CN104695940A - 煤层钻孔瓦斯涌出初速度测定装置及测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种煤层钻孔瓦斯涌出初速度测定装置及测定方法，主要包括钻杆杆体连接带有压风口的钻头，特点在于耐磨胶囊由耐磨胶囊套筒固定在钻杆杆体上，钻杆杆体上耐磨胶囊处设有密封螺纹的通孔，密封螺纹螺栓固定注浆管，注浆管通过带有通气孔的注浆管支架连接注浆管接头。同时提供了该装置的测定方法。耐磨胶囊由耐磨胶囊套筒固定在钻杆杆体上的设计保证了气密性，耐磨胶囊承压最高可达6MPa，同时通过注浆管的相关设计，实现了注浆封孔，效果更好，配合该装置的测定方法，可实现煤层钻孔瓦斯涌出初速度的多次连续测定，能确保在规定的1.5min内测定煤层钻孔瓦斯涌出初速度，避免了一些繁冗的工作，操作过程简单，测定更加准确可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤层钻孔瓦斯涌出初速度测定装置及测定方法，适用于煤矿井下煤层钻孔瓦斯涌出初速度的测定。
背景技术
钻孔瓦斯涌出初速度是用于煤矿井下工作面预测煤与瓦斯突出危险性或防突措施效果检验的一项重要指标，它是经过国内外广大煤炭科技人员经过长期的研究和试验得出的，在研究过程中形成了一套测定操作方法和行业标准，参见中华人民共和国煤炭行业标准MT/T639-1996《钻孔瓦斯涌出初速度的测定方法》，具体操作方式为用电煤钻或风煤钻带动螺旋钻杆，在煤层中钻进Φ42mm钻孔，每钻进1m或钻进到预定深度，退出钻杆，送入封孔器，用打气筒充气封孔，然后用流量计测定打钻结束后2min时规定长度钻孔的瓦斯流量。最短时间为1.5min。但现场实施起来操作难度较大，钻孔施工完毕后，退出钻杆，送入封孔器，用打气筒充气封孔，这一操作流程往往在2min内完成不了，以致影响钻孔瓦斯涌出初速度测定的准确性，从而影响工作面煤与瓦斯突出危险性的评定，给煤矿生产带来安全隐患和安全威胁。
发明内容
本发明的目的主要是使钻杆兼具胶囊封孔器和螺旋钻杆的功能，钻孔施工完毕后，不需要撤出钻杆，直接按照钻孔瓦斯涌出初速度测量方法的要求，在1.5min内直接通过钻杆上面的胶囊膨胀封堵瓦斯钻孔，进行钻孔瓦斯涌出初速度的测量，克服以上技术存在的缺陷，提供一种煤层钻孔瓦斯涌出初速度测定装置及测定方法。
为了解决现有技术存在的问题，本发明采用的技术方案是：一种煤层钻孔瓦斯涌出初速度测定装置，主要包括钻杆杆体连接带有压风口的钻头，特征在于：耐磨胶囊由耐磨胶囊套筒固定在钻杆杆体上，钻杆杆体上耐磨胶囊处设有密封螺纹的通孔，密封螺纹螺栓固定注浆管，注浆管通过带有通气孔的注浆管支架连接注浆管接头。
其中：耐磨胶囊套筒通过扣压槽扣压在钻杆锥槽上。
其中：钻杆杆体上耐磨胶囊处设有锥形密封螺纹的通孔。
其中：带有O型圈密封槽处的钻杆杆体端连接带有压风接头的旋转接头。
其中：带有O型圈密封槽处的钻杆杆体端连接带有流量计接头的注浆接头，套在延长注浆管上的密封螺栓压住密封圈螺旋固定在注浆接头上，延长注浆管通过快速密封接头管连接高压阀门后连接带有压力表的注浆泵。
其中：加长钻杆时，同时通过注浆管接头加长注浆管，加装注浆管支架，加长钻杆为麻花钻杆。
其中：耐磨胶囊材料取用阻燃耐磨橡胶，耐磨胶囊套筒材料取用钢材，注浆管材料取用钢材，注浆管支架材料取用钢材。
一种煤层钻孔瓦斯涌出初速度测定装置的测定方法，特征在于：包括①使用带有压风接头的旋转接头的钻杆，开动钻机，看到钻头出风后，对煤层钻进到预定深度，撤出一定长度钻杆同时继续压风验证管路畅通后，卸掉带有压风接头的旋转接头，通过注浆管接头连接延长注浆管，将注浆接头连接到钻杆，套在延长注浆管上的密封螺栓压住密封圈螺旋固定在注浆接头上，打开高压阀门，启动注浆泵开始注浆，当压力表压力达到定值时停止注浆，关闭注浆泵，关闭高压阀门，同时将流量计通过流量计接头连接到注浆接头上，对瞬时流量计在2 min时读数，即为钻孔瓦斯涌出量初速度值，对累计流量计在1.5 min和2.5 min时分别读数，后一读数减去前一读数即为钻孔瓦斯涌出初速度，完成一次测定。
②完成一次测定后，打开高压阀门，将耐磨胶囊里面的液体放出，卸掉钻杆上的注浆接头，从注浆管接头卸掉延长注浆管，将带有压风接头的旋转接头连接到钻杆上，重复①的程序测定下一次钻孔瓦斯涌出初速度。
③当钻杆长度不够时，先将注浆支架过盈连接到钻杆内，通过注浆管接头接上加长注浆管后，钻杆接上带有压风接头的旋转接头，重复①的程序测定下一次钻孔瓦斯涌出初速度，重复②的程序测定下一次钻孔瓦斯涌出初速度。
其中：煤层钻进到预定深度取10 m，撤出一定长度钻杆长度取1 m,压力表压力达到定值取3.1 MPa，注浆液体取用水。
其中当煤层钻进到预定深度、撤出一定长度钻杆长度、压力表压力达到定值取其它值时也在保护之内，注浆液体可选用其它液体。
本发明的有益效果在于：耐磨胶囊由耐磨胶囊套筒固定在钻杆杆体上的设计保证了气密性，耐磨胶囊承压最高可达6MPa，同时通过注浆管的相关设计，实现了注浆封孔，效果更好，配合一种煤层钻孔瓦斯涌出初速度测定装置的测定方法，可实现煤层钻孔瓦斯涌出初速度的多次连续测定，能确保在规定的1.5min内测定煤层钻孔瓦斯涌出初速度，避免了一些繁冗的工作，操作过程简单，测定更加准确可靠。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
图1. 本发明钻杆结构示意图；
图2. 本发明钻杆煤层钻孔钻进状态结构图；
图3. 本发明钻杆注浆封孔及瓦斯流量测定状态示意图；
图4 本发明注浆管支架剖面结构图；
图5 本发明注浆管支架A-A剖面结构图。
图中:1.钻杆杆体，2.耐磨胶囊套筒，3.耐磨胶囊，4.注浆管，5.注浆管支架，6.注浆管接头，7.钻杆锥槽，8.扣压槽，9.锥形密封螺纹，10.O型圈密封槽，11.通气孔，12.麻花钻杆，13.旋转接头，14.压风接头，15.钻头，16.压风口，17.流量计接头，18.流量计，19.压力表，20，高压阀门，21.注浆泵，22.注浆接头，40.延长注浆管，42. 快速密封接头，50.密封螺栓, 51.密封圈。
具体实施方式
实施例一
参见图1、图2、图3、图4、图5，一种煤层钻孔瓦斯涌出初速度测定装置，主要包括钻杆杆体1连接带有压风口16的钻头15，特征在于：耐磨胶囊3由耐磨胶囊套筒2固定在钻杆杆体1上，钻杆杆体1上耐磨胶囊3处设有密封螺纹的通孔，密封螺纹螺栓固定注浆管4，注浆管4通过带有通气孔11的注浆管支架5连接注浆管接头6。
其中：耐磨胶囊套筒2通过扣压槽8扣压在钻杆锥槽7上。
其中：钻杆杆体1上耐磨胶囊3处设有锥形密封螺纹9的通孔。
其中：耐磨胶囊3材料取用阻燃耐磨橡胶，耐磨胶囊套筒2材料取用钢材，注浆管4材料取用钢材，注浆管支架5材料取用钢材。
实施例二
参见图1、图2、图3、图4、图5，一种煤层钻孔瓦斯涌出初速度测定装置，主要包括钻杆杆体1连接带有压风口16的钻头15，特征在于：耐磨胶囊3由耐磨胶囊套筒2固定在钻杆杆体1上，钻杆杆体1上耐磨胶囊3处设有密封螺纹的通孔，密封螺纹螺栓固定注浆管4，注浆管4通过带有通气孔11的注浆管支架5连接注浆管接头6。
其中：耐磨胶囊套筒2通过扣压槽8扣压在钻杆锥槽7上。
其中：钻杆杆体1上耐磨胶囊3处设有锥形密封螺纹9的通孔。
其中：带有O型圈密封槽10处的钻杆杆体1端连接带有压风接头14的旋转接头13。
其中：耐磨胶囊3材料取用阻燃耐磨橡胶，耐磨胶囊套筒2材料取用钢材，注浆管4材料取用钢材，注浆管支架5材料取用钢材。
实施例三
参见图1、图2、图3、图4、图5，一种煤层钻孔瓦斯涌出初速度测定装置，主要包括钻杆杆体1连接带有压风口16的钻头15，特征在于：耐磨胶囊3由耐磨胶囊套筒2固定在钻杆杆体1上，钻杆杆体1上耐磨胶囊3处设有密封螺纹的通孔，密封螺纹螺栓固定注浆管4，注浆管4通过带有通气孔11的注浆管支架5连接注浆管接头6。
其中：耐磨胶囊套筒2通过扣压槽8扣压在钻杆锥槽7上。
其中：钻杆杆体1上耐磨胶囊3处设有锥形密封螺纹9的通孔。
其中：带有O型圈密封槽10处的钻杆杆体1端连接带有流量计18的流量计接头17的注浆接头22，套在延长注浆管40上的密封螺栓50压住密封圈51螺旋固定在注浆接头22上，延长注浆管40通过快速密封接头42管连接高压阀门20后连接带有压力表19的注浆泵21。
其中：耐磨胶囊3材料取用阻燃耐磨橡胶，耐磨胶囊套筒2材料取用钢材，注浆管4材料取用钢材，注浆管支架5材料取用钢材。
实施例四
参见图1、图2、图3、图4、图5，一种煤层钻孔瓦斯涌出初速度测定装置，主要包括钻杆杆体1连接带有压风口16的钻头15，特征在于：耐磨胶囊3由耐磨胶囊套筒2固定在钻杆杆体1上，钻杆杆体1上耐磨胶囊3处设有密封螺纹的通孔，密封螺纹螺栓固定注浆管4，注浆管4通过带有通气孔11的注浆管支架5连接注浆管接头6。
其中：耐磨胶囊套筒2通过扣压槽8扣压在钻杆锥槽7上。
其中：钻杆杆体1上耐磨胶囊3处设有锥形密封螺纹9的通孔。
其中：带有O型圈密封槽10处的钻杆杆体1端连接带有压风接头14的旋转接头13。
其中：耐磨胶囊3材料取用阻燃耐磨橡胶，耐磨胶囊套筒2材料取用钢材，注浆管4材料取用钢材，注浆管支架5材料取用钢材。
其中：加长钻杆时，同时通过注浆管接头6加长注浆管4，加装注浆管支架5，加长钻杆为麻花钻杆。
实施例五
参见图1、图2、图3、图4、图5，一种煤层钻孔瓦斯涌出初速度测定装置，主要包括钻杆杆体1连接带有压风口16的钻头15，特征在于：耐磨胶囊3由耐磨胶囊套筒2固定在钻杆杆体1上，钻杆杆体1上耐磨胶囊3处设有密封螺纹的通孔，密封螺纹螺栓固定注浆管4，注浆管4通过带有通气孔11的注浆管支架5连接注浆管接头6。
其中：耐磨胶囊套筒2通过扣压槽8扣压在钻杆锥槽7上。
其中：钻杆杆体1上耐磨胶囊3处设有锥形密封螺纹9的通孔。
其中：带有O型圈密封槽10处的钻杆杆体1端连接带有流量计18的流量计接头17的注浆接头22，套在延长注浆管40上的密封螺栓50压住密封圈51螺旋固定在注浆接头22上，延长注浆管40通过快速密封接头42管连接高压阀门20后连接带有压力表19的注浆泵21。
其中：耐磨胶囊3材料取用阻燃耐磨橡胶，耐磨胶囊套筒2材料取用钢材，注浆管4材料取用钢材，注浆管支架5材料取用钢材。
其中：加长钻杆时，同时通过注浆管接头6加长注浆管4，加装注浆管支架5，加长钻杆为麻花钻杆。
耐磨胶囊套筒2通过扣压槽8扣压在钻杆锥槽7上的设计更加保证了气密性和防滑性。所述的耐磨胶囊3为矿用抗静电、阻燃胶囊，胶囊钻进寿命最大为5千万转，胶囊膨胀压力最大为6MPa。
实施例六
参见图1、图2、图3、图4、图5，一种煤层钻孔瓦斯涌出初速度测定装置的测定方法，特征在于：包括①使用带有压风接头14的旋转接头13的钻杆，开动钻机，看到钻头出风后，对煤层钻进到预定深度，撤出一定长度钻杆同时继续压风验证管路畅通后，卸掉带有压风接头14的旋转接头13，通过注浆管接头6连接延长注浆管40，将注浆接头22连接到钻杆，套在延长注浆管40上的密封螺栓50压住密封圈51螺旋固定在注浆接头22上，打开高压阀门20，启动注浆泵21开始注浆，当压力表19压力达到定值时停止注浆，关闭注浆泵21，关闭高压阀门20，同时将流量计18通过流量计接头17连接到注浆接头22上，对瞬时流量计18在2 min时读数，即为钻孔瓦斯涌出量初速度值，对累计流量计18在1.5 min和2.5 min时分别读数，后一读数减去前一读数即为钻孔瓦斯涌出初速度，完成一次测定。
实施例七
参见图1、图2、图3、图4、图5，一种煤层钻孔瓦斯涌出初速度测定装置的测定方法，特征在于：包括①使用带有压风接头14的旋转接头13的钻杆，开动钻机，看到钻头出风后，对煤层钻进到预定深度，撤出一定长度钻杆同时继续压风验证管路畅通后，卸掉带有压风接头14的旋转接头13，通过注浆管接头6连接延长注浆管40，将注浆接头22连接到钻杆，套在延长注浆管40上的密封螺栓50压住密封圈51螺旋固定在注浆接头22上，打开高压阀门20，启动注浆泵21开始注浆，当压力表19压力达到定值时停止注浆，关闭注浆泵21，关闭高压阀门20，同时将流量计18通过流量计接头17连接到注浆接头22上，对瞬时流量计18在2 min时读数，即为钻孔瓦斯涌出量初速度值，对累计流量计18在1.5 min和2.5 min时分别读数，后一读数减去前一读数即为钻孔瓦斯涌出初速度，完成一次测定。
②完成一次测定后，打开高压阀门20，将耐磨胶囊3里面的液体放出，卸掉钻杆上的注浆接头22，从注浆管接头6卸掉延长注浆管40，将带有压风接头14的旋转接头13连接到钻杆上，重复①的程序测定下一次钻孔瓦斯涌出初速度。
实施例八
参见图1、图2、图3、图4、图5，一种煤层钻孔瓦斯涌出初速度测定装置的测定方法，特征在于：包括①使用带有压风接头14的旋转接头13的钻杆，开动钻机，看到钻头出风后，对煤层钻进到预定深度，撤出一定长度钻杆同时继续压风验证管路畅通后，卸掉带有压风接头14的旋转接头13，通过注浆管接头6连接延长注浆管40，将注浆接头22连接到钻杆，套在延长注浆管40上的密封螺栓50压住密封圈51螺旋固定在注浆接头22上，打开高压阀门20，启动注浆泵21开始注浆，当压力表19压力达到定值时停止注浆，关闭注浆泵21，关闭高压阀门20，同时将流量计18通过流量计接头17连接到注浆接头22上，对瞬时流量计18在2 min时读数，即为钻孔瓦斯涌出量初速度值，对累计流量计18在1.5 min和2.5 min时分别读数，后一读数减去前一读数即为钻孔瓦斯涌出初速度，完成一次测定。
②完成一次测定后，打开高压阀门20，将耐磨胶囊3里面的液体放出，卸掉钻杆上的注浆接头22，从注浆管接头6卸掉延长注浆管40，将带有压风接头14的旋转接头13连接到钻杆上，重复①的程序测定下一次钻孔瓦斯涌出初速度。
③当钻杆长度不够时，先将注浆支架5过盈连接到钻杆内，通过注浆管接头6接上加长注浆管4后，钻杆接上带有压风接头14的旋转接头13，重复①的程序测定下一次钻孔瓦斯涌出初速度，重复②的程序测定下一次钻孔瓦斯涌出初速度。
其中：煤层钻进到预定深度取3.5 m，撤出一定长度钻杆长度取0.5 m,压力表19压力达到定值取3MPa，注浆液体取用水。
其中当煤层钻进到预定深度、撤出一定长度钻杆长度、压力表19压力达到定值取其它值时也在保护之内，注浆液体可选用其它液体。
实施例九
参见图1、图2、图3、图4、图5，一种煤层钻孔瓦斯涌出初速度测定装置的测定方法，特征在于：包括①使用带有压风接头14的旋转接头13的钻杆，开动钻机，看到钻头出风后，对煤层钻进到预定深度，撤出一定长度钻杆同时继续压风验证管路畅通后，卸掉带有压风接头14的旋转接头13，通过注浆管接头6连接延长注浆管40，将注浆接头22连接到钻杆，套在延长注浆管40上的密封螺栓50压住密封圈51螺旋固定在注浆接头22上，打开高压阀门20，启动注浆泵21开始注浆，当压力表19压力达到定值时停止注浆，关闭注浆泵21，关闭高压阀门20，同时将流量计18通过流量计接头17连接到注浆接头22上，对瞬时流量计18在2 min时读数，即为钻孔瓦斯涌出量初速度值，对累计流量计18在1.5 min和2.5 min时分别读数，后一读数减去前一读数即为钻孔瓦斯涌出初速度，完成一次测定。
②完成一次测定后，打开高压阀门20，将耐磨胶囊3里面的液体放出，卸掉钻杆上的注浆接头22，从注浆管接头6卸掉延长注浆管40，将带有压风接头14的旋转接头13连接到钻杆上，重复①的程序测定下一次钻孔瓦斯涌出初速度。
③当钻杆长度不够时，先将注浆支架5过盈连接到钻杆内，通过注浆管接头6接上加长注浆管4后，钻杆接上带有压风接头14的旋转接头13，重复①的程序测定下一次钻孔瓦斯涌出初速度，重复②的程序测定下一次钻孔瓦斯涌出初速度。
其中：煤层钻进到预定深度取10 m，撤出一定长度钻杆长度取1 m,压力表19压力达到定值取3.1 MPa，注浆液体取用水。
其中当煤层钻进到预定深度、撤出一定长度钻杆长度、压力表19压力达到定值取其它值时也在保护之内，注浆液体可选用其它液体。
Claims (10)
1.一种煤层钻孔瓦斯涌出初速度测定装置，主要包括钻杆杆体连接带有压风口的钻头，特征在于：耐磨胶囊由耐磨胶囊套筒固定在钻杆杆体上，钻杆杆体上耐磨胶囊处设有密封螺纹的通孔，密封螺纹螺栓固定注浆管，注浆管通过带有通气孔的注浆管支架连接注浆管接头。
2.根据权利要求1所述的一种煤层钻孔瓦斯涌出初速度测定装置，其特征在于：耐磨胶囊套筒通过扣压槽扣压在钻杆锥槽上。
3.根据权利要求1所述的一种煤层钻孔瓦斯涌出初速度测定装置，其特征在于：钻杆杆体上耐磨胶囊处设有锥形密封螺纹的通孔。
4.根据权利要求2所述的一种煤层钻孔瓦斯涌出初速度测定装置，其特征在于：钻杆杆体上耐磨胶囊处设有锥形密封螺纹的通孔。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种煤层钻孔瓦斯涌出初速度测定装置，其特征在于：带有O型圈密封槽处的钻杆杆体端连接带有压风接头的旋转接头。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种煤层钻孔瓦斯涌出初速度测定装置，其特征在于：带有O型圈密封槽处的钻杆杆体端连接带有流量计接头的注浆接头，套在延长注浆管上的密封螺栓压住密封圈螺旋固定在注浆接头上，延长注浆管通过快速密封接头管连接高压阀门后连接带有压力表的注浆泵。
7.一种煤层钻孔瓦斯涌出初速度测定装置的测定方法，特征在于：包括①使用带有压风接头的旋转接头的钻杆，开动钻机，看到钻头出风后，对煤层钻进到预定深度，撤出一定长度钻杆同时继续压风验证管路畅通后，卸掉带有压风接头的旋转接头，通过注浆管接头连接延长注浆管，将注浆接头连接到钻杆，套在延长注浆管上的密封螺栓压住密封圈螺旋固定在注浆接头上，打开高压阀门，启动注浆泵开始注浆，当压力表压力达到定值时停止注浆，关闭注浆泵，关闭高压阀门，同时将流量计通过流量计接头连接到注浆接头上，对瞬时流量计在2 min时读数，即为钻孔瓦斯涌出量初速度值，对累计流量计在1.5 min和2.5 min时分别读数，后一读数减去前一读数即为钻孔瓦斯涌出初速度，完成一次测定。
8.根据权利要求7所述的一种煤层钻孔瓦斯涌出初速度测定装置的测定方法，其特征在于：②完成一次测定后，打开高压阀门，将耐磨胶囊里面的液体放出，卸掉钻杆上的注浆接头，从注浆管接头卸掉延长注浆管，将带有压风接头的旋转接头连接到钻杆上，重复①的程序测定下一次钻孔瓦斯涌出初速度。
9.根据权利要求7所述的一种煤层钻孔瓦斯涌出初速度测定装置的测定方法，其特征在于：③当钻杆长度不够时，先将注浆支架过盈连接到钻杆内，通过注浆管接头接上加长注浆管后，钻杆接上带有压风接头的旋转接头，重复①的程序测定下一次钻孔瓦斯涌出初速度，重复②的程序测定下一次钻孔瓦斯涌出初速度。
10.根据权利要求8所述的一种煤层钻孔瓦斯涌出初速度测定装置的测定方法，特征在于：③当钻杆长度不够时，先将注浆支架过盈连接到钻杆内，通过注浆管接头接上加长注浆管后，钻杆接上带有压风接头的旋转接头，重复①的程序测定下一次钻孔瓦斯涌出初速度，重复②的程序测定下一次钻孔瓦斯涌出初速度。
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