專利名稱：瓦斯抽放孔深度的檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤礦瓦斯抽放技術(shù)，特別涉及一種對(duì)瓦斯抽放孔深度進(jìn)行檢測(cè)的方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)煤礦絕大多數(shù)是井工礦井，地質(zhì)條件復(fù)雜，災(zāi)害類型多，分布面廣，在世界各主要產(chǎn)煤國(guó)家中開采條件最差、災(zāi)害最嚴(yán)重。國(guó)有重點(diǎn)煤礦中，高瓦斯礦井占21.0％；煤與瓦斯突出礦井占21.3％；低瓦斯礦井占57.7％。地方國(guó)有煤礦和鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦中，高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井占15％。而且隨著開采深度的增加，瓦斯涌出量的增大，高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井的比例還會(huì)增加。因而瓦斯事故成為煤礦開采的眾害之首。2005年，在全國(guó)煤礦一次死亡3人以上的事故中，瓦斯事故158起，占58.9％，居第一位。為此，國(guó)家在制定十一五煤礦發(fā)展綱要時(shí)確立了“先抽后采、監(jiān)測(cè)監(jiān)控、以風(fēng)定產(chǎn)”的煤礦瓦斯治理工作方針。只有經(jīng)過(guò)瓦斯抽采后，瓦斯含量降低到允許開采標(biāo)準(zhǔn)以下，方可實(shí)施開采。因此，瓦斯的預(yù)抽放成為煤礦開采的極為重要環(huán)節(jié)?！跋瘸楹蟛伞本褪菍?duì)煤層中的瓦斯(煤層氣)在開采煤層前進(jìn)行抽取利用，其意義在于對(duì)寶貴的煤層氣資源進(jìn)行充分利用，同時(shí)保證了在煤層開采過(guò)程中瓦斯涌出量大幅度降低保障生產(chǎn)過(guò)程中的安全。而抽采煤層氣的主要手段，是通過(guò)預(yù)先在煤層或鄰近層中，布置一系列的鉆孔，然后通過(guò)真空泵抽取賦存在煤層中的氣體。因此，鉆孔的質(zhì)量是決定預(yù)抽煤層氣效果的關(guān)鍵。預(yù)先對(duì)鉆孔質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)無(wú)疑對(duì)保證抽出效率是非常重要的。
及時(shí)、快速、方便地檢測(cè)瓦斯抽放孔的深度，對(duì)于保證瓦斯抽放效果具有非常重要的意義。目前對(duì)瓦斯抽放孔深度的確定僅僅依靠打鉆人員的匯報(bào)及跟班人員的記錄。由于無(wú)法對(duì)瓦斯抽放孔的深度進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)，往往造成匯報(bào)鉆孔深度和實(shí)際深度的差別非常大，給后期的煤礦安全生產(chǎn)帶來(lái)了非常大的隱患。瓦斯抽放孔的設(shè)計(jì)深度接近于工作面的長(zhǎng)度，一般深達(dá)100米以上。瓦斯抽放孔具有深度大、軸線具有一定曲率(不是直線)、孔壁由于地應(yīng)力的作用經(jīng)常造成局部塌落等特點(diǎn)。由于在鉆孔過(guò)程中不能夠保證直線鉆進(jìn)，孔口與孔底的標(biāo)高相差很大，因此，采用通常的波測(cè)法與光測(cè)法無(wú)法對(duì)軸線彎曲的瓦斯抽放孔深度進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)。經(jīng)檢索，目前也未發(fā)現(xiàn)有相關(guān)適用的儀器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述瓦斯抽放孔無(wú)法用常規(guī)機(jī)械法、波測(cè)法以及激光法測(cè)量深度的缺點(diǎn)，提供一種瓦斯抽放孔深度的檢測(cè)方法。它采用易流動(dòng)的氣體來(lái)檢測(cè)瓦斯孔的體積，從而能夠方便、準(zhǔn)確地對(duì)深度大、軸線彎曲的瓦斯抽放孔的深度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案的核心，是采用壓縮空氣壓入瓦斯抽放孔，并用流量計(jì)測(cè)定注入瓦斯抽放孔內(nèi)的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積；當(dāng)氣壓達(dá)到平衡狀態(tài)以后，采用壓力傳感器測(cè)定瓦斯抽放孔內(nèi)流場(chǎng)的平衡壓力；然后根據(jù)氣體的狀態(tài)方程確定瓦斯抽放孔的體積，從而根據(jù)瓦斯抽放孔的直徑計(jì)算確定其深度。
一種瓦斯抽放孔深度的檢測(cè)方法的具體步驟為(1)用含有壓力表、溫度計(jì)、流量計(jì)的輸氣導(dǎo)管與壓縮空氣源和被測(cè)孔口連接，并在瓦斯抽放孔內(nèi)距離孔口不同位置處布置至少兩個(gè)壓力傳感器、溫度傳感器，然后密封孔口；(2)向孔內(nèi)注入壓縮空氣，同時(shí)通過(guò)壓力表、溫度計(jì)、流量計(jì)分別測(cè)出氣體的初始?jí)毫1、溫度T1以及體積V1；(3)當(dāng)所有壓力傳感器的壓力讀數(shù)相等時(shí)，停止注氣，測(cè)出孔內(nèi)氣體的壓力P2以及孔內(nèi)的溫度T2；通過(guò)氣體的狀態(tài)方程計(jì)算瓦斯抽放孔的體積V2；(4)直接測(cè)量瓦斯抽放孔的直徑D，取其平均值，由瓦斯抽放孔的體積V2計(jì)算瓦斯抽放孔的深度L。
所述氣體的狀態(tài)方程為PV＝nRT式中n-理想氣體的摩爾數(shù)，P-氣體的壓力，V-氣體的體積，T-絕對(duì)溫度，R-氣體常量。
所述瓦斯抽放孔的體積V2的計(jì)算公式為 V2＝P1V1T2/(T1P2)式中P2-孔內(nèi)氣體的壓力，T2-孔內(nèi)氣體的溫度，P1-初始?jí)毫Γ琕1-初始體積，T1-初始溫度。
所述瓦斯抽放孔的深度L的計(jì)算公式為L(zhǎng)＝4V2/(3.14D2)式中V2-瓦斯抽放孔的體積，D-直接測(cè)量瓦斯抽放孔的平均直徑。
本發(fā)明由于向瓦斯抽放孔內(nèi)注入易流動(dòng)的壓縮空氣，并根據(jù)氣體的狀態(tài)方程可確定瓦斯抽放孔的體積，進(jìn)而按照直接測(cè)量瓦斯抽放孔的直徑來(lái)計(jì)算確定瓦斯抽放孔的深度。因此，解決了現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法對(duì)深度大、軸線彎曲的瓦斯抽放孔進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)深度的技術(shù)難題。本發(fā)明提供的瓦斯抽放孔深度的檢測(cè)方法，在孔內(nèi)設(shè)置了壓力傳感器、溫度傳感器，不僅檢測(cè)準(zhǔn)確、可靠，而且簡(jiǎn)便、易行。為貫徹國(guó)家十一五煤礦發(fā)展綱要確立的“先抽后采”煤礦瓦斯治理工作方針，提供了一種及時(shí)、快速、方便的檢測(cè)瓦斯抽放孔深度的方法。
下面通過(guò)較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式
一種瓦斯抽放孔深度的檢測(cè)方法，其實(shí)施的具體步驟如下(1)用含有壓力表、溫度計(jì)、流量計(jì)的輸氣導(dǎo)管與壓縮空氣源和被測(cè)孔口連接，并在瓦斯抽放孔內(nèi)距離孔口不同位置處布置兩個(gè)(根據(jù)實(shí)際情況也可以布設(shè)3～4個(gè))壓力傳感器、溫度傳感器，然后密封孔口；(2)采用空氣壓縮機(jī)或者井下的壓縮空氣向孔內(nèi)注氣。同時(shí)通過(guò)壓力表、溫度計(jì)、流量計(jì)分別測(cè)出氣體的初始?jí)毫1、溫度T1以及體積V1；(3)當(dāng)兩個(gè)壓力傳感器的壓力讀數(shù)相等時(shí)，停止注氣，測(cè)出孔內(nèi)氣體的壓力P2、溫度T2，通過(guò)氣體的狀態(tài)方程計(jì)算瓦斯抽放孔的體積V2；(4)直接測(cè)量瓦斯抽放孔的直徑取其平均值D，由瓦斯抽放孔的體積V2計(jì)算瓦斯抽放孔的深度L。
在壓強(qiáng)不大，溫度不太高也不太低的情況下，各種氣體的行為都趨于理想氣體。理想氣體狀態(tài)方程(ideal gas，equation of state of)，是描述理想氣體狀態(tài)變化規(guī)律的方程。質(zhì)量為M的理想氣體，其狀態(tài)參量壓強(qiáng)P、體積V和絕對(duì)溫度T之間的函數(shù)關(guān)系為PV＝nRT(1)式中n是理想氣體的摩爾摩爾數(shù)；R是氣體常量，通常為8.31 J/mol。
根據(jù)(1)式可以計(jì)算注入瓦斯抽放孔內(nèi)氣體的摩爾數(shù)n，計(jì)算公式如下
n＝PV/(RT)(2)由于R是氣體常量，因此，P1V1/T1＝P2V2/ T2(3)由(3)式可以得到瓦斯抽放孔的體積V2V2＝P1V1T2/(T1P2)(4)由于瓦斯抽放孔的直徑在孔內(nèi)變化不大，可以直接測(cè)量得到，假定測(cè)量所得直徑為D，則可以計(jì)算得到瓦斯抽放孔的深度L為L(zhǎng)＝4V2/(3.14D2)(5)
權(quán)利要求
1.一種瓦斯抽放孔深度的檢測(cè)方法，其特征在于檢測(cè)方法的具體步驟為(1)用含有壓力表、溫度計(jì)、流量計(jì)的輸氣導(dǎo)管與壓縮空氣源和被測(cè)孔口連接，并在瓦斯抽放孔內(nèi)距離孔口不同位置處布置至少兩個(gè)壓力傳感器、溫度傳感器，然后密封孔口；(2)向孔內(nèi)注入壓縮空氣，同時(shí)通過(guò)壓力表、溫度計(jì)、流量計(jì)測(cè)出氣體的初始?jí)毫1、溫度T1以及體積V1；(3)當(dāng)所有壓力傳感器的壓力讀數(shù)相等時(shí)，停止注氣，測(cè)出孔內(nèi)氣體的壓力P2以及孔內(nèi)的溫度T2；通過(guò)空氣的狀態(tài)方程計(jì)算瓦斯抽放孔的體積V2；(4)直接測(cè)量瓦斯抽放孔的直徑D，由瓦斯抽放孔的體積V2計(jì)算瓦斯抽放孔的深度L。
2.按照權(quán)利要求1所述的瓦斯抽放孔深度的檢測(cè)方法，其特征在于所述空氣的狀態(tài)方程為PV＝nRT式中n-理想氣體的摩爾數(shù)，P-氣體的壓力，V-氣體的體積，T-絕對(duì)溫度，R-氣體常量。
3.按照權(quán)利要求1所述的瓦斯抽放孔深度的檢測(cè)方法，其特征在于所述瓦斯抽放孔的體積V2的計(jì)算公式為V2＝P1V1T2/(T1P2)式中P2-孔內(nèi)氣體的壓力，T2-孔內(nèi)氣體的溫度，P1-初始?jí)毫?，V1-初始體積，T1-初始溫度。
4.按照權(quán)利要求1所述的瓦斯抽放孔深度的檢測(cè)方法，其特征在于所述瓦斯抽放孔的深度L的計(jì)算公式為L(zhǎng)＝4V2/(3.14D2)式中V2-瓦斯抽放孔的體積，D-直接測(cè)量瓦斯抽放孔的平均直徑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種瓦斯抽放孔深度的檢測(cè)方法，涉及煤礦瓦斯抽放技術(shù)。由于瓦斯抽放孔深度大、軸線彎曲，因此，采用通常的波測(cè)法與光測(cè)法無(wú)法對(duì)瓦斯抽放孔的深度進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)。本發(fā)明的技術(shù)方案是采用壓縮空氣壓入瓦斯抽放孔，并用流量計(jì)測(cè)定注入瓦斯抽放孔內(nèi)的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積；當(dāng)氣壓達(dá)到平衡狀態(tài)以后，采用壓力傳感器測(cè)定瓦斯抽放孔內(nèi)流場(chǎng)的平衡壓力；然后根據(jù)氣體的狀態(tài)方程確定瓦斯抽放孔的體積，從而根據(jù)瓦斯抽放孔的直徑計(jì)算確定其深度。本發(fā)明不僅檢測(cè)準(zhǔn)確、可靠，而且簡(jiǎn)便、易行，為煤礦瓦斯抽放提供了一種及時(shí)、快速、方便的檢測(cè)瓦斯抽放孔深度的方法。
文檔編號(hào)E21F7/00GK101089368SQ20071006229
公開日2007年12月19日 申請(qǐng)日期2007年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月12日
發(fā)明者張昌鎖, 張世平, 李義, 馮增朝 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)