YFZ30型封孔质量检测仪

抽采钻孔封孔质量检测方法和装置焦作市美格安矿业科技有限公司河南理工大学魏风清2014年2月汇报内容一、抽采钻孔漏气通道和位置二、抽采钻孔封孔质量检测方法三、YFZ30型抽采钻孔封孔质量检测仪四、现场应用实例五、前景展望一、抽采钻孔漏气通道和位置抽采钻孔封孔方法（1）聚氨酯“两堵一注”（2）囊袋“两堵一注”聚氨酯“两堵一注”全程注浆封孔工艺示意图(抽采管为整根PE管)抽采管花眼段聚氨酯膨胀段水泥注浆段4分球阀聚氨酯注浆头聚氨酯膨胀段抽采管聚氨酯注浆头水泥返浆管水泥注浆管聚氨酯“两堵一注”全程注浆封孔工艺示意图（抽采管为PVC管对接）聚氨酯注浆头抽采管聚氨酯注浆头水泥返浆管抽采管花眼段聚氨酯膨胀段水泥注浆段聚氨酯膨胀段4分球阀水泥注浆管囊袋“两堵一注”全程注浆封孔工艺示意图注浆泵一、抽采钻孔漏气通道和位置抽采钻孔漏气通道（1）封孔管漏气（2）封孔材料漏气（3）封孔段-钻孔壁之间的空隙漏气（4）钻孔松动圈漏气（5）煤体裂隙漏气（6）钻孔深部邻近钻孔互通漏气一、抽采钻孔漏气通道和位置抽采钻孔漏气通道（1）封孔管漏气①封孔管强度不足、管壁破裂漏气②封孔管连接不严不紧、接口处漏气1-瓦斯气流；2-抽采管；3-封孔材料；4-管壁破裂处；5-空气流抽采钻孔封孔管漏气示意图13452一、抽采钻孔漏气通道和位置抽采钻孔漏气通道（2）封孔材料漏气①封孔段长度不足、不能抵抗长期负压抽放②封孔段空隙发育、致密性不足、不能抵抗负压抽放1-瓦斯气流；2-混合气流；3-抽采管；4-空气流；5-封孔材料抽采钻孔封孔材料漏气示意图12435一、抽采钻孔漏气通道和位置抽采钻孔漏气通道（3）封孔段-钻孔壁之间的空隙漏气①封孔材料充填不实，封孔段-钻孔壁之间形成空隙②封孔材料后期收缩，封孔段-钻孔壁之间形成空隙1-瓦斯气流；2-混合气流；3-抽采管；4-封孔材料-钻孔间隙；5-封孔材料；6-空气流抽采钻孔封孔段-钻孔壁之间的空隙漏气示意图125346一、抽采钻孔漏气通道和位置抽采钻孔漏气通道（4）钻孔松动圈漏气①封孔材料未充满填实钻孔周围的松动圈形成漏气1-瓦斯气流；2-钻孔周围松动圈；3-混合气流；4-空气流；5-抽采管；6-封孔材料抽采钻孔松动圈漏气示意图136542一、抽采钻孔漏气通道和位置抽采钻孔漏气通道（5）煤体裂隙漏气①封孔深度不足，未进入实体煤区域②抽放负压高、时间长，封孔深度不足以抵抗负压运移影响区的作用1-瓦斯气流；2-混合气流；3-空气流；4-抽采管；5-封孔段；抽采钻孔周围实体煤裂隙漏气示意图12453一、抽采钻孔漏气通道和位置抽采钻孔漏气通道（6）钻孔深部邻近钻孔互通漏气①钻孔交叉影响，一个钻孔漏气引起连锁反应1-瓦斯气流；2-空气流；3-抽采管；4-封孔段；5-混合气流邻近钻孔互通漏气示意图12345一、抽采钻孔漏气通道和位置1-瓦斯气流；2-空气流；3-混合气流；4-封孔段顺层钻孔与底板巷钻孔互通漏气示意图1324底板巷煤巷一、抽采钻孔漏气通道和位置抽采钻孔漏气位置根据目前的注浆封孔方法和封孔工艺，结合孔内瓦斯流动分布规律和漏气通道，可将抽采钻孔漏气位置划分为4个漏气点（或漏气区域）。①封孔管内•漏气通道：封孔管漏气、封孔材料漏气②封孔管瓦斯入口处•漏气通道：封孔材料漏气、封孔段-钻孔壁之间的空隙漏气、钻孔松动圈漏气、煤体裂隙漏气③钻孔内距离封孔管瓦斯入口处0.5~1.0m•漏气通道：煤体裂隙漏气④钻孔深部•漏气通道：钻孔深部邻近钻孔互通漏气1-钻孔深部漏气通道；2-钻孔内距离封孔管瓦斯入口0.5~1.0m处漏气通道；3、4、5、6-封孔管瓦斯入口处漏气通道；7-封孔管内漏气通道顺层抽采钻孔漏气位置示意图1234675检测原理（1）在钻孔密封严密不漏气的情况下，在抽采负压作用下，抽采钻孔内瓦斯浓度沿孔深的分布基本稳定一致；（2）如果钻孔密封质量差、钻孔内部某一位置漏气，在抽采负压作用下，抽采钻孔内瓦斯浓度的分布将出现突变，在孔口至漏气位置瓦斯浓度急剧降低，而漏气位置至孔底区域瓦斯浓度较高；（3）在抽采钻孔正常抽采状态下，借助于一定的装置和方法，通过测定抽采钻孔内不同深度的瓦斯浓度和瓦斯流量，分析瓦斯浓度和漏气量沿孔深的分布变化规律，判定抽采钻孔的密封质量和漏气位置。二、抽采钻孔封孔质量检测方法测点布置二、抽采钻孔封孔质量检测方法封孔质量检测测点布置与系统连接示意图采样接口检测仪主机连接抽采系统煤层探测管封孔管连接三通过滤器连接管接井下压风系统C1C2C3C42m26m0.5m0.5m密封塞聚氨酯注浆管抽采管聚氨酯数据处理测试参数（1）抽采钻孔混合瓦斯流量Qc（2）C1、C2、C3、C4点的瓦斯浓度C1、C2、C3、C4和负压计算参数（1）C1~C2测点间的漏气量、漏气率（2）C2~C3测点间的漏气量、漏气率（3）C3~C4测点间的漏气量、漏气率二、抽采钻孔封孔质量检测方法（1）C1~C2测点间的漏气量、漏气率（2）C2~C3测点间的漏气量、漏气率（3）C3~C4测点间的漏气量、漏气率二、抽采钻孔封孔质量检测方法21122CCCQQC42112241()100%()CCCnCCC4132232341()()CCCCCQQCCCC4132232341()100%()CCCCnCCCC14334341()()CCCCQQCCC14334341()100%()CCCnCCC判定准则根据瓦斯浓度测量和漏气量比例结果，综合分析判定抽采钻孔的密封质量和漏气位置：①若特征点C1的瓦斯浓度明显低于特征点C2，则表明由钻孔封孔管向钻孔内漏气；②若特征点C2的瓦斯浓度明显低于特征点C3，则表明由封孔密封段向钻孔内漏气，密封质量差；③若特征点C3的瓦斯浓度明显低于特征点C4，则表明煤体或岩体向钻孔内漏气，存在裂隙带漏气通道，封孔深度不足；④若特征点C4的瓦斯浓度明显偏小，则表明抽采钻孔的深部存在漏气通道或原始瓦斯浓度偏低。二、抽采钻孔封孔质量检测方法判定准则当满足下列条件时，孔内漏气量是容许的：当不满足上式时，采取方案提高后续钻孔的密封质量。（1）为了减小漏气量ΔQ1-2，应提高封孔管的强度和连接密封性；（2）为了减小漏气量ΔQ2-3，应提高钻孔密封质量或改变钻孔密封方法。（3）为了减小漏气量ΔQ3-4，应增大钻孔密封长度。二、抽采钻孔封孔质量检测方法122334СQQQП123min.()mKPa312min.()mmmHg312min.()mmmHg抽放钻孔单位容许漏气量瓦斯涌出源，钻孔类型开采层：隔离式钻孔顺层钻孔0.160.0140.060.005下部被采动的煤层：井下钻孔垂直钻孔0.55140.25上部被采动的煤层：向上部被采动的煤层施工钻孔沿上部被采动的煤层施工钻孔0.0280.0140.010.005采空区：向冒落拱上方施工钻孔垂直钻孔0.55280.210备注：在井巷开始影响钻孔之前，所有类型钻孔的允许漏气量取0.005CП产品用途（1）YFZ30型抽采钻孔封孔质量检测仪主要是在抽采状态下测量抽采钻孔内瓦斯浓度和负压沿孔深的分布情况，判定抽采钻孔的封孔质量和漏气位置，以便改进封孔方式和封孔参数，提高抽采效果。（2）本产品亦可用于测定钻孔瓦斯运移规律，确定合理预抽期。三、YFZ30型抽采钻孔封孔质量检测仪产品特点（1）本产品在抽采钻孔正常抽采状态下，可定点测量抽采钻孔内不同深度的瓦斯浓度和负压。（2）本产品可准确判定抽采钻孔的封孔质量和漏气位置，为改进封孔方式和保证封孔质量、提高抽采效果提供准确依据。（3）本产品采用高负压引射器进行气样采集，方便快捷、安全高效。（4）本产品依据抽采钻孔内瓦斯分布和流动原理制造而成，测试结果准确。三、YFZ30型抽采钻孔封孔质量检测仪三、YFZ30型抽采钻孔封孔质量检测仪工作环境与技术参数工作环境（1）工作温度：（5~40）℃（2）平均相对湿度：≤95%（25℃）（3）钻孔负压：≤50KPa技术参数供气压力0.3~0.7MPa工作负压≤60KPa负压表精度2.5级最大检测深度30m总重量（含探测管）22Kg仪器尺寸（长×宽×高）650×190×175mm仪器组成（1）检测仪主要由主机、连接管、探测管、过滤器、三通、密封装置等组成。（2）主机由负压引射器、集气室、排气活塞、采样检测转换阀、孔内负压检测旋钮、负压表、采样接口、压风开关、压风接口等组成。三、YFZ30型抽采钻孔封孔质量检测仪测量过程（1）关闭抽采管阀门，断开封孔管与抽采管，在封孔管孔口安上带密封装置的三通。（2）将三通的另一端与抽采管连接。。（3）将探测管通过三通插入抽采管内，伸入到特征点C1，旋紧密封装置。（4）将过滤器与探测管连接好。（5）按下采样检测转换阀，负压引射器开始工作，将C1点的瓦斯通过探测管、连接管，连续不断的抽到集气室，抽气时间不少于1min。（6）将瓦斯浓度测量装置与主机的检测接口连接。（7）拉起采样检测转换阀，负压引射系统被切断，在压差的作用下，集气室内的排气活塞开始工作，将集气室内的瓦斯气样经检测接口排出到瓦斯浓度测量装置。三、YFZ30型抽采钻孔封孔质量检测仪测量过程（8）观测瓦斯浓度测量装置和负压表，记录测定结果。（9）重复步骤（5）~（8），再次测量C1点的瓦斯浓度和负压；如果两次测量的瓦斯浓度相差不大于4%，则将测量结果平均后作为C1点的测量结果；如果相差大于4%，则重新取样，再重复进行两次测量。（10）切断过滤器与探测管的连接，加长探测管，重复以上步骤（3）~（9），依次进行特征点C2、C3、C4的瓦斯浓度和负压的测量。（11）测量结束后恢复封孔管与抽采管的连接。三、YFZ30型抽采钻孔封孔质量检测仪义煤孟津煤矿（1）11031轨道顺槽顺层钻孔封孔工艺：聚氨酯袋式膨胀+（18~24m长）整根封孔管四、现场应用实例采样接口检测仪主机连接抽采系统煤层探测管封孔管连接三通过滤器连接管接井下压风系统C1C2C3C42m26m0.5m0.5m密封塞聚氨酯注浆管抽采管聚氨酯11031轨道顺槽顺层钻孔封孔方式示意图020406080100217.518.524距孔口距离（m）浓度c（%）456789负压P（KPa）浓度c负压孟津煤矿11031轨道顺槽414#钻孔测试结果020406080100222.523.526距孔口距离（m）浓度c（%）67891011负压P（KPa）浓度c负压孟津煤矿11031轨道顺槽403#钻孔测试结果孟津煤矿11031轨道顺槽397#钻孔测试结果孟津煤矿11031轨道顺槽394#钻孔测试结果01020304050217.518.524距孔口距离（m）浓度c（%）456789负压P（KPa）浓度c负压010203040502212224距孔口距离（m）浓度c（%）456789负压P（KPa）浓度c负压义煤孟津煤矿（2）西四底板穿层钻孔封孔工艺：囊袋式注浆+整根封孔管四、现场应用实例采样接口检测仪主机连接抽采系统煤层探测管封孔管连接三通过滤器连接管接井下压风系统C1C2C3C42m26m0.5m0.5m密封塞水泥浆注浆管抽采管水泥浆西四底板巷穿层钻孔封孔方式示意图5060708090100220.521.524距孔口距离（m）浓度c（%）151617181920负压P（KPa）浓度c负压孟津煤矿西四底板巷225-1#钻孔测试结果020406080100220.521.524距孔口距离（m）浓度c（%）151617181920负压P（KPa）浓度c负压孟津煤矿西四底板巷225-2#钻孔测试结果四、现场应用实例义煤孟津煤矿（3）11011胶带顺槽两种封孔工艺对比：•聚氨酯+对接封孔管PK聚氨酯+整根封孔管聚氨酯定向膨胀封孔法示意图抽采管花眼段聚氨酯膨胀袋聚氨酯膨胀袋注浆管抽采管聚氨酯膨胀段025507