一種測定鉆孔周圍煤體變形量的測試方法

李嬈嬈 山東科技大學青島校區

隨著煤礦的不斷發展，礦井開采深度的不斷延伸，煤層的瓦斯涌出量越來越大，瓦斯超限、瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出等瓦斯災害隱患越來越嚴重，瓦斯問題仍然是制約各高瓦斯礦井高效、安全生產的根本問題，而瓦斯治理最有效的方法是進行瓦斯抽采。其中水力沖孔防突措施是一項實效性強、推廣應用價值大的新技術，水力沖孔卸壓增透是在巖柱的掩護下，施工鉆孔后，采用中高水通過高效噴頭沖擊鉆孔周圍的煤體，沖出大量煤體和瓦斯，使應力集中向沖孔周圍移動，沖孔附近煤體卸壓增透，從而有效提高抽放效果的措施。實際現場中，一種可以精確測量鉆孔周圍煤體變形量的測試方法在沖孔之后尤為重要，然而現有測定方法不夠精確，難以測定出真實可靠的數據為水力沖孔卸壓效果提供數據支撐。隨著技術的發展，水力沖孔過程中水壓不斷增大，對于鉆孔周圍煤體變形量的精確測量需求日益迫切。本文研制設計的測定鉆孔周圍煤體變形量的測試方法，通過利用高精度光纖光柵位移傳感器對鉆孔周圍煤體變形量的精準測量，不僅可以監測水力沖孔卸壓效果，更可以為煤礦安全生產提供強有力的保障。

1 裝置的構成

裝置的整體結構如圖1所示，主要由兩部分組成：一部分是連接有漿液罐桶、離心泵、泄壓閥的注漿管路構成的注漿裝置；另一部分為與煤體、漿液耦合為一體的新型鉆孔周圍煤體變形量測定裝置。

圖1 測定裝置整體布置圖

其中漿液罐桶、離心泵、泄壓閥的注漿管路之間采用高壓膠管連接，為光纖光柵位移傳感器、煤體耦合為一體提供媒介。而另一部分的新型鉆孔周圍煤體變形量測定裝置則主要包括錯位鋪設在順層鉆孔中的多道光纖光柵位移傳感器和與之相連的便攜式光纖光柵解調儀。選擇的光纖光柵位移傳感器的直徑為10mm，長度為1m，量程分別為10cm（1個）、5cm（3個），錯位綁扎在一起，錯位間距為1m；現場實施過程中，傳感器先綁扎在一pvc管上，拉張固定，送入順層鉆孔孔底，使用快干水泥進行封孔，并注漿耦合；采用便攜式光纖光柵解調儀，無需井下供電。

2 裝置的主要特點與優勢

(1）光纖光柵位移傳感器選擇4個，且量程分別為10cm（1個）、5cm（3個），需錯位綁扎在一起。

(2）多道光纖光柵位移傳感器需錯位綁扎在pvc管中一并鋪設在順層鉆孔中，以保證光纖光柵位移傳感器的相對位置達到預期效果。

(3）安裝注漿管路使用快干水泥進行孔口密封后進行注漿，以達到光纖光柵位移傳感器、煤體、漿液耦合為一體的效果。

(4）利用高精度光纖光柵位移傳感器對鉆孔周圍煤體變形量的精準測量，可以測定出真實可靠的數據為水力沖孔卸壓效果提供數據支撐，還可以監測水力沖孔卸壓效果。

3 裝置的測試過程

(1）現場沿煤層施工一順層鉆孔，選擇的光纖光柵位移傳感器的直徑為10mm，長度為1m，量程分別為10cm（1個）、5cm（3個），錯位綁扎在一起，錯位間距為1m；現場實施過程中，傳感器先綁扎在一PVC管上，拉張固定，并送入順層鉆孔孔底。

(2）安裝注漿管路使用快干水泥進行孔口密封，然后使用水泥砂漿進行注漿，使孔內光纖光柵位移傳感器、煤體、漿液耦合為一個整體。

(3）施工被考察鉆孔即水力沖孔，同時檢測考察鉆孔孔口位置引出的數據傳輸線傳出的數據，實時監測各光纖光柵點的位移量。

(4）待被考察鉆孔施工完畢后，定期間隔一天觀測各光纖光柵點變形量，根據監測數據計算鉆孔周圍煤體變形量。

4 結論

采用本文的測定鉆孔周圍煤體變形量的測試方法，通過利用高精度光纖光柵位移傳感器對鉆孔周圍煤體變形量的精準測量，不僅可以測定出真實可靠的數據為水力沖孔卸壓效果提供數據支撐，還可以監測水力沖孔卸壓效果，對消除煤與瓦斯突出起到有效的作用，從而為煤礦安全生產提供了有力的保障。