CN102003173A - 煤层封孔自动测量记录瓦斯压力的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤层封孔自动测量记录瓦斯压力的系统及方法，系统包括瓦斯抽采封孔装置，其包括瓦斯抽采管道，瓦斯抽采管道的两端分别套设有橡胶挡板组，瓦斯抽采管道的外侧分别设置有均与之平行的固化材料输送管道和密封液输送管道，瓦斯抽采管道的端口与压力记录仪相连接；固化材料输送管道的入口端通过固化材料高压管路与固化材料驱动装置相连接，固化材料出口位于至少一个橡胶挡板组内；密封液输送管道的入口端通过密封液高压管路与密封液驱动装置相连接，密封液出口位于两个橡胶挡板组之间。本发明能封堵瓦斯抽采孔周边裂隙，防止被测气体的泄露，全面记录瓦斯压力，测压时间短，工作效率高。
Description
技术领域
本发明是有关于一种煤层封孔自动测量记录瓦斯压力的系统及方法，其适用于在各种煤层中测定煤层的瓦斯压力。
背景技术
瓦斯抽放是当前降低采煤工作面瓦斯浓度、实施区域防突的最有效措施之一，瓦斯抽放效果，在很大程度上取决于封孔方法和封孔质量。
煤矿普遍采用的瓦斯封孔测压系统主要有水泥砂浆封孔测压系统，聚氨酯封孔测压系统和胶圈压力粘液封孔测压系统。
运用水泥砂浆封孔测压，采用的是普通硅酸盐水泥制备的水泥砂浆，由于水泥的早期化学收缩、自收缩以及后期由于温度变化、环境干燥等原因所造成的体积收缩，都会在一定程度上加大水泥收缩开裂的危险，从而造成封堵失败。
采用聚氨酯封孔测压，由于聚氨酯材料抗压能力低(单轴抗压能力为0.9～1.2Mpa)，随着时间推移被逐渐压缩，其力学性能无法阻挡钻孔的蠕变和漏气通道的形成，密封不牢固，造成后期瓦斯抽放浓度急剧降低，封孔失败；而且，由于聚氨酯反应过快且本身具有有毒物质，考虑到人工封孔工艺粗糙且工作紧张，可能未全部进入钻孔便反应完全，造成封堵钻孔报废，同时对工人身体健康造成影响。
胶圈压力粘液封孔，虽然压力粘液能及时封堵钻孔周边裂隙，粘液压力略高于瓦斯压力，但是随着时间推移，粘液压力泄压，起不到实时监控补充粘液压力作用；另一方面测得压力数据单一、无关联性，不能实时反应测压过程瓦斯压力变化；国家行业标准AQ/T 1047-2007《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》规定：压力变化在3d内小于0.015Mpa，即为煤层真实的瓦斯压力，而一般测压压力表精度较低，不符合测压要求，增加了后期采掘工作的不确定性。
发明内容
本发明的目的是，提供一种煤层封孔自动测量记录瓦斯压力的系统，其能封堵瓦斯抽采孔周边裂隙，防止被测气体的泄露，全面记录瓦斯压力，测压时间短，工作效率高。
本发明的另一目的是，提供一种煤层封孔自动测量记录瓦斯压力的方法，其能封堵瓦斯抽采孔周边裂隙，防止被测气体的泄露，全面记录瓦斯压力，测压时间短，工作效率高。
本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
一种煤层封孔自动测量记录瓦斯压力的系统，其特征在于，所述系统包括：
瓦斯抽采封孔装置，其包括瓦斯抽采管道，瓦斯抽采管道的两端分别套设有橡胶挡板组，瓦斯抽采管道的外侧分别设置有均与之平行的固化材料输送管道和密封液输送管道，瓦斯抽采管道的端口与压力记录仪相连接；
固化材料输送管道的入口端通过固化材料高压管路与固化材料驱动装置相连接，固化材料出口位于至少一个橡胶挡板组内；
密封液输送管道的入口端通过密封液高压管路与密封液驱动装置相连接，密封液出口位于两个橡胶挡板组之间。
在优选的实施方式中，所述密封液输送管道的入口端与密封液驱动装置之间的密封液高压管路上设置有蓄能保压装置。
在优选的实施方式中，所述固化材料输送管道的入口端与固化材料驱动装置之间的固化材料高压管路上设置有固化材料截止阀；所述密封液高压管路上还设置有密封液截止阀。
在优选的实施方式中，所述瓦斯抽采管道的一端部设有瓦斯集气孔，每个橡胶挡板组分别具有两个轴向分开设置的橡胶挡板，瓦斯集气孔位于橡胶挡板组的外端；固化材料输送管道上具有两个固化材料出口，分别位于每个橡胶挡板组的两个橡胶挡板之间；密封液输送管道相对于其入口端的另一端为密封液出口。
在优选的实施方式中，所述瓦斯抽采管道外部对应瓦斯集气孔的位置设置有遮盖帽；所述橡胶挡板呈圆环状，其配合地套设在所述瓦斯抽采管道之外；所述两个固化材料出口中，其中一个为所述固化材料输送管道的相对于固化材料入口的端口，另一个为固化材料输送管道上的开口。
本发明实施例还提出了一种煤层封孔自动测量记录瓦斯压力的方法，其包括步骤：
提供瓦斯抽采封孔装置，并将瓦斯抽采封孔装置安装在瓦斯抽采孔内，其中，瓦斯抽采封孔装置包括瓦斯抽采管道，瓦斯抽采管道进入瓦斯抽采孔内的瓦斯测压室，瓦斯抽采管道的两端分别套设有橡胶挡板组，瓦斯抽采管道的外侧分别设置有均与之平行的固化材料输送管道和密封液输送管道，瓦斯抽采管道的端口与压力记录仪相连接；
将固化材料输送管道的入口端通过固化材料高压管路与固化材料驱动装置相连接，将密封液输送管道的入口端通过密封液高压管路与密封液驱动装置相连接；
通过固化材料驱动装置将可固化材料打入固化材料输送管道中，可固化材料流入并充满到至少一个橡胶挡板组中，形成固化材料密封室，固化材料驱动装置停止将可固化材料打入固化材料输送管道中；
待可固化材料凝固后，通过密封液驱动装置将密封液送入密封液输送管道中，密封液流入到两个橡胶挡板组之间，形成密封液空间，其中在密封液输入过程中，使密封液压力高于瓦斯压力；
开启压力记录仪，测得压力数据。
在优选的实施方式中，所述密封液输送管道的入口端与密封液驱动装置之间的密封液高压管路上设置有蓄能保压装置，以保证密封液压力高于瓦斯压力。
在优选的实施方式中，所述固化材料输送管道的入口端与固化材料驱动装置之间的固化材料高压管路上设置有固化材料截止阀；所述密封液高压管路上还设置有密封液截止阀，当密封液压力高于瓦斯压力时，密封液截止阀关闭，当密封液压力低于或等于瓦斯压力时，密封液截止阀打开。
在优选的实施方式中，所述瓦斯抽采管道的一端部设有瓦斯集气孔，两个橡胶挡板组分别具有两个轴向分开设置的橡胶挡板，瓦斯集气孔位于橡胶挡板组的外端；固化材料输送管道上具有两个固化材料出口，分别位于每个橡胶挡板组的两个橡胶挡板之间；密封液输送管道相对于其入口端的另一端为密封液出口，密封液出口位于两个橡胶挡板组之间。
在优选的实施方式中，所述瓦斯抽采管道外部对应瓦斯集气孔的位置设置有遮盖帽；所述橡胶挡板呈圆环状，其配合地套设在所述瓦斯抽采管道之外；所述两个固化材料出口中，其中一个为所述固化材料输送管道的相对于固化材料入口的端口，另一个为固化材料输送管道上的开口。
本发明的特点和优点是：
1、及时封堵钻孔周边裂隙，实时监控补充粘液压力，能够按照设定的压力记录时间间隔采集、记录压力数据，全面反应测压过程瓦斯压力变化，精度符合要求，提高了后期采掘工作的可靠性。
2、瓦斯抽采封孔装置的结构简单，操作方便，成本低，密封效果好，劳动强度小，可以有效地提高抽采孔中的真空度，提高瓦斯抽放浓度，缩短抽采时间。
3、瓦斯抽采封孔装置的原理是利用密封液体有一定的流动性和一定的表面张力，在表面张力作用下渗入到抽采孔的孔壁周围的原始裂隙中，在裂隙中形成一道液体薄膜，这道液体薄膜可以有效地封堵气体；固体材料采用特制水泥或其它快干材料，具有超早强、微膨胀、补偿收缩等特性，从而减小固体收缩开裂危险，可以有效地封堵液体。
4、蓄能保压装置能随时补充密封液的压力，以保证密封液压力始终稍大于瓦斯压力，以起到保压的作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的煤层封孔自动测量记录瓦斯压力的系统的结构示意图；
图2是本发明的煤层封孔自动测量记录瓦斯压力的系统的封孔装置的结构示意图；
图3是本发明的煤层封孔自动测量记录瓦斯压力的方法的流程示意图；
图4是本发明的煤层封孔自动测量记录瓦斯压力的方法的压力记录仪的外壳正面示意图；
图5是本发明的煤层封孔自动测量记录瓦斯压力的方法的压力记录仪的外壳反面示意图；
图6是本发明的煤层封孔自动测量记录瓦斯压力的方法的压力记录仪的基本原理功能示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施方式1
参见图1和图2所示，本发明实施例提出的煤层封孔自动测量记录瓦斯压力的系统，其包括瓦斯抽采封孔装置A，瓦斯抽采封孔装置A包括瓦斯抽采管道1，瓦斯抽采管道1的两端分别套设有橡胶挡板组2，瓦斯抽采管道1的外侧分别设置有均与之平行的固化材料输送管道3和密封液输送管道4，瓦斯抽采管道1的端口与压力记录仪5相连接；固化材料输送管道3的入口端31通过固化材料高压管路32与固化材料驱动装置33相连接，固化材料出口34位于至少一个橡胶挡板组2内；密封液输送管道4的入口端41通过密封液高压管路42与密封液驱动装置43相连接，密封液出口44位于两个橡胶挡板组2之间。其中，瓦斯抽采管道1可通过瓦斯高压管路51与压力记录仪5相连接。
在瓦斯抽采孔打好之后，将本发明实施例的上述瓦斯抽采封孔装置A放入抽采孔6内，并使瓦斯抽采管道1进入瓦斯测压室61。橡胶挡板组2为柔性材质，其本身与抽采孔6进行摩擦弹性挤压，使得封孔装置A在抽采孔6内固定。接着，通过固化材料驱动装置33(例如可为注浆泵)将膨胀水泥材料或快干材料之类的可固化材料从固化材料输送管道3的入口端31输送到固化材料输送管道3中，并流入并充满于至少一个橡胶挡板组2内，形成固化材料密封室35，此处为水泥封堵墙，当可固化材料凝固后，固化材料密封室35可提高封孔装置A与抽采孔6的连接强度，以进一步避免封孔装置A从抽采孔6中脱离出来。待可固化材料凝固后，通过密封液驱动装置43(例如手动试压泵)将一定压力的密封液(例如膨润土粘液)泵入密封液输送管道4中，以使密封液压力高于瓦斯压力，密封液从密封液出口44流出，在两个橡胶挡板组2之间充满密封液，形成密封液空间45。由于密封液本身具有一定的粘结性，且密封液压力高于瓦斯压力，在表面张力作用下渗入到抽采孔6孔壁周围的原始裂隙62中，在裂隙中形成一道液体薄膜，这道液体薄膜可以有效地封堵气体，同时对固化材料密封室中的可固化材料起到一定养护作用，防止固化材料收缩开裂。此时，打开压力记录仪5，其集传感器和智能仪表于一体，能够按照设定的压力记录时间间隔采集、记录压力数据，自动记录多达20000组的数据，全面反应测压过程中的瓦斯压力变化，精度高，数据真实准确。其中，压力记录仪5可将压力通过测量电路的计算得到正比于压力变化的电信号，以达到压力测量的目的，而压力数据还可通过U盘读取到计算机上，对数据进行统计和分析。
封孔装置A采用固化材料封堵液化材料，液化材料封堵瓦斯气体，如此可以防止抽采孔6外部的空气进入瓦斯测压室61中，同时又可以防止抽采孔6内部的瓦斯沿抽采孔6的孔壁周围裂隙泄露到外部，从而实现最佳的封堵效果，可提高瓦斯的抽采浓度和可利用率。
根据本发明的一个实施方式，所述密封液输送管道4的入口端41与密封液驱动装置43之间的密封液高压管路42上设置有蓄能保压装置46，以保证密封液压力高于瓦斯压力，也就是说，待抽采孔6内的密封液压力下降时，蓄能保压装置46可随时自动补充压力，使其密封液压力时刻保持大于瓦斯压力，从而起到实时监控作用。
所述固化材料输送管道3的入口端31与固化材料驱动装置33之间的固化材料高压管路32上设置有固化材料截止阀36，当需要通过固化材料驱动装置33往固化材料输送管道3输送可固化材料时，固化材料截止阀36开启，当可固化材料输送完成时，固化材料截止阀36关闭。所述密封液高压管路42上还设置有密封液截止阀47，密封液截止阀47可位于蓄能保压装置46之前或之后。当需要通过密封液驱动装置43往密封液输送管道4输送密封液时，密封液截止阀47开启，当密封液输送完成时，密封液截止阀47关闭。此外，当密封液输送完成而密封液截止阀47关闭时，蓄能保压装置46同时开启。
根据本发明的一个实施方式，所述瓦斯抽采管道1的一端部设有瓦斯集气孔11，每个橡胶挡板组2分别具有两个轴向分开设置的橡胶挡板21、22，瓦斯集气孔22位于橡胶挡板组2的外端；固化材料输送管道3上具有两个固化材料出口，分别位于每个橡胶挡板组2的两个橡胶挡板21、22之间，从而在瓦斯抽采管道1的两端均形成固化材料密封室35。此外，如果只需在瓦斯抽采管道1的一端形成固化材料密封室35，固化材料输送管道3只需具有一个固化材料出口34即可，该固化材料出口34位于其中一个橡胶挡板组2的两个橡胶挡板21、22之间即可。
密封液输送管道4相对于其入口端41的另一端为密封液出口44，密封液出口44位于两个橡胶挡板组2之间。其中，密封液输送管道4可进入密封液空间45的二十五厘米处，即密封液出口44可位于距离橡胶挡板组2的二十五厘米处。
所述瓦斯抽采管道1外部对应瓦斯集气孔11的位置设置有遮盖帽8，遮盖帽8可以防止在瓦斯抽放过程中吸入煤尘颗粒堵死瓦斯集气孔11，以避免影响瓦斯抽放。
所述橡胶挡板21、22呈圆环状，其配合地套设在瓦斯抽采管道1之外，以将固化材料密封室中的固化材料和密封液空间中的密封相互隔离。
所述两个固化材料出口中，其中一个为固化材料输送管道3的相对于固化材料入口的端口，另一个为固化材料输送管道3上的开口，该开口可为圆孔。
在瓦斯抽采封孔装置A组装时，将橡胶挡板组2套在瓦斯抽采管道1上后，可在橡胶挡板21、22上对应瓦斯抽采管道1两侧位置处设置相应的圆孔，以便固化材料输送管道3和密封液输送管道4从相应的圆孔中穿过，其中，固化材料输送管道3和密封液输送管道4的安装位置可以尽可能地靠近瓦斯抽采管道1。
参见图4至图6所示，压力记录仪5外壳采用高强度的Q235A碳钢，内部本质安全型电路设计，功能操作如下：仪表精度不准时，可利用“校准键”进行校准；“通讯键”是用优盘读取仪表压力数据；“开始键”开始/停止记录压力数据；“上移键”是参数数据设置时，用来增大数值；“确定键”设置仪表参数；“下移键”是参数数据设置时，用来减小数值；“复位键”清除仪表内所存数据、排除仪表故障。
对于记录的压力数据有时间信息，该时间信息来自仪表内部的时钟单元，该时钟单元长时间运行后会有误差，需要定期调整，通过“设置”键，对时间进行调整；然后根据间隔调整范围1秒～18小时，根据自身情况对数据进行等间隔记录时间设定；按下“开始”键，对数据进行自动记录；记录数据完毕后，将U盘插入USB接口，按下“通讯”键，将数据剪切到U盘内，配合上位机管理软件，对数据进行统计、分析。
如图6所示，本发明的压力记录仪将压力通过测量电路的计算可得到正比于压力变化的电信号，在需要提取数据的时候，使用U盘存储器进行数据的转移。
其中，压力记录仪5为本领域技术人员所熟知，对其工作原理不再做详细描述。当然，除了压力记录仪5之外，还可以运用其它合适的压力测量器来测量压力。
实施方式2
参见图1至图3所示，本发明实施例提出的一种煤层封孔自动测量记录瓦斯压力的方法，其包括步骤：
提供瓦斯抽采封孔装置A，并将瓦斯抽采封孔装置A安装在瓦斯抽采孔内，其中，瓦斯抽采封孔装置A包括瓦斯抽采管道1，瓦斯抽采管道1进入瓦斯抽采孔内的瓦斯测压室，瓦斯抽采管道1的两端分别套设有橡胶挡板组2，瓦斯抽采管道1的外侧分别设置有均与之平行的固化材料输送管道3和密封液输送管道4，瓦斯抽采管道1的端口与压力记录仪5相连接；
将固化材料输送管道3的入口端31通过固化材料高压管路32与固化材料驱动装置33相连接，将密封液输送管道4的入口端41通过密封液高压管路42与密封液驱动装置43相连接；
通过固化材料驱动装置33将可固化材料打入固化材料输送管道3中，可固化材料流入并充满到至少一个橡胶挡板组2中，形成固化材料密封室35，固化材料驱动装置33停止将可固化材料打入固化材料输送管道3中；
待可固化材料凝固后，通过密封液驱动装置43将密封液送入密封液输送管道4中，密封液流入到两个橡胶挡板组2之间，形成密封液空间45，其中在密封液输入过程中，使密封液压力高于瓦斯压力；
开启压力记录仪5，测得压力数据。例如可开启压力记录仪5上的开始按键，对压力数据根据所需的时间间隔在1秒-18小时内进行设定，对压力数据进行测压过程全程监控。
本实施方式2的其他结构、工作原理和有益效果与实施方式1的相同，在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。
Claims (10)
1.一种煤层封孔自动测量记录瓦斯压力的系统，其特征在于，所述系统包括：
瓦斯抽采封孔装置，其包括瓦斯抽采管道，瓦斯抽采管道的两端分别套设有橡胶挡板组，瓦斯抽采管道的外侧分别设置有均与之平行的固化材料输送管道和密封液输送管道，瓦斯抽采管道的端口与压力记录仪相连接；
固化材料输送管道的入口端通过固化材料高压管路与固化材料驱动装置相连接，固化材料出口位于至少一个橡胶挡板组内；
密封液输送管道的入口端通过密封液高压管路与密封液驱动装置相连接，密封液出口位于两个橡胶挡板组之间。
2.根据权利要求1所述的煤层封孔自动测量记录瓦斯压力的系统，其特征在于，所述密封液输送管道的入口端与密封液驱动装置之间的密封液高压管路上设置有蓄能保压装置。
3.根据权利要求1所述的煤层封孔自动测量记录瓦斯压力的系统，其特征在于，所述固化材料输送管道的入口端与固化材料驱动装置之间的固化材料高压管路上设置有固化材料截止阀；所述密封液高压管路上还设置有密封液截止阀。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的煤层封孔自动测量记录瓦斯压力的系统，其特征在于，所述瓦斯抽采管道的一端部设有瓦斯集气孔，每个橡胶挡板组分别具有两个轴向分开设置的橡胶挡板，瓦斯集气孔位于橡胶挡板组的外端；固化材料输送管道上具有两个固化材料出口，分别位于每个橡胶挡板组的两个橡胶挡板之间；密封液输送管道相对于其入口端的另一端为密封液出口。
5.根据权利要求4所述的煤层封孔自动测量记录瓦斯压力的系统，其特征在于，所述瓦斯抽采管道外部对应瓦斯集气孔的位置设置有遮盖帽；所述橡胶挡板呈圆环状，其配合地套设在所述瓦斯抽采管道之外；所述两个固化材料出口中，其中一个为所述固化材料输送管道的相对于固化材料入口的端口，另一个为固化材料输送管道上的开口。
6.一种煤层封孔自动测量记录瓦斯压力的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
提供瓦斯抽采封孔装置，并将瓦斯抽采封孔装置安装在瓦斯抽采孔内，其中，瓦斯抽采封孔装置包括瓦斯抽采管道，瓦斯抽采管道进入瓦斯抽采孔内的瓦斯测压室，瓦斯抽采管道的两端分别套设有橡胶挡板组，瓦斯抽采管道的外侧分别设置有均与之平行的固化材料输送管道和密封液输送管道，瓦斯抽采管道的端口与压力记录仪相连接；
将固化材料输送管道的入口端通过固化材料高压管路与固化材料驱动装置相连接，将密封液输送管道的入口端通过密封液高压管路与密封液驱动装置相连接；
通过固化材料驱动装置将可固化材料打入固化材料输送管道中，可固化材料流入并充满到至少一个橡胶挡板组中，形成固化材料密封室，固化材料驱动装置停止将可固化材料打入固化材料输送管道中；
待可固化材料凝固后，通过密封液驱动装置将密封液送入密封液输送管道中，密封液流入到两个橡胶挡板组之间，形成密封液空间，其中在密封液输入过程中，使密封液压力高于瓦斯压力；
开启压力记录仪，测得压力数据。
7.根据权利要求6所述的煤层封孔自动测量记录瓦斯压力的方法，其特征在于，所述密封液输送管道的入口端与密封液驱动装置之间的密封液高压管路上设置有蓄能保压装置，以保证密封液压力高于瓦斯压力。
8.根据权利要求7所述的煤层封孔自动测量记录瓦斯压力的方法，其特征在于，所述固化材料输送管道的入口端与固化材料驱动装置之间的固化材料高压管路上设置有固化材料截止阀；所述密封液高压管路上还设置有密封液截止阀，当密封液压力高于瓦斯压力时，密封液截止阀关闭，当密封液压力低于或等于瓦斯压力时，密封液截止阀打开。
9.根据权利要求6至8任意一项所述的煤层封孔自动测量记录瓦斯压力的方法，其特征在于，所述瓦斯抽采管道的一端部设有瓦斯集气孔，两个橡胶挡板组分别具有两个轴向分开设置的橡胶挡板，瓦斯集气孔位于橡胶挡板组的外端；固化材料输送管道上具有两个固化材料出口，分别位于每个橡胶挡板组的两个橡胶挡板之间；密封液输送管道相对于其入口端的另一端为密封液出口，密封液出口位于两个橡胶挡板组之间。
10.根据权利要求9所述的煤层封孔自动测量记录瓦斯压力的方法，其特征在于，所述瓦斯抽采管道外部对应瓦斯集气孔的位置设置有遮盖帽；所述橡胶挡板呈圆环状，其配合地套设在所述瓦斯抽采管道之外；所述两个固化材料出口中，其中一个为所述固化材料输送管道的相对于固化材料入口的端口，另一个为固化材料输送管道上的开口。
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