CN104500042A - 含水煤岩下行钻孔瓦斯压力观测系统的测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种含水煤岩下行钻孔瓦斯压力观测系统的测定方法，属于矿山瓦斯压力测定技术领域。其具体解决了下行钻孔中由于积水无法测定瓦斯压力的问题，其首先打钻孔，其次准备实验硬件，实验硬件包括透水装置、封堵装置和测压装置；其次，在钻孔内安装透水装置，并选用充填材料将透水装置与钻孔之间的孔隙充填，待固化后，耐压试验进行检测；然后封闭钻孔进行二次耐压检测，将钻孔内的水排出；最后通过相关辅助设备进行瓦斯压力测定。本发明能够较好的克服下行钻孔中水对瓦斯压力测定的影响，尤其适用于含水煤岩下行钻孔中对瓦斯压力的测定。

Description

含水煤岩下行钻孔瓦斯压力观测系统的测定方法

技术领域

本发明属于矿山瓦斯压力测定技术领域，具体涉及一种含水煤岩瓦斯压力观测系统的测定方法。

背景技术

瓦斯压力是标志煤层瓦斯赋存状态的一个重要参数。在研究矿井煤与瓦斯突出、瓦斯涌出、瓦斯抽放时，它是一个关键性的基础参数，因此为研究煤层瓦斯的赋存及涌出的规律，有必要进行煤层瓦斯压力的测定。根据煤炭行业标准MT/T638-1996《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》的规定，测压钻场应选在邻近煤层的巷道中，在一般情况下通常选择与煤层水平或者是低于煤层的巷道作为钻场的布置地点，这样施工出的钻孔均为水平或者是上行钻孔，从而有效解决了由于煤层内含水因素及施工过程造成钻孔内积水影响测压效果的问题。

然而，在地层构造形态和巷道布置不允许施工水平钻孔和上行钻孔的情况下，有必要采用下行钻孔，而传统方法不能有效的解决下行钻孔中积水的问题。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种含水煤岩下行钻孔瓦斯压力观测系统的测定方法，该方法主要解决了传统下行钻孔内积水对瓦斯压力测量的影响；此外，由于该观测系统采用了电子装置，可以自动对瓦斯压力数据进行周期性的记录、存储和传输，减少了人工数据记录的次数。

其技术解决方案包括：

一种含水煤岩下行钻孔瓦斯压力观测系统的测定方法，包括以下步骤：

a、打钻孔，选用常规打孔设备在煤岩巷道中向煤层打下行钻孔，钻孔深至穿过煤层一定距离；

b、准备硬件设备，包括用于将钻孔中水排出的透水装置、用于封闭钻孔的封堵装置和用于测定下行钻孔瓦斯压力的测压装置；

所述透水装置圆柱形空腔、可透水的活塞组、套置有弹簧的立柱、送气管道、输油管道和排水管道，送气管道、输油管道和排水管道均从透水装置内伸出煤岩外，并依次与高压气罐、油压罐和排水电机相连；

所述封堵装置包括由挡板与钻孔形成的一号密封室、二号密封室，所述一号密封室与固化材料输送管道相连，所述固化材料输送管道的另一端与固化材料压力罐连接；所述二号密封室与输液管道相连，所述输液管道的另一端与液体材料压力罐相连；

所述测压装置包括检测管、压力表和电子装置，所述检测管连接压力表与电子装置；

c、安装透水装置，清理钻孔中杂物后，在钻孔内安装透水装置，并选用充填材料将透水装置与钻孔之间的孔隙充填，待固化后，耐压试验进行检测；

d、封闭钻孔，待步骤c检测成功后，首先通过固化材料输送管道将固化充填材料充填至所述两个一号密封室内、固化；然后通过输液管道将液体充填材料充填至二号密封室内、固化；

e、步骤d固化均完成后，采用耐压试验进行二次检测，耐压试验成功，则进入下一步骤f；

f、钻孔排水，通过等压力条件或压力差条件进行排水，将水全部排出；

g、测定瓦斯压力，通过读取所述压力表的数值来显示钻孔内的瓦斯压力值，所述电子装置连接计算机获取监测到的瓦斯压力数据，并对其进行分析。

作为本发明的一个优选方案，步骤f中，等压力条件是通过打开油压罐，将其中的高压油通过输油管道输送至透水装置的活塞空腔内，通过高压油推动活塞移动，将透水装置导通，水通过透水孔流至所述透水装置下部进行排水。

作为本发明的另一个优选方案，步骤f中，压力差条件是首先通过所述送气管道进行泄压，使上下空腔形成压力差，然后利用压力差进行排水。

进一步的，送气管道泄压后，活塞在套置有弹簧的立柱作用下移向一端，当另一端的立柱恰好接触圆柱形空腔内壁时，活塞恰好完全封闭透水孔，使透水装置处于密封状态。

进一步的，步骤f中，还可通过排水电机将水抽出。

进一步的，步骤b中，检测管下部设置有蜂窝状小孔，其底部固设有圆柱形挡板，所述圆柱形挡板以防积累在钻孔中的渗水将检测管堵塞。

本发明提出了一种含水煤岩下行钻孔瓦斯压力观测系统的测定方法，其首先打钻孔，其次准备实验硬件，实验硬件包括透水装置、封堵装置和测压装置；其次，在钻孔内安装透水装置，并选用充填材料将透水装置与钻孔之间的孔隙充填，待固化后，耐压试验进行检测；然后封闭钻孔进行二次耐压检测，将钻孔内的水排出；最后通过相关辅助设备进行瓦斯压力测定。与现有技术相比，该方法通过透水装置与封堵装置的结合，可将下行钻孔中的积水彻底排出，分别是通过等压力条件或压力差条件进行排水，该方法配合相应观测系统使用，能够较好的克服传统下行钻孔中水对瓦斯压力测定的影响，尤其适用于含水煤岩下行钻孔中对瓦斯压力的测定。

本发明观测系统在不开启钻孔或者损失孔内瓦斯压力的情况下,能够及时排除下行钻孔中的积水，以减少孔内积水对瓦斯压力测定的影响,保证瓦斯压力的连续精确的测定。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步清楚、完整的说明：

图1为本发明含水煤岩下行钻孔瓦斯压力观测系统的结构示意图；

图2为含水煤岩下行钻孔瓦斯压力观测系统中透水装置剖面图；

图3为含水煤岩下行钻孔瓦斯压力观测系统中封堵装置剖面图；

图4为图2的俯视图；

图5为含水煤岩下行钻孔瓦斯压力观测系统中测定装置剖面图；

图中，1、钻孔，2、一号密封室，3、二号密封室，4、透水装置，5、透水孔，6、活塞，7、输液管道，8、固化材料输送管道，9、排水管道，10、输油管道，11、送气管道，12、检测管，13、液体材料压力罐，14、单向截止阀，15、蓄能器，16、固化材料压力罐，17、电子装置，18、压力表，19、排水电机，20、高压气罐，21、油压罐，22、水阀。

具体实施方式

本发明提出了一种含水煤岩下行钻孔瓦斯压力观测系统的测定方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做进一步清楚、完整的说明。

本发明，一种含水煤岩下行钻孔瓦斯压力观测系统，结合图1至图5所示，其包括透水装置4、封堵装置和测压装置。

透水装置4详见图2所示，其包含圆柱空腔、活塞6、套置有弹簧的立柱、透水孔5、送气管道11、输油管道10和排水管道9，送气管道11、输油管道10和排水管道9均从透水装置内伸出煤岩外，并依次与高压气罐20、油压罐21和排水电机19相连；

其中的活塞6通过活塞柱连接成活塞组，活塞与活塞之间存在空隙，以便透水，处于初始状态的活塞6恰好可封闭透水孔5，在活塞组左右两侧分别与两根套置有弹簧的立柱相连，立柱不对称且立柱上套有弹簧，两侧的立柱沿着活塞组的中心呈不对称状，当活塞6在高压油的作用下移动，当一端立柱恰好接触圆柱空腔内壁时，活塞孔隙与透水孔5完全相通。高压油泄压后，活塞在弹簧作用下移向另一端，当另一端立柱恰好接触圆柱空腔内壁时，活塞6恰好完全封闭透水孔5。

透水孔5的形状为长方形，送气管道11详见图2、图4所示，其位置在透水孔5中心偏左，其外部与高压气罐20相连；输油管道10详见图2、图4所示，其位置在透水孔5的中心上方，其外部与油压罐21相连；排水管道9，其位置在透水孔5的中心偏左，其外部与水阀22及排水电机19相连，排水时，为防止杂质等无关物质堵塞排水管，排水管下部设计了一个球型水漏，起到过滤杂质，排水顺畅的作用。

上述封堵装置，详见图3所示，其是由4块圆形挡板与钻孔形成两个一号密封室2和一 个二号密封室3，除此，还包括固化材料输送管道8和输液管道7，一号密封室2通过固化材料输送管道8与固化材料压力罐16相连，其内部充填固化充填材料；二号密封室3通过输液管道7与液体材料压力罐13相连，其内部充填液体充填材料。

上述测压装置详见图1、图5所示，由检测管12、压力表18和电子装置17等部件组成，检测管12连接压力表18与电子装置，检测管12其管路下部呈蜂窝状小孔，管路底部固定圆柱形挡板，蜂窝状小孔滤除杂质，以防杂质堵塞检测管，保证瓦斯气流顺利进入压力表18和电子装置17；圆柱形挡板长度设计较高，以防积累在钻孔中的渗水将检测管堵塞，影响瓦斯监测。

上述电子装置，详见图1所示，包括电源、数据存储电路、显示电路、时钟电路、开关按钮及连接的计算机等。其中，电源负责为电子装置供电；时钟电路负责周期性的向瓦斯压力检测系统发出脉冲信号，使瓦斯压力监测系统周期性的检测瓦斯压力；检测所得的瓦斯压力数据由数据存储电路和显示电路分别进行存储和显示；外在的计算机通过连接电路连接电子装置后，即可获取瓦斯压力数据，并对其分析。

实施例1：

本发明，含水煤岩下行钻孔瓦斯压力观测系统的测定方法，具体包括如下步骤：

(1)打钻孔：用常规的煤矿打孔设备在煤岩巷道中向煤层打下行钻孔1，孔深至穿过煤层一定距离；

(2)安透水装置：清理钻孔中的杂物，在钻孔中安装透水装置4，利用充填材料将透水装置4与钻孔1之间的孔隙进行充填，固化一定时间后做耐压试验，若实验不成功，则从新安装透水装置4；

(3)封闭钻孔：耐压试验成功后，在挡板上安装相关管道，利用挡板形成2个一号密封室2和1个二号密封室3，首先利用固化材料压力罐16通过固化材料输送管8将固化充填材料充填至2个一号密封室2，固化；然后利用液体材料压力罐13通过输液管10将液体充填材料充填二号密封室3，其中，二号密封室3中液体压力要稍高于瓦斯气体压力，单向截止阀14可防止液体充填材料倒流，蓄能罐15能保持液体充填材料的压力始终高于瓦斯压力；

(4)耐压试验：封孔完毕后，做耐压试验对封孔效果进行检验，若封孔不合格，则需重新封孔；

(5)钻孔排水：耐压试验成功后，将相关管路与相应的装置连接，打开油压罐21，将高压油通过输油管道10，输送至透水装置4的活塞空腔内，高压油推动活塞6移动，将透水装置4导通，水通过透水孔5流至装置下部，此种排水方式是透水装置4上下钻孔空腔在等压力条件下进行排水；

(6)测定瓦斯压力：排水完毕后，进行瓦斯压力测定，即瓦斯检测管12与压力表18相连，压力表18读数显示封孔内瓦斯压力的数值，电子装备17将瓦斯压力数值周期性的记录、存储、传输。

实施例2：

与实施例1不同之处在于：步骤(5)中的钻孔排水方式不同，另一种排水方式是压力差条件下进行排水，即先利用送气管道11进行少许泄压，使上下空腔形成压力差，然后利用压力差进行透水，透水完毕后，将输油管道10泄压，活塞6在弹簧的压力下移动，透水孔被活塞封闭，使透水装置4处于密封状态；如果水量较少，则将水在透水装置4下封存，如果水量较多，则利用高压气罐20通过送气管11将高压气体压入，即可将水通过排水管道9排出或者通过排水电机19将水抽出。

上述，若测压过程中钻孔出现煤岩渗水，影响瓦斯压力的测定，亦可用上述方法进行排水，排水完毕后再进行瓦斯压力的测定。

本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

尽管本文中较多的使用了诸如一号密封室2、透水孔5、高压气罐20等术语，但并不排除使用其它术语的可能性，使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (6)

1.一种含水煤岩下行钻孔瓦斯压力观测系统的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、打钻孔，选用常规打孔设备在煤岩巷道中向煤层打下行钻孔，钻孔深至穿过煤层一定距离；

b、准备硬件设备，包括用于将钻孔中水排出的透水装置、用于封闭钻孔的封堵装置和用于测定下行钻孔瓦斯压力的测压装置；

所述透水装置圆柱形空腔、可透水的活塞组、套置有弹簧的立柱、送气管道、输油管道和排水管道，送气管道、输油管道和排水管道均从透水装置内伸出煤岩外，并依次与高压气罐、油压罐和排水电机相连；

所述封堵装置包括由挡板与钻孔形成的一号密封室、二号密封室，所述一号密封室与固化材料输送管道相连，所述固化材料输送管道的另一端与固化材料压力罐连接；所述二号密封室与输液管道相连，所述输液管道的另一端与液体材料压力罐相连；

所述测压装置包括检测管、压力表和电子装置，所述检测管连接压力表与电子装置；

c、安装透水装置，清理钻孔中杂物后，在钻孔内安装透水装置，并选用充填材料将透水装置与钻孔之间的孔隙充填，待固化后，耐压试验进行检测；

d、封闭钻孔，待步骤c检测成功后，首先通过固化材料输送管道将固化充填材料充填至所述两个一号密封室内、固化；然后通过输液管道将液体充填材料充填至二号密封室内、固化；

e、步骤d固化均完成后，采用耐压试验进行二次检测，耐压试验成功，则进入下一步骤f；

f、钻孔排水，通过等压力条件或压力差条件进行排水，将水全部排出；

g、测定瓦斯压力，通过读取所述压力表的数值来显示钻孔内的瓦斯压力值，所述电子装置连接计算机获取监测到的瓦斯压力数据，并对其进行分析。

2.根据权利要求1所述的含水煤岩下行钻孔瓦斯压力观测系统的测定方法，其特征在于：步骤f中，等压力条件是通过打开油压罐，将其中的高压油通过输油管道输送至透水装置的活塞空腔内，通过高压油推动活塞移动，将透水装置导通，水通过透水孔流至所述透水装置下部进行排水。

3.根据权利要求1所述的含水煤岩下行钻孔瓦斯压力观测系统的测定方法，其特征在于：步骤f中，压力差条件是首先通过所述送气管道进行泄压，使上下空腔形成压力差，然后利用压力差进行排水。

4.根据权利要求3所述的含水煤岩下行钻孔瓦斯压力观测系统的测定方法，其特征在于：送气管道泄压后，活塞在套置有弹簧的立柱作用下移向一端，当另一端的立柱恰好接触圆柱形空腔内壁时，活塞恰好完全封闭透水孔，使透水装置处于密封状态。

5.根据权利要求3所述的含水煤岩下行钻孔瓦斯压力观测系统的测定方法，其特征在于：步骤f中，还可通过排水电机将水抽出。

6.根据权利要求1所述的含水煤岩下行钻孔瓦斯压力观测系统的测定方法，其特征在于：步骤b中，检测管下部设置有蜂窝状小孔，其底部固设有圆柱形挡板，所述圆柱形挡板以防积累在钻孔中的渗水将检测管堵塞。