CN103603651B

CN103603651B - 煤层瓦斯抽采钻孔稳定性测试装置及方法

Info

Publication number: CN103603651B
Application number: CN201310586638.3A
Authority: CN
Inventors: 宋大钊; 王恩元; 刘贞堂; 李忠辉; 邱黎明; 贾海珊; 蔡冠楠
Original assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Current assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date: 2013-11-21
Filing date: 2013-11-21
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2033-11-21
Also published as: CN103603651A

Abstract

一种煤层瓦斯抽采钻孔稳定性测试装置及方法，属于煤层瓦斯抽采钻孔稳定性测试装置及方法。装置由压力传感器、导向杆、压力数据采集仪和加压泵构成。压力传感器由压力感应胶囊和进液口构成；导向杆由PVC管、卡槽和快速接头构成。利用加压泵对压力感应胶囊加压使其膨胀但不与瓦斯抽采钻孔孔壁接触，钻孔在外力作用下收缩变形，通过压力感应胶囊与变形后钻孔壁的耦合接触来感应附近压力的变化，通过数据采集仪采集压力数据，通过同一钻孔内多点压力监测评估钻孔全程的变形及塌孔情况，最终判定瓦斯抽采钻孔的稳定性，即有效使用寿命。结构及方法简单，易于现场操作，能实时监测瓦斯抽采钻孔孔径的动态变化，从而实现对瓦斯钻孔稳定性的实时测试、评价。

Description

煤层瓦斯抽采钻孔稳定性测试装置及方法

技术领域

本发明涉及一种测定在煤层中施工的瓦斯抽采钻孔稳定性的装置及方法，特别是一种煤层瓦斯抽采钻孔稳定性测试装置及方法。

背景技术

我国煤炭资源丰富，分布地域广阔，但煤层赋存条件差异大，含瓦斯煤层多，瓦斯储量大，同时，我国90 %以上的矿井为井工开采，高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井占矿井总数的50 %以上。因此，在煤炭开采过程中，常常伴随着大量瓦斯的涌出。特别是随着煤炭生产的高效集约化和矿井开采深度的增加，瓦斯涌出量越来越大，煤与瓦斯突出和瓦斯爆炸的威胁也越来越严重。瓦斯灾害已成为制约我国煤矿安全、高效生产的最重要因素。

解决高瓦斯煤层开采过程中瓦斯涌出问题的主要措施是瓦斯抽采，加强瓦斯抽采、实现“先抽后采”已被确立为瓦斯治理的治本之策。然而，我国煤层的构造复杂且多强烈变形，许多高瓦斯煤层又均属于低透气性软煤层，这就要求瓦斯抽采具有足够的抽采时间，即抽采钻孔具有足够的稳定性及有效使用期限，然而煤层尤其是软煤层由于流变性较强，造成钻孔成型后在较短时间内（有时可能仅几个小时）即被压实而失去抽采功能。

目前，传统的评价钻孔稳定性（有效使用寿命）的方法主要通过该钻孔的瓦斯抽采参数（包括瓦斯浓度、流量、纯量等）实现，然而，瓦斯抽采参数受封孔质量、串孔、数据采集等多种因素的影响，造成当一个钻孔的抽采参数不甚理想时，无法有效判断是哪个或哪几个环节出现了问题，不能确定钻孔是否完全失效。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对煤矿瓦斯抽采中存在的实际问题，提供一种低成本、操作简单的煤层瓦斯抽采钻孔稳定性测试装置及方法。

技术方案：本发明的煤层瓦斯抽采钻孔稳定性测试装置，包括压力传感器、导向杆、压力数据采集仪和加压泵；压力传感器与导向杆连接，导向杆通过导管道与压力数据采集仪、阀门和加压泵顺序连接。

所述的压力传感器包括压力感应胶囊和连接在一侧的进液口；

所述的导向杆包括PVC管、卡槽和PVC管两端的快速接头；PVC管构成主管道网络，在主管道上围成有卡槽，在主管道上连接有快速接头；

所述的压力感应胶囊为圆柱形，长度为80~120 mm，最大膨胀外径不大于60 mm，内部充入气体或者液体2种感应介质；

所述的PVC管外径为40~50 mm，内径为30~40 mm，每根长3~5 m，正中部有放置压力感应胶囊的卡槽，卡槽尺寸与压力感应胶囊尺寸相对应，卡槽的轴向上尺寸略大于压力感应胶囊的尺寸，使压力感应胶囊能卡入卡槽中，径向上不约束压力感应胶囊的膨胀；所述的PVC管强度大于感应胶囊的强度，且具有一定的柔韧度，能够满足瓦斯钻孔在走向方向上的较小曲折变化，同时，PVC管两端安装快速接头便于多根PVC管间的连接；

所述的压力数据采集仪有4个通道，即可以同时采集4个传感器的数据，采集的数据可通过USB数据存储器实时存储数据，也可通过标准信号输出接口与已有的KJ煤矿安全监测系统分站连接，将数据实时传输到地面。

本发明的煤层瓦斯抽采钻孔稳定性测试方法，包括如下步骤：

a. 选择打钻地点，施工本煤层瓦斯抽采钻孔；

b. 将压力感应胶囊通过进液口与橡胶软管连接，打开阀门利用加压泵向压力感应胶囊内注入感应介质，测试所有传感器及橡胶软管的密封性；

c. 撤去加压泵，打开阀门，使感应介质流出，若密封性良好，进行以下步骤，若密封性不佳，存在漏液现象，则处理后重复步骤（b），直到密封性良好为止；

d. 将压力感应胶囊放置在第1根PVC管的卡槽内；

e. 将连接好的第1根PVC管及压力感应胶囊送入钻孔，PVC管的一端位于孔口外侧0.5 m；

f. 用步骤d的方式处理第2根PVC管，之后通过快速接头将2根PVC管连接起来，继续向钻孔内部送入；

g. 以同样的方式连接、送管，直至第一根PVC管到达孔底；

h. 封孔；

i. 将数据采集仪与各管线相连接，利用加压泵依次向个压力感应胶囊注入感应介质，之后撤去加压泵，并封闭阀门，通过压力数据采集仪实时监测钻孔内部各压力感应胶囊所在位置钻孔的稳定性及塌孔情况。

所述对压力感应胶囊加压的压力为0.3~0.5 MPa。

有益成果：由于采用了上述技术方案，通过瓦斯抽采钻孔内部布置的压力传感器测定附近煤体压力的变化情况，可直接反应传感器附近钻孔的收缩量、移近量，从而判定在该位置钻孔是否出现塌孔现象；在钻孔走向上每隔一段距离即布置上述压力传感器，可以根据各传感器的压力信息综合判定钻孔是否失效，从而避免了之前通过瓦斯抽采参数间接反映钻孔的稳定性。

所述对压力感应胶囊加压的压力为0.3~0.5 MPa。当压力感应胶囊对应的传感器读数上升40 %以上或者为零（说明此处煤体在外力作用下将胶囊压爆）时，说明压力感应胶囊对应位置出现塌孔；当80 %以上感应胶囊对应的传感器读数上升40 %以上时，说明该钻孔完全失效。

其优点在于：

（1）通过多点应力监测直接测试、评估瓦斯抽采钻孔的稳定性（即有效使用寿命），比其它间接测试方法相比更加准确，进而能更加有效的指导相似煤层及瓦斯赋存条件下的瓦斯抽采实践；

（2）数据采集仪采用4通道，节约了采集仪个数，降低了装置的制造成本；

（3）数据采集仪可以同时通过USB接口实时存储数据和通过标准信号输出接口与KJ煤矿安全监测系统相连，使工作人员能够在井上即可监测钻孔稳定性，当数据传输过程出现故障时，可以调用USB实施存储的数据，不至出现监测盲区；

（4）结构简单，制造成本低，操作方便，可靠性高。

附图说明

图1是本发明煤层瓦斯抽采钻孔稳定性实时测试装置的结构图。

图2是本发明煤层瓦斯抽采钻孔稳定性实时测试方法的流程图。

图中，1、压力感应胶囊；2、进液口；3、PVC管；4、卡槽；5、快速接头；6、橡胶软管；7、压力数据采集仪；8、阀门；9、加压泵。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

实施例1：该测试装置，包括压力传感器、导向杆、压力数据采集仪7和加压泵9。压力传感器与导向杆连接，导向杆通过导管道与压力数据采集仪7、阀门和加压泵9顺序连接。

所述的压力传感器包括压力感应胶囊1和连接在一侧的进液口2；

所述的导向杆包括PVC管3、卡槽4和PVC管两端的快速接头5；PVC管3构成主管道网络，在主管道上围成有卡槽，在主管道上连接有快速接头；

本发明的一种煤层瓦斯抽采钻孔稳定性测试方法，包括如下步骤：

a. 选择打钻地点，施工本煤层瓦斯抽采钻孔；

d. 将压力感应胶囊放置在第1根PVC管的卡槽内；

g. 以同样的方式连接、送管，直至第一根PVC管到达孔底；

h. 封孔；

本发明的煤层瓦斯抽采钻孔稳定性实时测试装置，主要包括压力传感器、导向杆、压力数据采集仪和加压泵。压力传感器包括压力感应胶囊1和连接在感应胶囊1上的进液口2，压力感应胶囊1内部可以注入气体或液体作为感应介质。导向杆包括PVC管3、卡槽4和PVC管3两端的快速接头5。压力感应胶囊1为圆柱型，长度为80~120 mm，最大膨胀外径不大于60mm，内部可充入气体或者液体2种感应介质。PVC管3强度大于压力感应胶囊的强度，且具有一定的柔韧度，能够满足瓦斯钻孔在走向方向上的较小曲折变化；PVC管3每根长5 m，外径为40~50 mm，内径为30~40 mm，正中部开切放置感应胶囊1的卡槽4，卡槽尺寸依据压力感应胶囊确定，轴向上略大于压力感应胶囊的尺寸，使其能恰好卡入其中，径向上不约束压力感应胶囊的膨胀；PVC管两端安装快速接头5便于多根PVC管3间的连接。压力数据采集仪7为4通道，即可以同时采集4个传感器的数据，所采集的数据可通过USB数据存储器实时存储数据，也可通过标准信号输出接口与已有的KJ煤矿安全监测系统分站连接，将数据实时传输到地面。

本发明煤层瓦斯抽采钻孔稳定性实时测试方法，首先，在本煤层中施工80 m的瓦斯抽采钻孔，与此同时，将压力感应胶囊1通过进液口2与橡胶软管6连接，打开阀门8利用加压泵9向压力感应胶囊1内注入感应介质，测试整个管路的密封性。当密封性不佳时，检查整个管路并改进，重复检查，直至密封性良好；当密封性良好时，撤去加压泵9，打开阀门8，使感应介质流出。之后，将压力感应胶囊1放置在第1根PVC管3的卡槽4内。将连接好的第1根PVC管3送入钻孔，PVC管3一端位于孔口外侧0.5 m。用上述同样的方式处理第2根PVC管3，之后通过快速接头5将2根PVC管3连接起来，继续向钻孔内部送入。以同样的方式连接、送管，直至第1根PVC管3到达孔底。利用聚氨酯与水泥砂浆封孔。将压力数据采集仪7与各橡胶软管6相连接，利用加压泵9依次向个压力感应胶囊1内注入感应介质，感应介质压力控制在0.3~0.5 MPa。之后，密封阀门8并撤去加压泵9，通过压力数据采集仪7实时监测钻孔内部各压力感应胶囊1所在位置钻孔的稳定性。压力数据采集仪7所采集的数据可通过USB接口实时存储数据，也可通过标准信号输出接口与已有的KJ煤矿安全监测系统分站连接，将数据实时传输到地面，进行实时测试分析。当压力感应胶囊1对应的传感器读数上升40 %以上或者为零（说明此处煤体在外力作用下将胶囊压爆）时，说明压力感应胶囊1对应位置出现塌孔；当80 %以上感应胶囊1对应的传感器读数上升40 %以上时，说明该钻孔完全失效。

Claims

1.一种煤层瓦斯抽采钻孔稳定性实时测试装置，包括压力传感器、导向杆、压力数据采集仪和加压泵；所述的压力传感器包括压力感应胶囊（1）和连接在一侧的进液口（2）；所述的导向杆包括PVC管（3）、卡槽（4）和每两根PVC管（3）之间的快速接头（5）；所述的压力数据采集仪（9）为4通道，即可以同时采集4个传感器的数据；所述压力数据采集仪（9）采集的压力数据可通过USB数据存储器实时存储数据，也可通过标准信号输出接口与已有的KJ煤矿安全监测系统分站连接，将数据实时传输到地面。

2.根据权利要求1所述的一种煤层瓦斯抽采钻孔稳定性实时测试装置，其特征在于：所述的压力感应胶囊（1）为圆柱型，长度为80~120 mm，最大膨胀外径不大于60 mm，内部可充入气体或者液体2种感应介质。

3.根据权利要求1所述的一种煤层瓦斯抽采钻孔稳定性实时测试装置，其特征在于：所述的PVC管（3）的强度大于压力感应胶囊（1）的强度，同时具有一定的柔韧度，能够满足瓦斯钻孔在走向方向上的较小曲折变化；同时，PVC管（3）两端安装快速接头（5）便于多根PVC管（3）间的连接。

4.根据权利要求1所述的一种煤层瓦斯抽采钻孔稳定性实时测试装置，其特征在于：所述的PVC管（3）外径为40~50 mm，内径为30~40 mm，每根长3~5 m，正中部开切放置压力感应胶囊（1）的卡槽（4），卡槽（4）尺寸依据压力感应胶囊（1）确定，轴向上略大于压力感应胶囊的尺寸，使其能恰好卡入其中，径向上不约束压力感应胶囊（1）的膨胀。

5.一种煤层瓦斯抽采钻孔稳定性实时测试方法，其特征在于使用权利要求1所述的煤层瓦斯抽采钻孔稳定性实时测试装置，包括如下步骤：

a. 选择打钻地点，施工本煤层瓦斯抽采钻孔；

b. 将压力感应胶囊（1）通过进液口（2）与橡胶软管（6）连接，打开阀门（8）利用加压泵（9）向压力感应胶囊（1）内注入感应介质，测试所有传感器及橡胶软管的密封性；

c. 撤去加压泵（9），打开阀门（8），使感应介质流出，若密封性良好，进行以下步骤，若密封性不佳，存在漏液现象，则处理后重复步骤b，直到密封性良好为止；

d. 将压力感应胶囊（1）放置在第1根PVC管（3）的卡槽（4）内；

e. 将连接好的第1根PVC管（3）及压力感应胶囊（1）送入钻孔，PVC管（3）的一端位于孔口外侧0.5 m；

f. 用步骤d的方式处理第2根PVC管（3），之后通过快速接头（5）将2根PVC管（3）连接起来，继续向钻孔内部送入；

g. 以同样的方式连接、送管，直至第一根PVC管（3）到达孔底；

h. 封孔；

i. 将数据采集仪与各管线相连接，利用加压泵（9）依次向各压力感应胶囊（1）注入感应介质，之后撤去加压泵（9），并封闭阀门（8），通过压力数据采集仪（7）实时监测钻孔内部各压力感应胶囊（1）所在位置钻孔的稳定性及塌孔情况。

6.根据权利要求5所述的一种煤层瓦斯抽采钻孔稳定性实时测试方法，其特征在于：所述对压力感应胶囊（1）加压的压力为0.3~0.5 MPa。

7.根据权利要求6所述的一种煤层瓦斯抽采钻孔稳定性实时测试方法，其特征在于：当压力感应胶囊（1）对应的传感器读数上升40 %以上或者为零时，即此处煤体在外力作用下将胶囊压爆，压力感应胶囊（1）对应位置出现塌孔；当80 %以上感应胶囊（1）对应的传感器读数上升40 %以上时，说明该钻孔完全失效。