瓦斯抽放孔深度的检测方法.pdf

本发明公开了一种瓦斯抽放孔深度的检测方法，涉及煤矿瓦斯抽放技术。由于瓦斯抽放孔深度大、轴线弯曲，因此，采用通常的波测法与光测法无法对瓦斯抽放孔的深度进行准确的检测。本发明的技术方案是采用压缩空气压入瓦斯抽放孔，并用流量计测定注入瓦斯抽放孔内的气体在标准状态下的体积；当气压达到平衡状态以后，采用压力传感器测定瓦斯抽放孔内流场的平衡压力；然后根据气体的状态方程确定瓦斯抽放孔的体积，从而根据瓦斯抽放孔的直径计算确定其深度。本发明不仅检测准确、可靠，而且简便、易行，为煤矿瓦斯抽放提供了一种及时、快速、方便的检测瓦斯抽放孔深度的方法。

1、  一种瓦斯抽放孔深度的检测方法，其特征在于检测方法的具体步骤为：
(1)用含有压力表、温度计、流量计的输气导管与压缩空气源和被测孔口连接，并在瓦斯抽放孔内距离孔口不同位置处布置至少两个压力传感器、温度传感器，然后密封孔口；
(2)向孔内注入压缩空气，同时通过压力表、温度计、流量计测出气体的初始压力P₁、温度T₁以及体积V₁；
(3)当所有压力传感器的压力读数相等时，停止注气，测出孔内气体的压力P₂以及孔内的温度T₂；通过空气的状态方程计算瓦斯抽放孔的体积V₂；
(4)直接测量瓦斯抽放孔的直径D，由瓦斯抽放孔的体积V₂计算瓦斯抽放孔的深度L。

2、  按照权利要求1所述的瓦斯抽放孔深度的检测方法，其特征在于：所述空气的状态方程为：PV＝nRT
式中：n-理想气体的摩尔数，P-气体的压力，V-气体的体积，T-绝对温度，R-气体常量。

3、  按照权利要求1所述的瓦斯抽放孔深度的检测方法，其特征在于：所述瓦斯抽放孔的体积V₂的计算公式为：V₂＝P₁V₁T₂/(T₁P₂)
式中：P₂-孔内气体的压力，T₂-孔内气体的温度，P₁-初始压力，V₁-初始体积，T₁-初始温度。

4、  按照权利要求1所述的瓦斯抽放孔深度的检测方法，其特征在于：所述瓦斯抽放孔的深度L的计算公式为：L＝4V₂/(3.14D²)
式中：V₂-瓦斯抽放孔的体积，D-直接测量瓦斯抽放孔的平均直径。

瓦斯抽放孔深度的检测方法
技术领域
本发明涉及煤矿瓦斯抽放技术，特别涉及一种对瓦斯抽放孔深度进行检测的方法。
背景技术
我国煤矿绝大多数是井工矿井，地质条件复杂，灾害类型多，分布面广，在世界各主要产煤国家中开采条件最差、灾害最严重。国有重点煤矿中，高瓦斯矿井占21.0％；煤与瓦斯突出矿井占21.3％；低瓦斯矿井占57.7％。地方国有煤矿和乡镇煤矿中，高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井占15％。而且随着开采深度的增加，瓦斯涌出量的增大，高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井的比例还会增加。因而瓦斯事故成为煤矿开采的众害之首。2005年，在全国煤矿一次死亡3人以上的事故中，瓦斯事故158起，占58.9％，居第一位。为此，国家在制定十一五煤矿发展纲要时确立了“先抽后采、监测监控、以风定产”的煤矿瓦斯治理工作方针。只有经过瓦斯抽采后，瓦斯含量降低到允许开采标准以下，方可实施开采。因此，瓦斯的预抽放成为煤矿开采的极为重要环节。“先抽后采”就是对煤层中的瓦斯(煤层气)在开采煤层前进行抽取利用，其意义在于对宝贵的煤层气资源进行充分利用，同时保证了在煤层开采过程中瓦斯涌出量大幅度降低保障生产过程中的安全。而抽采煤层气的主要手段，是通过预先在煤层或邻近层中，布置一系列的钻孔，然后通过真空泵抽取赋存在煤层中的气体。因此，钻孔的质量是决定预抽煤层气效果的关键。预先对钻孔质量进行检测无疑对保证抽出效率是非常重要的。
及时、快速、方便地检测瓦斯抽放孔的深度，对于保证瓦斯抽放效果具有非常重要的意义。目前对瓦斯抽放孔深度的确定仅仅依靠打钻人员的汇报及跟班人员的记录。由于无法对瓦斯抽放孔的深度进行准确的检测，往往造成汇报钻孔深度和实际深度的差别非常大，给后期的煤矿安全生产带来了非常大的隐患。瓦斯抽放孔的设计深度接近于工作面的长度，一般深达100米以上。瓦斯抽放孔具有深度大、轴线具有一定曲率(不是直线)、孔壁由于地应力的作用经常造成局部塌落等特点。由于在钻孔过程中不能够保证直线钻进，孔口与孔底的标高相差很大，因此，采用通常的波测法与光测法无法对轴线弯曲的瓦斯抽放孔深度进行准确的检测。经检索，目前也未发现有相关适用的仪器。
发明内容
本发明的目的在于克服上述瓦斯抽放孔无法用常规机械法、波测法以及激光法测量深度的缺点，提供一种瓦斯抽放孔深度的检测方法。它采用易流动的气体来检测瓦斯孔的体积，从而能够方便、准确地对深度大、轴线弯曲的瓦斯抽放孔的深度进行现场检测。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案的核心，是采用压缩空气压入瓦斯抽放孔，并用流量计测定注入瓦斯抽放孔内的气体在标准状态下的体积；当气压达到平衡状态以后，采用压力传感器测定瓦斯抽放孔内流场的平衡压力；然后根据气体的状态方程确定瓦斯抽放孔的体积，从而根据瓦斯抽放孔的直径计算确定其深度。
一种瓦斯抽放孔深度的检测方法的具体步骤为：
(1)用含有压力表、温度计、流量计的输气导管与压缩空气源和被测孔口连接，并在瓦斯抽放孔内距离孔口不同位置处布置至少两个压力传感器、温度传感器，然后密封孔口；
(2)向孔内注入压缩空气，同时通过压力表、温度计、流量计分别测出气体的初始压力P₁、温度T₁以及体积V₁；
(3)当所有压力传感器的压力读数相等时，停止注气，测出孔内气体的压力P₂以及孔内的温度T₂；通过气体的状态方程计算瓦斯抽放孔的体积V₂；
(4)直接测量瓦斯抽放孔的直径D，取其平均值，由瓦斯抽放孔的体积V₂计算瓦斯抽放孔的深度L。
所述气体的状态方程为：    PV＝nRT
式中：n-理想气体的摩尔数，P-气体的压力，V-气体的体积，T-绝对温度，R-气体常量。
所述瓦斯抽放孔的体积V₂的计算公式为：  V₂＝P₁V₁ T₂/(T₁P₂)式中：P₂-孔内气体的压力，T₂-孔内气体的温度，P₁-初始压力，V₁-初始体积，T₁-初始温度。
所述瓦斯抽放孔的深度L的计算公式为：L＝4V₂/(3.14D²)式中：V₂-瓦斯抽放孔的体积，D-直接测量瓦斯抽放孔的平均直径。
本发明由于向瓦斯抽放孔内注入易流动的压缩空气，并根据气体的状态方程可确定瓦斯抽放孔的体积，进而按照直接测量瓦斯抽放孔的直径来计算确定瓦斯抽放孔的深度。因此，解决了现有技术无法对深度大、轴线弯曲的瓦斯抽放孔进行现场检测深度的技术难题。本发明提供的瓦斯抽放孔深度的检测方法，在孔内设置了压力传感器、温度传感器，不仅检测准确、可靠，而且简便、易行。为贯彻国家十一五煤矿发展纲要确立的“先抽后采”煤矿瓦斯治理工作方针，提供了一种及时、快速、方便的检测瓦斯抽放孔深度的方法。
下面通过较佳实施例对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
一种瓦斯抽放孔深度的检测方法，其实施的具体步骤如下：
(1)用含有压力表、温度计、流量计的输气导管与压缩空气源和被测孔口连接，并在瓦斯抽放孔内距离孔口不同位置处布置两个(根据实际情况也可以布设3～4个)压力传感器、温度传感器，然后密封孔口；
(2)采用空气压缩机或者井下的压缩空气向孔内注气。同时通过压力表、温度计、流量计分别测出气体的初始压力P₁、温度T₁以及体积V₁；
(3)当两个压力传感器的压力读数相等时，停止注气，测出孔内气体的压力P₂、温度T₂，通过气体的状态方程计算瓦斯抽放孔的体积V₂；
(4)直接测量瓦斯抽放孔的直径取其平均值D，由瓦斯抽放孔的体积V₂计算瓦斯抽放孔的深度L。
在压强不大，温度不太高也不太低的情况下，各种气体的行为都趋于理想气体。理想气体状态方程(ideal gas，equation of state of)，是描述理想气体状态变化规律的方程。质量为M的理想气体，其状态参量压强P、体积V和绝对温度T之间的函数关系为
PV＝nRT    (1)
式中：n是理想气体的摩尔摩尔数；R是气体常量，通常为：8.31 J/mol。
根据(1)式可以计算注入瓦斯抽放孔内气体的摩尔数n，计算公式如下：
n＝PV/(RT)    (2)
由于R是气体常量，因此，
P₁V₁/T₁＝P₂V₂/ T₂    (3)
由(3)式可以得到瓦斯抽放孔的体积V₂：
V₂＝P₁V₁T₂/(T₁P₂)    (4)
由于瓦斯抽放孔的直径在孔内变化不大，可以直接测量得到，假定测量所得直径为D，则可以计算得到瓦斯抽放孔的深度L为：
L＝4V₂/(3.14D²)    (5)