一种实验室模拟瓦斯抽采钻孔和注浆封孔的装置及方法与流程

1.本发明属于实验室模拟瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种实验室模拟瓦斯抽采钻孔和注浆封孔的装置及方法。


背景技术：

2.目前，进行瓦斯抽采钻孔及注浆封孔的试验大都是在现场进行，实验室能进行此类试验的相对较少，而且井下受到一些条件、各种因素的限制，试验效果差强人意，操作耗费的人力物力也高。而在实验室模拟瓦斯抽采的装置大多为满足某一特定条件的实验装置，只能进行单一条件下或特殊条件下的模拟，不能满足多个条件或多个要求的实验模拟，想得到足够多的实验数据或实验现象，需要对某一特定条件下的实验进行多次重复实验，或者对不同要求的实验需要多次实验，不能一次性或在一次实验中同时获得，耗费的人力物力高，实验效率低。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种实验室模拟瓦斯抽采钻孔和注浆封孔的装置，其结构简单，设计新颖合理，实现方便且成本低，使用操作方便，实验安全性高，能够满足不同要求实验的需求，耗费的人力物力少，实验效率高，实验结果精确性高，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
4.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种实验室模拟瓦斯抽采钻孔和注浆封孔的装置，包括支撑机构、钻孔模拟管、瓦斯压力模拟加载系统和封孔注浆系统，所述支撑机构包括支撑底座和固定支撑架，所述固定支撑架包括一上一下对称设置且结构相同的上框架和下框架，以及固定连接在上框架和下框架前端之间的两根固定支撑杆，所述支撑底座焊接在下框架底部，所述上框架和下框架的形状均为口字形，所述上框架和下框架后端之间支撑连接有在上框架和下框架上的前后位置可调的两根可移动支撑杆，所述上框架的左侧和右侧均设置有上前后连接槽，所述下框架的左侧和右侧均设置有下前后连接槽，两根所述可移动支撑杆的上端分别穿过上框架的左侧和右侧的上前后连接槽并通过上调节螺栓固定，两根所述可移动支撑杆的下端分别穿过下框架的左侧和右侧的下前后连接槽并通过下调节螺栓固定；两根所述固定支撑杆之间连接有两端在固定支撑杆上的上下连接位置可调的前v形放置架，两根所述可移动支撑杆之间连接有两端在可移动支撑杆上的上下连接位置可调的后v形放置架；两根所述固定支撑杆上均设置有前上下连接槽，所述前v形放置架的两端分别穿过两根固定支撑杆上的前上下连接槽并通过前调节螺栓固定；两根所述可移动支撑杆上均设置有后上下连接槽，所述后v形放置架的两端分别穿过两根可移动支撑杆上的后上下连接槽并通过后调节螺栓固定；所述钻孔模拟管放置在所述前v形放置架和后v形放置架上，所述钻孔模拟管内两头设置有堵头模拟结构；
5.所述瓦斯压力模拟加载系统包括伸入钻孔模拟管内的瓦斯抽采管和通过真空泵连接管连接在瓦斯抽采管端部的真空泵，以及通过瓦斯气体罐连接管连接在钻孔模拟管端
部的瓦斯气体罐，所述真空泵连接管上连接有真空压力表和抽真空开关，所述瓦斯气体罐的瓦斯气体出口上设置有瓦斯气体罐开关，所述瓦斯气体罐连接管上连接有瓦斯压力表和瓦斯抽采开关；
6.所述封孔注浆系统包括伸入钻孔模拟管内的注浆管和返浆管，以及与注浆管连接的注浆泵；所述注浆泵上设置有注浆手柄和注浆压力表；所述注浆管固定在瓦斯抽采管的下侧，所述返浆管固定在瓦斯抽采管的上侧。
7.上述的实验室模拟瓦斯抽采钻孔和注浆封孔的装置，所述前v形放置架的内表面上和后v形放置架的内表面上均设置有防滑纹。
8.上述的实验室模拟瓦斯抽采钻孔和注浆封孔的装置，所述钻孔模拟管和瓦斯抽采管均由透明有机玻璃管制成，所述注浆管和返浆管均由pvc铝塑管制成。
9.上述的实验室模拟瓦斯抽采钻孔和注浆封孔的装置，所述堵头模拟结构由缠绕在瓦斯抽采管、注浆管和返浆管上的棉纱布以及均匀涂抹在棉纱布上的液态聚氨酯发泡构成，所述堵头模拟结构的两侧均设置有用于防止堵头模拟结构向左右扩散的垫片。
10.本发明还公开了一种设计新颖合理，实现方便且成本低，使用操作方便，实验安全性高，能够满足不同要求实验的需求，耗费的人力物力少，实验效率高，实验结果精确性高，实用性强，使用效果好，便于推广使用的实验室模拟瓦斯抽采钻孔和注浆封孔的方法，该方法包括以下步骤：
11.步骤一、通过调节前调节螺栓，调整所述前v形放置架在固定支撑杆上的上下位置，并通过调节后调节螺栓，调整所述后v形放置架在可移动支撑杆上的上下位置，调整好钻孔模拟管的倾角；通过调节上调节螺栓和下调节螺栓，调整所述可移动支撑杆在上框架和下框架上的前后位置，调整好钻孔模拟管的位置；
12.步骤二、进行瓦斯抽采钻孔实验：打开瓦斯气体罐开关和瓦斯抽采开关，通过瓦斯气体罐连接管将瓦斯气体罐内的瓦斯气体引入钻孔模拟管内，提供实验室模拟的钻孔瓦斯；观察瓦斯压力表的读数，使钻孔模拟管内的瓦斯压力处于恒定值；启动真空泵，通过瓦斯抽采管对钻孔模拟管进行瓦斯抽采模拟；
13.进行注浆封孔实验：预制堵头模拟结构并在钻孔模拟管内形成注浆空间，先清理注浆泵，并检查注浆泵，确保注浆泵完好；将水泥浆液倒入注浆泵中后，启动注浆泵，先排出注浆泵管路中的空气，再将注浆泵与注浆管连接起来；通过注浆泵将水泥浆液通过注浆管注入钻孔模拟管内两个堵头模拟结构之间的空间内，直到返浆管内有水泥浆液流出时关闭注浆泵停止注浆；用锤子轻轻敲击钻孔模拟管，使两个堵头模拟结构之间的水泥浆液紧密接触并排出其中的气泡；再次启动注浆泵注浆，直到返浆管内有水泥浆液流出时关闭注浆泵停止注浆；断开注浆泵与注浆管的连接，并将注浆管的注浆口和返浆管的返浆口堵住，防止水泥浆液流出；用清水清洗注浆泵，防止注浆泵管路中残留的水泥浆液凝固后堵住管口，影响下次使用。
14.上述的方法，预制堵头模拟结构并在钻孔模拟管内形成注浆空间的具体过程为：
15.步骤201、将液态聚氨酯倒入烧杯中后，采用刷子蘸取液态聚氨酯均匀涂抹在棉纱布上，并使液态聚氨酯完全渗透进棉纱布内；
16.步骤202、将涂抹液态聚氨酯后的瓦斯抽采管、注浆管和返浆管的整体放进钻孔模拟管内，并固定好位置，使瓦斯抽采管位于钻孔模拟管径向的中间位置处；
17.步骤203、静置两天，等待液态聚氨酯发泡完全形成堵头模拟结构。
18.本发明与现有技术相比具有以下优点：
19.1、本发明实验室模拟瓦斯抽采钻孔和注浆封孔的装置的结构简单，设计新颖合理，实现方便且成本低。
20.2、本发明的实验室模拟瓦斯抽采钻孔和注浆封孔的装置，能够满足不同长度、直径、角度的钻孔模拟管的瓦斯抽采钻孔和注浆封孔实验，能够满足不同要求实验的需求，耗费的人力物力少，实验效率高。
21.3、本发明的实验室模拟瓦斯抽采钻孔和注浆封孔的装置，通过在前v形放置架的内表面上和后v形放置架的内表面上设置防滑纹，能够增加摩擦系数，防止钻孔模拟管由于倾斜滑落，对由于倾角过大而可能产生的滑落给予了防护措施，保证了实验的安全。
22.4、本发明能够将井下试验改至实验室，减少了井下试验时间，降低了操作难度，节约了试验所需耗费的人力物力，且大大提高了试验效率和准确度，还避免了直接在井下进行试验需要停止生产带来的损失，减少了在井下试验的许多不确定因素对试验结果的影响，可在实验室对影响试验的因素进行定量化研究，大大提高了实验结果的精确性。
23.5、本发明的实用性强，使用效果好，便于推广使用。
24.综上所述，本发明设计新颖合理，实现方便且成本低，使用操作方便，实验安全性高，能够满足不同要求实验的需求，耗费的人力物力少，实验效率高，实验结果精确性高，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
25.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
26.图1为本发明钻孔模拟管在支撑机构上的安装示意图。
27.图2为图1的左视图。
28.图3为本发明钻孔模拟管、瓦斯压力模拟加载系统和封孔注浆系统的连接关系示意图。
29.附图标记说明:
30.1-1—上框架；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
1-2—下框架；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
1-3—固定支撑杆；
31.2-1—前v形放置架；
ꢀꢀꢀꢀꢀ
2-2—后v形放置架；
ꢀꢀꢀꢀꢀ
3—可移动支撑杆；
32.4—支撑底座；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
5-1—上调节螺栓；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
5-2—下调节螺栓；
33.5-3—前调节螺栓；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
5-4—后调节螺栓；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
6—钻孔模拟管；
34.7—瓦斯抽采管；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
8—真空泵连接管；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
9—真空泵；
35.10—瓦斯气体罐；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
11—真空压力表；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
12—瓦斯气体罐连接管；
36.13—瓦斯压力表；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
14—瓦斯气体罐开关；
ꢀꢀꢀ
15—抽真空开关；
37.16—瓦斯抽采开关；
ꢀꢀꢀꢀꢀ
17—返浆管；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
18—垫片；
38.19—注浆泵；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
20—注浆管；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
21—注浆压力表；
39.22—注浆手柄。
具体实施方式
40.如图1、图2和图3所示，本发明的实验室模拟瓦斯抽采钻孔和注浆封孔的装置，其
特征在于：包括支撑机构、钻孔模拟管6、瓦斯压力模拟加载系统和封孔注浆系统，所述支撑机构包括支撑底座4和固定支撑架，所述固定支撑架包括一上一下对称设置且结构相同的上框架1-1和下框架1-2，以及固定连接在上框架1-1和下框架1-2前端之间的两根固定支撑杆1-3，所述支撑底座4焊接在下框架1-2底部，所述上框架1-1和下框架1-2的形状均为口字形，所述上框架1-1和下框架1-2后端之间支撑连接有在上框架1-1和下框架1-2上的前后位置可调的两根可移动支撑杆3，所述上框架1-1的左侧和右侧均设置有上前后连接槽，所述下框架1-2的左侧和右侧均设置有下前后连接槽，两根所述可移动支撑杆3的上端分别穿过上框架1-1的左侧和右侧的上前后连接槽并通过上调节螺栓5-1固定，两根所述可移动支撑杆3的下端分别穿过下框架1-2的左侧和右侧的下前后连接槽并通过下调节螺栓5-2固定；两根所述固定支撑杆1-3之间连接有两端在固定支撑杆1-3上的上下连接位置可调的前v形放置架2-1，两根所述可移动支撑杆3之间连接有两端在可移动支撑杆3上的上下连接位置可调的后v形放置架2-2；两根所述固定支撑杆1-3上均设置有前上下连接槽，所述前v形放置架2-1的两端分别穿过两根固定支撑杆1-3上的前上下连接槽并通过前调节螺栓5-3固定；两根所述可移动支撑杆3上均设置有后上下连接槽，所述后v形放置架2-2的两端分别穿过两根可移动支撑杆3上的后上下连接槽并通过后调节螺栓5-4固定；所述钻孔模拟管6放置在所述前v形放置架2-1和后v形放置架2-2上，所述钻孔模拟管6内两头设置有堵头模拟结构8；
41.本实施例中，所述前v形放置架2-1的内表面上和后v形放置架2-2的内表面上均设置有防滑纹。通过设置防滑纹，能够增加摩擦系数，防止钻孔模拟管6由于倾斜滑落。
42.本实施例中，所述钻孔模拟管6和瓦斯抽采管7均由透明有机玻璃管制成，所述注浆管20和返浆管17均由pvc铝塑管制成。
43.本实施例中，如图3所示，所述堵头模拟结构8由缠绕在瓦斯抽采管7、注浆管20和返浆管17上的棉纱布以及均匀涂抹在棉纱布上的液态聚氨酯发泡构成，所述堵头模拟结构8的两侧均设置有用于防止堵头模拟结构8向左右扩散的垫片18。
44.具体实施时，所述上框架1-1、下框架1-2、两根固定支撑杆1-3、两根可移动支撑杆3、前v形放置架2-1和后v形放置架2-2均为钢制结构，所述上调节螺栓5-1、下调节螺栓5-2、前调节螺栓5-3和后调节螺栓5-4均为钢螺栓。
45.本发明的实验室模拟瓦斯抽采钻孔和注浆封孔的方法，包括以下步骤：
46.步骤一、通过调节前调节螺栓5-3，调整所述前v形放置架2-1在固定支撑杆1-3上的上下位置，并通过调节后调节螺栓5-4，调整所述后v形放置架2-2在可移动支撑杆3上的上下位置，调整好钻孔模拟管6的倾角；通过调节上调节螺栓5-1和下调节螺栓5-2，调整所述可移动支撑杆3在上框架1-1和下框架1-2上的前后位置，调整好钻孔模拟管6的位置；
47.步骤二、进行瓦斯抽采钻孔实验：打开瓦斯气体罐开关14和瓦斯抽采开关16，通过瓦斯气体罐连接管12将瓦斯气体罐10内的瓦斯气体引入钻孔模拟管6内，提供实验室模拟的钻孔瓦斯；观察瓦斯压力表13的读数，使钻孔模拟管6内的瓦斯压力处于恒定值；启动真空泵9，通过瓦斯抽采管7对钻孔模拟管6进行瓦斯抽采模拟；
48.进行注浆封孔实验：预制堵头模拟结构8并在钻孔模拟管6内形成注浆空间，先清理注浆泵19，并检查注浆泵19，确保注浆泵19完好；将水泥浆液倒入注浆泵19中后，启动注浆泵19，先排出注浆泵19管路中的空气，再将注浆泵19与注浆管20连接起来；通过注浆泵19
将水泥浆液通过注浆管20注入钻孔模拟管6内两个堵头模拟结构8之间的空间内，直到返浆管17内有水泥浆液流出时关闭注浆泵19停止注浆；用锤子轻轻敲击钻孔模拟管6，使两个堵头模拟结构8之间的水泥浆液紧密接触并排出其中的气泡；再次启动注浆泵19注浆，直到返浆管17内有水泥浆液流出时关闭注浆泵19停止注浆；断开注浆泵19与注浆管20的连接，并将注浆管20的注浆口和返浆管17的返浆口堵住，防止水泥浆液流出；用清水清洗注浆泵19，防止注浆泵19管路中残留的水泥浆液凝固后堵住管口，影响下次使用。
49.本实施例中，预制堵头模拟结构8并在钻孔模拟管6内形成注浆空间的具体过程为：
50.步骤201、将液态聚氨酯倒入烧杯中后，采用刷子蘸取液态聚氨酯均匀涂抹在棉纱布上，并使液态聚氨酯完全渗透进棉纱布内；
51.步骤202、将涂抹液态聚氨酯后的瓦斯抽采管7、注浆管20和返浆管17的整体放进钻孔模拟管6内，并固定好位置，使瓦斯抽采管7位于钻孔模拟管6径向的中间位置处；
52.步骤203、静置两天，等待液态聚氨酯发泡完全形成堵头模拟结构8。
53.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。