本發(fā)明屬于瓦斯防治實驗技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多功能模擬鉆孔試驗臺及其使用方法。

背景技術(shù)：

瓦斯災(zāi)害是我國煤礦主要自然災(zāi)害之一，目前已成為煤礦安全生產(chǎn)的主要矛盾。通過施工鉆孔抽采煤層瓦斯是煤礦治理瓦斯災(zāi)害的重要手段，而在煤礦瓦斯抽采工作中，鉆孔的封孔質(zhì)量是影響抽采效果的關(guān)鍵因素。

國內(nèi)實驗室模擬瓦斯抽采鉆孔的發(fā)展一直比較緩慢，一般測試都是通過非常簡單的裝置進(jìn)行，或者直接在現(xiàn)場進(jìn)行實驗測試，這樣的現(xiàn)狀導(dǎo)致的結(jié)果就是：不是實驗結(jié)果不夠精確就是現(xiàn)場實驗測試?yán)щy。近幾年模擬鉆孔越來越被研究人員重視，發(fā)展也變得迅速起來，但是目前實驗室所使用的模擬鉆孔裝置都是比較簡單而且功能單一，沒有集成多功能的模擬鉆孔試驗臺。因此，有針對性的研發(fā)一種多功能模擬鉆孔試驗臺對于煤層鉆孔的科學(xué)研究是很有必要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多功能模擬鉆孔試驗臺。該試驗臺結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計合理，使用方便，且具有多種功能。該試驗臺通過設(shè)置活動門，方便模擬煤層材料的充填和成型，待模擬煤層成型后可直接提起活動門進(jìn)行鉆孔和封孔操作，通過設(shè)置承壓蓋板和支架，并在支架與承壓蓋板之間以及支架與箱體的兩個側(cè)板之間均設(shè)置液壓缸，能夠向模擬煤層施加三維應(yīng)力，模擬煤層圍壓，通過在箱體的兩個側(cè)板上均開設(shè)進(jìn)氣孔并設(shè)置與瓦斯罐相連的進(jìn)氣管，可以通過在箱體兩側(cè)注入瓦斯氣體充當(dāng)實際煤層中的瓦斯源，真實還原現(xiàn)場鉆孔密封環(huán)境。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種多功能模擬鉆孔試驗臺，其特征在于：包括箱體、支架和用于支撐箱體的支撐座，所述箱體的前端和上部均敞開，箱體的前端內(nèi)側(cè)設(shè)置有可提起的活動門，箱體的上方安裝有承壓蓋板，所述箱體前端的底部設(shè)置有用于調(diào)節(jié)箱體傾斜角度的調(diào)節(jié)螺桿，所述支架為U型支架，支架倒扣于箱體上，支架的兩端固定安裝于地面上，所述支架與承壓蓋板之間以及支架與箱體的兩個側(cè)板之間均設(shè)置有液壓缸，所述箱體的兩個側(cè)板上均開設(shè)有進(jìn)氣孔，所述進(jìn)氣孔上設(shè)置有進(jìn)氣管，所述進(jìn)氣管遠(yuǎn)離進(jìn)氣孔的一端通過進(jìn)氣總管連接有瓦斯罐，所述進(jìn)氣總管上設(shè)置有壓力表。

上述的一種多功能模擬鉆孔試驗臺，其特征在于：所述支撐座包括前支撐座和后支撐座，所述后支撐座設(shè)置于箱體后端的底部，所述前支撐座包括設(shè)置于箱體前端兩側(cè)的左框架和右框架，所述左框架和右框架之間且位于箱體的下方設(shè)置有橫梁，所述調(diào)節(jié)螺桿設(shè)置于橫梁上。

上述的一種多功能模擬鉆孔試驗臺，其特征在于：所述左框架和右框架均為三角鋼結(jié)構(gòu)，左框架和右框架對稱設(shè)置。

上述的一種多功能模擬鉆孔試驗臺，其特征在于：所述箱體的兩個側(cè)板的前端內(nèi)側(cè)均設(shè)置有供活動門卡入的卡槽。

另外，本發(fā)明還提供了一種上述的多功能模擬鉆孔試驗臺的使用方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一、打開箱體上方安裝的承壓蓋板，將活動門裝入箱體的前端內(nèi)側(cè)，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺桿使箱體調(diào)整至實驗所需角度；

步驟二、根據(jù)實際煤層的情況配置模擬煤層材料，將模擬煤層材料填充至箱體中并壓實，填充的模擬煤層材料晾干形成模擬煤層，然后依次安裝承壓蓋板、支架和液壓缸；

步驟三、將進(jìn)氣管插入進(jìn)氣孔中并用膠密封；

步驟四、提起活動門，采用鉆機(jī)在模擬煤層的前端中部鉆掘模擬鉆孔，然后將瓦斯抽采管和注漿管插入模擬鉆孔中，在瓦斯抽采管遠(yuǎn)離模擬鉆孔的一端連接負(fù)壓泵，在注漿管遠(yuǎn)離模擬鉆孔的一端連接注漿罐，采用兩堵一注的工藝通過注漿管注入封孔材料，封堵模擬鉆孔；

步驟五、待模擬鉆孔封堵完成后，打開瓦斯罐向箱體內(nèi)通入瓦斯，并通過液壓缸向箱體內(nèi)的模擬煤層施加壓力，觀測實驗效果并獲取實驗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)模擬瓦斯抽采鉆孔密封系列實驗。

上述的方法，其特征在于：所述模擬瓦斯抽采鉆孔密封系列實驗包括鉆孔密封深度實驗，不同鉆孔直徑對封孔的影響實驗，不同傾角鉆孔密封實驗，瓦斯壓力與封孔材料滲透性關(guān)系的實驗，封孔材料氣密性、流動性、滲透性和與煤層粘結(jié)性的實驗，礦壓對瓦斯抽采鉆孔和封孔材料的影響實驗。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計合理，使用方便。

2、本發(fā)明通過設(shè)置活動門，方便模擬煤層材料的充填和成型，待模擬煤層成型后可直接提起活動門進(jìn)行鉆孔和封孔操作。

3、本發(fā)明設(shè)置承壓蓋板和支架，并在支架與承壓蓋板之間以及支架與箱體的兩個側(cè)板之間均設(shè)置液壓缸，能夠向模擬煤層施加三維應(yīng)力，模擬煤層圍壓。

4、本發(fā)明在箱體的兩個側(cè)板上均開設(shè)進(jìn)氣孔并設(shè)置與瓦斯罐相連的進(jìn)氣管，可以通過在箱體兩側(cè)注入瓦斯氣體充當(dāng)實際煤層中的瓦斯源，真實還原現(xiàn)場鉆孔密封環(huán)境。

5、本發(fā)明的模擬試驗臺具有多種功能，可以通過調(diào)節(jié)密封段的長度，研究不同的封孔深度對密封性能的影響效果；可以通過調(diào)整鉆孔直徑，研究不同直徑鉆孔在圍壓下的穩(wěn)定性和密封性能；可以通過旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺桿調(diào)整出不同傾角的鉆孔，研究不同傾角鉆孔在圍壓作用下的穩(wěn)定性及其密封性能；可以通過使用不同材料進(jìn)行封孔，研究和驗證各種封孔材料的氣密性、流動性、滲透性和與煤層粘結(jié)性等封孔性能；可以通過向模擬煤層注入不同壓力的瓦斯來研究瓦斯壓力與封孔材料滲透性的關(guān)系；可以通過外加載荷，研究不同圍壓對瓦斯抽采鉆孔穩(wěn)定性的作用。

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

說明書附圖

圖1為本發(fā)明多功能模擬鉆孔試驗臺的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明箱體和活動門的位置關(guān)系示意圖。

圖3為本發(fā)明多功能模擬鉆孔試驗臺的使用狀態(tài)示意圖。

附圖標(biāo)記說明:

1—支撐座； 1-1—后支撐座； 1-2—左框架；

1-3—右框架； 1-4—橫梁； 2—箱體；

2-1—側(cè)板； 3—調(diào)節(jié)螺桿； 4—活動門；

5—承壓蓋板； 6—支架； 7—液壓缸；

8—進(jìn)氣總管； 9—瓦斯罐； 10—壓力表；

11—進(jìn)氣管； 12—卡槽； 13—模擬鉆孔；

14—瓦斯抽采管； 15—注漿管； 16—負(fù)壓泵；

17—注漿罐。

具體實施方式

如圖1和圖2所示，本發(fā)明的多功能模擬鉆孔試驗臺，包括箱體2、支架6和用于支撐箱體2的支撐座1，所述箱體2的前端和上部均敞開，箱體2的前端內(nèi)側(cè)設(shè)置有可提起的活動門4，箱體2的上方安裝有承壓蓋板5，所述箱體2前端的底部設(shè)置有用于調(diào)節(jié)箱體2傾斜角度的調(diào)節(jié)螺桿3，所述支架6為U型支架，支架6倒扣于箱體2上，支架6的兩端固定安裝于地面上，所述支架6與承壓蓋板5之間以及支架6與箱體2的兩個側(cè)板2-1之間均設(shè)置有液壓缸7，所述箱體2的兩個側(cè)板2-1上均開設(shè)有進(jìn)氣孔，所述進(jìn)氣孔上設(shè)置有進(jìn)氣管11，所述進(jìn)氣管11遠(yuǎn)離進(jìn)氣孔的一端通過進(jìn)氣總管8連接有瓦斯罐9，所述進(jìn)氣總管8上設(shè)置有壓力表10。

本實施例中，所述支撐座1包括前支撐座和后支撐座1-1，所述后支撐座1-1設(shè)置于箱體2后端的底部，所述前支撐座包括設(shè)置于箱體2前端兩側(cè)的左框架1-2和右框架1-3，所述左框架1-2和右框架1-3之間且位于箱體2的下方設(shè)置有橫梁1-4，所述調(diào)節(jié)螺桿3設(shè)置于橫梁1-4上。

本實施例中，所述左框架1-2和右框架1-3均為三角鋼結(jié)構(gòu)，左框架1-2和右框架1-3對稱設(shè)置。

本實施例中，所述箱體2的兩個側(cè)板2-1的前端內(nèi)側(cè)均設(shè)置有供活動門4卡入的卡槽12。

本發(fā)明的多功能模擬鉆孔試驗臺的使用狀態(tài)如圖3所示，使用方法具體包括以下步驟：

步驟一、打開箱體2上方安裝的承壓蓋板5，將活動門4裝入箱體2的前端內(nèi)側(cè)，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺桿3使箱體2調(diào)整至實驗所需角度；

步驟二、根據(jù)實際煤層的情況配置模擬煤層材料，將模擬煤層材料填充至箱體2中并壓實，填充的模擬煤層材料晾干形成模擬煤層，然后依次安裝承壓蓋板5、支架6和液壓缸7；

步驟三、將進(jìn)氣管11插入進(jìn)氣孔中并用膠密封；

步驟四、提起活動門4，采用鉆機(jī)在模擬煤層的前端中部鉆掘模擬鉆孔13，然后將瓦斯抽采管14和注漿管15插入模擬鉆孔13中，在瓦斯抽采管14遠(yuǎn)離模擬鉆孔13的一端連接負(fù)壓泵16，在注漿管15遠(yuǎn)離模擬鉆孔13的一端連接注漿罐17，采用兩堵一注的工藝通過注漿管15注入封孔材料，封堵模擬鉆孔13；

步驟五、待模擬鉆孔13封堵完成后，打開瓦斯罐9向箱體2內(nèi)通入瓦斯，并通過液壓缸7向箱體2內(nèi)的模擬煤層施加壓力，觀測實驗效果并獲取實驗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)模擬瓦斯抽采鉆孔密封系列實驗，所述模擬瓦斯抽采鉆孔密封系列實驗包括鉆孔密封深度實驗，不同鉆孔直徑對封孔的影響實驗，不同傾角鉆孔密封實驗，瓦斯壓力與封孔材料滲透性關(guān)系的實驗，封孔材料氣密性、流動性、滲透性和與煤層粘結(jié)性的實驗，礦壓對瓦斯抽采鉆孔和封孔材料的影響實驗。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明做任何限制，凡是根據(jù)發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。