一种测定钻孔周围煤体变形量的测试方法

李娆娆 山东科技大学青岛校区

随着煤矿的不断发展，矿井开采深度的不断延伸，煤层的瓦斯涌出量越来越大，瓦斯超限、瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出等瓦斯灾害隐患越来越严重，瓦斯问题仍然是制约各高瓦斯矿井高效、安全生产的根本问题，而瓦斯治理最有效的方法是进行瓦斯抽采。其中水力冲孔防突措施是一项实效性强、推广应用价值大的新技术，水力冲孔卸压增透是在岩柱的掩护下，施工钻孔后，采用中高水通过高效喷头冲击钻孔周围的煤体，冲出大量煤体和瓦斯，使应力集中向冲孔周围移动，冲孔附近煤体卸压增透，从而有效提高抽放效果的措施。实际现场中，一种可以精确测量钻孔周围煤体变形量的测试方法在冲孔之后尤为重要，然而现有测定方法不够精确，难以测定出真实可靠的数据为水力冲孔卸压效果提供数据支撑。随着技术的发展，水力冲孔过程中水压不断增大，对于钻孔周围煤体变形量的精确测量需求日益迫切。本文研制设计的测定钻孔周围煤体变形量的测试方法，通过利用高精度光纤光栅位移传感器对钻孔周围煤体变形量的精准测量，不仅可以监测水力冲孔卸压效果，更可以为煤矿安全生产提供强有力的保障。

1 装置的构成

装置的整体结构如图1所示，主要由两部分组成：一部分是连接有浆液罐桶、离心泵、泄压阀的注浆管路构成的注浆装置；另一部分为与煤体、浆液耦合为一体的新型钻孔周围煤体变形量测定装置。

图1 测定装置整体布置图

其中浆液罐桶、离心泵、泄压阀的注浆管路之间采用高压胶管连接，为光纤光栅位移传感器、煤体耦合为一体提供媒介。而另一部分的新型钻孔周围煤体变形量测定装置则主要包括错位铺设在顺层钻孔中的多道光纤光栅位移传感器和与之相连的便携式光纤光栅解调仪。选择的光纤光栅位移传感器的直径为10mm，长度为1m，量程分别为10cm（1个）、5cm（3个），错位绑扎在一起，错位间距为1m；现场实施过程中，传感器先绑扎在一pvc管上，拉张固定，送入顺层钻孔孔底，使用快干水泥进行封孔，并注浆耦合；采用便携式光纤光栅解调仪，无需井下供电。

2 装置的主要特点与优势

(1）光纤光栅位移传感器选择4个，且量程分别为10cm（1个）、5cm（3个），需错位绑扎在一起。

(2）多道光纤光栅位移传感器需错位绑扎在pvc管中一并铺设在顺层钻孔中，以保证光纤光栅位移传感器的相对位置达到预期效果。

(3）安装注浆管路使用快干水泥进行孔口密封后进行注浆，以达到光纤光栅位移传感器、煤体、浆液耦合为一体的效果。

(4）利用高精度光纤光栅位移传感器对钻孔周围煤体变形量的精准测量，可以测定出真实可靠的数据为水力冲孔卸压效果提供数据支撑，还可以监测水力冲孔卸压效果。

3 装置的测试过程

(1）现场沿煤层施工一顺层钻孔，选择的光纤光栅位移传感器的直径为10mm，长度为1m，量程分别为10cm（1个）、5cm（3个），错位绑扎在一起，错位间距为1m；现场实施过程中，传感器先绑扎在一PVC管上，拉张固定，并送入顺层钻孔孔底。

(2）安装注浆管路使用快干水泥进行孔口密封，然后使用水泥砂浆进行注浆，使孔内光纤光栅位移传感器、煤体、浆液耦合为一个整体。

(3）施工被考察钻孔即水力冲孔，同时检测考察钻孔孔口位置引出的数据传输线传出的数据，实时监测各光纤光栅点的位移量。

(4）待被考察钻孔施工完毕后，定期间隔一天观测各光纤光栅点变形量，根据监测数据计算钻孔周围煤体变形量。

4 结论

采用本文的测定钻孔周围煤体变形量的测试方法，通过利用高精度光纤光栅位移传感器对钻孔周围煤体变形量的精准测量，不仅可以测定出真实可靠的数据为水力冲孔卸压效果提供数据支撑，还可以监测水力冲孔卸压效果，对消除煤与瓦斯突出起到有效的作用，从而为煤矿安全生产提供了有力的保障。