CN105386754B - 用于矿山松软煤岩上行钻孔瓦斯压力的观测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于矿山松软煤岩上行钻孔瓦斯压力的观测系统，其包括探收装置、封堵装置和测定装置，探收装置安设于钻孔内，其尾部与封堵装置连接，该探收装置包括主管、探管、橡胶软球、隔挡板和U形挡板，探管安装在所述主管的前部，且探管可在一定范围内进行小角度摆动，探管前部开设多个抽采孔，探管尾部为球形囊体，球形囊体表面分布有供瓦斯流出的圆孔，阻隔板和橡胶软球依次安装在探管尾部，阻隔板在靠近球形囊体的一侧，U形挡板倒扣在探管前部。本发明能够较好的克服传统松软煤岩上行钻孔易塌陷而无法进一步对瓦斯参数测定的影响，尤其适用于松软煤岩上行钻孔中对瓦斯参数的测定，确保了松软煤岩瓦斯抽采及其瓦斯参数的精确测定。

Description

用于矿山松软煤岩上行钻孔瓦斯压力的观测系统

技术领域

本发明属于矿山瓦斯参数测定技术领域，具体涉及一种用于矿山松软煤岩上行钻孔瓦斯压力的观测系统。

背景技术

瓦斯压力和瓦斯含量是标志煤层瓦斯赋存状态的重要参数。在研究矿井瓦斯治理、煤与瓦斯突出、瓦斯涌出、瓦斯抽采时，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和瓦斯含量的测定。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，一般应选择在完整坚硬的煤岩中打上行钻孔，如果在松软煤岩中打孔测量，易出现钻孔塌陷，压埋瓦斯测量孔，无法抽采瓦斯，导致瓦斯参数测量不准确，影响瓦斯参数的测定效果。

然而，在地层构造形态复杂或巷道布置在松软岩层的情况下，有必要采用在松软煤岩中打上行钻孔进行瓦斯参数的抽采测量，而传统方法瓦斯测量装置不能有效的解决的松软煤岩中瓦斯测量问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于矿山松软煤岩上行钻孔瓦斯压力的观测系统，该观测系统可以解决松软煤岩中上行钻孔易塌陷，影响瓦斯参数的测量等问题。

其技术解决方案包括：

一种用于矿山松软煤岩上行钻孔瓦斯压力的观测系统，其包括探收装置、封堵装置和测定装置，所述探收装置安设于钻孔内，其尾部与封堵装置连接，封堵装置用于封堵所述钻孔，测定装置用于对钻孔内的瓦斯压力进行测定，

所述探收装置包括主管、探管、橡胶软球、隔挡板和U形挡板，所述探管安装在所述主管的前部，且所述探管可在一定范围内进行小角度摆动，所述探管前部开设有多个抽采孔，所述探管尾部为球形囊体，所述球形囊体表面分布有若干个供瓦斯流出的圆孔，所述隔挡板和橡胶软球依次安装在所述探管尾部，所述隔挡板在靠近所述球形囊体的一侧，所述U形挡板倒扣在所述探管前部；

所述封堵装置包括封堵胶囊、封堵室操作台和封堵胶囊操作台，所述封堵胶囊设置在所述主管的尾部，并与钻孔、主管和探管之间形成封堵室，所述封堵胶囊操作台通过管一与封堵胶囊连接，并向封堵胶囊输入封堵液；所述封堵室操作台通过管二与所述封堵室连接，并向封堵室输入封堵液；

所述测定装置包括瓦斯压力表和瓦斯收集分析罐，所述瓦斯压力表的一端连接钻孔的底部，另一端连接所述瓦斯收集分析罐。

作为本发明的一个优选方案，所述主管前部的底端开设有与所述球形囊体配合的囊腔，所述主管和探管之间通过球形囊体和囊腔配合连接在一起。

作为本发明的另一个优选方案，所述测定装置还包括防爆电子压力测量仪、上位机、截止阀和稳流器，所述防爆电子压力测量仪和上位机设置在所述瓦斯压力表和瓦斯收集分析罐之间，所述瓦斯收集分析罐依次与截止阀和稳流器连接。

优选的，所述球形囊体和囊腔之间有一层密封垫圈。

本发明探收装置主要包括主管和探管，与现有技术相比，探管安装在小钻孔中，其U型挡板设计，保护抽采孔收集瓦斯的同时，亦可抑制钻孔塌陷，并且利用小钻孔尽可能的减少围岩扰动造成的钻孔塌陷，确保了瓦斯抽采效果。

封堵装置用于封闭大、小钻孔，既可封堵大钻孔中松软煤岩裂隙，防止瓦斯从裂隙中散逸，又可密封小钻孔，保证瓦斯抽采质量。

本发明在探收装置与封堵装置的结合下，进而选用测定装置进行瓦斯参数测定，具体解决了矿山松软煤岩上行钻孔易塌陷而无法测定瓦斯参数的问题；本发明能够较好的克服传统松软煤岩上行钻孔易塌陷而无法进一步对瓦斯参数测定的影响，尤其适用于松软煤岩上行钻孔中对瓦斯参数的测定，确保了松软煤岩瓦斯抽采及其瓦斯参数的精确测定。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明矿山松软煤岩上行钻孔瓦斯压力观测系统结构示意图；

图2为本发明矿山松软煤岩上行钻孔瓦斯压力观测系统钻孔施工图；

图3为本发明矿山松软煤岩上行钻孔瓦斯压力观测系统中探管的结构示意图；

图4主要示出了主管和探管部分的结构示意图；

图5主要示出了主管和探管部分的分解结构示意图；

图6主要示出了密封垫圈的结构示意图；

图7为本发明封堵装置的结构示意图；

图8为本发明中钻孔结构示意图；

图中，1、煤层，2、大钻孔，3、小钻孔，4、探管，5、主管，6、密封垫圈，7、抽采管体，8、封堵胶囊操作台，9、封堵室操作台，10、管一，11、管二，12、封堵液，13、封堵室，14、封堵胶囊，15、钻杆，16、钻机，17、开关阀，18、瓦斯压力表，19、防爆电子压力测量仪，20、稳流器，21、截止阀，22、瓦斯收集分析罐，23、球形囊体，24、橡胶软球，25、隔挡板，26、U型挡板，27、抽采孔，28、岩体，29、巷道，30、压力表，31、进液阀，32、调压阀，33放液阀，34流量表。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

本发明，用于矿山松软煤岩上行钻孔瓦斯压力的观测系统，放置在岩体28和巷道29之间，结合图1和图2所示，包括探收装置、封堵装置和测定装置，探收装置安装在钻孔中，用于将钻孔中的瓦斯引导排出，封堵装置用于封闭钻孔；测定装置用于测定上行钻孔瓦斯参数。

探收装置见图3-图6所示，包括抽采管体7，抽采管体由探管4和主管5组成，探管4与主管5之间为活动连接，探管4可在一定范围内进行小角度自由摆动。探管4包括球形囊体23、隔挡板25、橡胶软球24、U型挡板26和抽采孔27，球形囊体23上分布数个圆形小孔，用以瓦斯流出，并流至主管5；隔挡板25呈圆形，与探管4固连，橡胶软球24质地为橡胶，与探管4固连，起密封小钻孔3的作用；U型挡板26可抑制小钻孔3塌陷，保护抽采孔27，保证瓦斯气流进入抽采孔27；抽采孔27数个，分布于探管4前部，负责收集小钻孔3瓦斯，小钻孔3中的瓦斯通过抽采孔27进入抽采管体7中的探管4，主管5前端固连一密封垫圈6，呈圆形，密封垫圈6底部有一圆形小孔。

封堵装置详见图1、图2和图7所示，包括封堵室操作台9、封堵胶囊操作台8、封堵胶囊14、管一10和管二11，封堵胶囊14靠近抽采管体7末端，与抽采管体7固连；封堵胶囊14有一个，分布于抽采管体7末端，与大钻孔2形成封堵室13，封堵室13通过管二11与封堵室操作台9相连，封堵胶囊14通过管一10与封堵胶囊操作台8相连，封堵胶囊14与抽采管体7固连，并与管一10和管二11相连。

封堵室操作台9通过管二11向封堵室13内输送封堵液12，封堵胶囊操作台8通过管一10向封堵胶囊14输送封堵液12，封堵胶囊操作台8向封堵胶囊14输入封堵液12的压力应大于瓦斯压力和封堵室13中封堵液12的压力，封堵胶囊操作台上设有放液阀33和进液阀31，进液阀31与调压阀32连接，调压阀32右端管路连通高压封堵液液源；放液阀33和调压阀32上均设有压力表30，封堵室操作台上设有放液阀33和进液阀31，进液阀31与调压阀32连接，调压阀32右端管路连通高压封堵液液源；进液阀31和放液阀33之间设有流量表34和压力表30。

测压装置详见图1和图2所示，包括开关阀17、瓦斯压力表18、防爆电子压力测量仪19、瓦斯收集分析罐22、稳流器20、截止阀21；开关阀17用于控制瓦斯流的开启与关闭；瓦斯压力表18为机械式压力表，用于检测瓦斯压力；防爆电子压力测量仪19可连接计算机，通过计算机实时监测瓦斯压力数据，形成电子数据记录并存储，并与瓦斯压力表获取的数据相对比，以确定两者获取的数据是否在设定的准确度范围内；若两者数据相差超过一定范围，则表明防爆电子压力测量仪或瓦斯压力表出现问题，确定是哪一部件出现问题后，及时更换瓦斯压力表或防爆电子压力测量仪；瓦斯收集分析罐22用于瓦斯气体的收集，并对其参数进行分析，截止阀21可防止瓦斯收集分析罐22中的瓦斯倒流；稳流器20可保证进入瓦斯收集分析罐22中的瓦斯气流的稳定。

结合图8对上述观测系统的测量方法做详细说明，具体包括如下步骤：

(1)打钻孔：用常规的煤矿钻机16在巷道29中向目标煤层1打上行钻孔，具体操作为，先用大口径钻头向上打大钻孔2至距目标煤层1前一定距离停止，换用小口径钻头再沿着大钻孔2继续向上打小钻孔3至目标煤层1；

(2)安装瓦斯探收装置：清理钻孔中的杂物，利用钻机16和钻杆15将抽采管体7沿着大钻孔2底部推送至探管4进入小钻孔3，橡胶软球24完全挤压进入小钻孔3，密封垫圈6恰好与大钻孔2、小钻孔3的交界处挤压贴合，此时停止推送；

(3)封闭钻孔：待抽采管体7到达小钻孔3底部，安装并连接相关管道，利用封堵胶囊14形成封堵室13，首先利用封堵胶囊操作台8通过管一10将封堵液12输送至封堵胶囊14，达致一定压力，形成封堵室13；然后利用封堵室操作台9通过管二11将封堵液12送至封堵室13，其中，封堵胶囊14中的封堵液12压力要稍高于瓦斯气体压力和封堵室13中封堵液12的压力；

(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)测定瓦斯参数：耐压试验完毕后，进行瓦斯参数测定，即打开开关阀17，待瓦斯压力表18稳定后，读取瓦斯压力表18示数，瓦斯压力表18读数显示封孔内瓦斯压力的数值，防爆电子压力测量仪19将瓦斯压力数值周期性的记录、存储、传输，最后将瓦斯收集至瓦斯收集分析罐22中，进行成分和含量分析。

本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员所做出的任何等同方式，或明显变型方式均应在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种用于矿山松软煤岩上行钻孔瓦斯压力的观测系统，其包括探收装置、封堵装置和测定装置，所述探收装置安设于钻孔内，其尾部与封堵装置连接，封堵装置用于封堵所述钻孔，测定装置用于对钻孔内的瓦斯压力进行测定，其特征在于：

所述探收装置包括主管、探管、橡胶软球、隔挡板和U形挡板，所述探管安装在所述主管的前部，且所述探管可在一定范围内进行小角度摆动，所述探管前部开设有多个抽采孔，所述探管尾部为球形囊体，所述球形囊体表面分布有若干个供瓦斯流出的圆孔，所述隔挡板和橡胶软球依次安装在所述探管尾部，所述隔挡板在靠近所述球形囊体的一侧，所述U形挡板倒扣在所述探管前部；所述橡胶软球用于密封靠近目标煤层的小钻孔；距目标煤层前一定距离设置大钻孔；

所述封堵装置包括封堵胶囊、封堵室操作台和封堵胶囊操作台，所述封堵胶囊设置在所述主管的尾部，所述封堵胶囊与大钻孔、主管之间形成封堵室，所述封堵胶囊操作台通过管一与封堵胶囊连接，并向封堵胶囊输入封堵液；所述封堵室操作台通过管二与所述封堵室连接，并向封堵室输入封堵液；

所述测定装置包括瓦斯压力表和瓦斯收集分析罐，所述瓦斯压力表的一端连接钻孔的底部，另一端连接所述瓦斯收集分析罐；

所述主管前部的底端开设有与所述球形囊体配合的囊腔，所述主管和探管之间通过球形囊体和囊腔配合连接在一起；所述球形囊体和囊腔之间有一层密封垫圈；

当安装所述探收装置时，将所述主管沿着大钻孔底部推送至探管进入小钻孔，当橡胶软球完全挤压进入小钻孔，密封垫圈恰好与大钻孔、小钻孔的交界处挤压贴合时，所述探收装置安装完毕。

2.根据权利要求1所述的用于矿山松软煤岩上行钻孔瓦斯压力的观测系统，其特征在于：所述测定装置还包括防爆电子压力测量仪、上位机、截止阀和稳流器，所述防爆电子压力测量仪和上位机设置在所述瓦斯压力表和瓦斯收集分析罐之间，所述瓦斯收集分析罐依次与截止阀和稳流器连接。