(zhǔn)備好足夠數(shù)量的四分管，每根大約長2m，每根四分管之間通過四分管接頭相連接，接頭處用聚乙烯薄膜來增加四分管的保氣性，其中每根四分管分布有一定數(shù)量小孔，以使瓦斯氣體充分通過四分管。

進(jìn)一步地，所需的三通規(guī)格尺寸與四分管能夠匹配，待四分管連接管完全放入孔內(nèi)后將三通安裝在四分管連接管上面。同樣的，接頭之間用聚乙烯薄膜纏裹后再擰緊。

進(jìn)一步地，將球閥安裝在三通的一個(gè)接頭上面，礦用瓦斯壓力表安裝在三通的另一個(gè)接頭上面，礦用瓦斯流量表安裝在球閥的另一個(gè)接頭上面。

進(jìn)一步地，應(yīng)力傳感器的安放是有效應(yīng)力監(jiān)測的關(guān)鍵一環(huán)，所以應(yīng)力傳感器的安放需要用到滑輪軌道。將事先準(zhǔn)備好的應(yīng)力傳感器放在滑輪軌道上面然后慢慢推進(jìn)，待傳感器達(dá)到指定位置后將滑輪軌道撤出。

進(jìn)一步地，用水泥漿將鉆孔底部注漿密實(shí)，注漿深度要確保將傳感器完全浸沒。然后用封孔器將鉆孔口封住，封孔時(shí)確保注漿充分，孔口完全封住，瓦斯不會(huì)通過鉆孔流出。

所述的一種監(jiān)測采動(dòng)煤體瓦斯流動(dòng)及有效應(yīng)力變化規(guī)律的方法，其所述的應(yīng)力傳感器用來監(jiān)測煤體在采動(dòng)下應(yīng)力的變化情況，瓦斯流量表用來監(jiān)測瓦斯流量大小，瓦斯壓力表用來監(jiān)測采動(dòng)下瓦斯壓力變化規(guī)律情況。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是：

本發(fā)明所述的鉆孔采用煤礦專用鉆孔機(jī)械打鉆而成，不僅能最大化的實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的有效性和精確性，并且鉆孔非常有利于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的安裝，鉆孔特征利于實(shí)驗(yàn)的開展，可實(shí)現(xiàn)一孔多用。

本發(fā)明為原位實(shí)驗(yàn)方法，在作業(yè)現(xiàn)場即可完場，可最大程度的反映采動(dòng)條件下工作面前方煤體物理力學(xué)特征變化情況，方法簡單可行，實(shí)驗(yàn)效果佳，而且避免了大型實(shí)驗(yàn)設(shè)備所帶來的各種誤差，實(shí)驗(yàn)可操作性強(qiáng)，合理經(jīng)濟(jì)。

本發(fā)明實(shí)驗(yàn)方法結(jié)構(gòu)簡單，易操作，可以同時(shí)進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)，且能夠真實(shí)反映現(xiàn)場工作面前方瓦斯流動(dòng)規(guī)律，可準(zhǔn)確采集采動(dòng)應(yīng)力和有效應(yīng)力變化情況，能夠?yàn)槊旱V安全生產(chǎn)提供較為準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。其結(jié)構(gòu)緊湊，成本較低，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，使用范圍廣，具有廣泛的適用性。

本發(fā)明方法緊密結(jié)合煤礦生產(chǎn)自有特征，利用煤礦的自有設(shè)備，進(jìn)行一定程度的組合和配置，兼顧煤礦生產(chǎn)要求的同時(shí)，亦可保證煤礦的安全生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法的總結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明方法鉆孔應(yīng)力傳感器推進(jìn)方法的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、礦用瓦斯流量表，2、礦用封孔器，3、鉆孔，4、四分管連接管，5、水泥漿，6、煤體，7、鉆孔應(yīng)力傳感器，8、滑輪軌道，9、鉆孔應(yīng)力顯示器，10、礦用瓦斯壓力表，11、三通，12、球閥。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。

如圖一所示，本發(fā)明為用于監(jiān)測采動(dòng)煤體瓦斯流動(dòng)及有效應(yīng)力變化規(guī)律的方法，主要有礦用瓦斯流量表1、礦用封孔器2、四分管連接管4、鉆孔應(yīng)力傳感器7、滑輪軌道8、鉆孔應(yīng)力顯示器9、礦用瓦斯壓力表10、三通11和球閥12組成。首先需要在工作面前方煤礦巷道邊幫上鉆取符合實(shí)驗(yàn)條件的鉆孔3，需保證鉆孔3不含自由水且筆直不塌孔，然后將準(zhǔn)備好的鉆孔應(yīng)力傳感器7用預(yù)制的滑輪軌道8沿鉆孔慢慢推進(jìn)，推進(jìn)過程應(yīng)緩慢，最大程度上減少對(duì)鉆孔的破壞，鉆孔應(yīng)力傳感器7與鉆孔應(yīng)力顯示器9用導(dǎo)線連接，鉆孔應(yīng)力傳感器7位于鉆孔底部，鉆孔應(yīng)力顯示器9位于鉆孔外部，兩者共同監(jiān)測鉆孔應(yīng)力變化情況。待鉆孔應(yīng)力傳感器7到達(dá)鉆孔底部后將四分管逐個(gè)連接延長慢慢送入鉆孔3形成四分管連接管4，其中四分管約兩米一根，每根四分管都布有一定數(shù)量的小孔，其為保證瓦斯的充分通過，每根四分管之間的連接應(yīng)緊密結(jié)實(shí)，待四分管連接管4送入深度與鉆孔3深度相當(dāng)時(shí)用煤礦注漿設(shè)備向鉆孔3內(nèi)注入水泥漿5，注漿程度應(yīng)保證鉆孔應(yīng)力傳感器7與煤體6之間無間隙，充填緊密，在保證注漿充分的條件下，用煤礦專用封孔器2將鉆孔口封住，確保瓦斯不會(huì)通過鉆孔流出。

待注漿和封孔完成后將三通11與四分管連接管4緊密連接，然后將礦用瓦斯壓力表10與三通11的一端相連接，球閥12與三通11的另一端相連接，將礦用瓦斯流量表1與球閥12相連接，連接處均用聚乙烯薄膜纏繞包裹，待連接完成后，將球閥12處于關(guān)閉狀態(tài)，可用水噴灑連接處檢查接口的氣密性。待設(shè)備安裝完成且密封完成后，隨著工作面的不斷推進(jìn)，鉆孔應(yīng)力顯示器9會(huì)顯示采動(dòng)應(yīng)力的大小，其值用p來表示，礦用瓦斯壓力表10會(huì)實(shí)時(shí)顯示瓦斯壓力隨工作面推進(jìn)的變化，瓦斯壓力值用p1來表示，有效應(yīng)力用p2來表示，由有效應(yīng)力原理可得，總應(yīng)力

p＝p1+p2

則有效應(yīng)力p2值為

p2＝p-p1

由此可通過鉆孔應(yīng)力顯示器9的讀數(shù)和瓦斯壓力表10的讀數(shù)來間接得到采動(dòng)應(yīng)力下工作面前方煤巖體有效應(yīng)力的大小。當(dāng)球閥12處于打開狀態(tài)時(shí)，瓦斯壓力變?yōu)榱?，礦用瓦斯流量表1的讀數(shù)不斷增大，可得到單位時(shí)間內(nèi)瓦斯流量的大小，可反映煤體賦存瓦斯的情況。流量表1和壓力表10共同監(jiān)測煤體瓦斯壓力和瓦斯流動(dòng)狀態(tài)，以此來得到煤體賦存瓦斯流動(dòng)規(guī)律，結(jié)合鉆孔應(yīng)力計(jì)(鉆孔應(yīng)力傳感器7和鉆孔應(yīng)力顯示器9)得到煤體有效應(yīng)力變化規(guī)律。實(shí)時(shí)監(jiān)測采煤工作面前方采動(dòng)壓力變化引起瓦斯流動(dòng)狀態(tài)和有效應(yīng)力的變化，平均每天記錄一次，直至工作面推進(jìn)到鉆孔位置。

本發(fā)明方法不受時(shí)間限制可以根據(jù)不同的現(xiàn)場條件做出調(diào)整，而且可以根據(jù)現(xiàn)場研究需要監(jiān)測不同時(shí)刻的瓦斯應(yīng)力和鉆孔應(yīng)力變化。