CN106401564B - 随钻快速密封煤层钻孔的测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种随钻快速密封煤层钻孔的测量装置。包括钻头、钻杆、钻机、气体导流钢管、压力表/流量计，其特征在于：钻杆为中空两段式结构，装有钻头的一段钻杆固接有钢管，钢管另一端通过螺纹结构与另一段钻杆连接，气体导流钢管设置在钢管和两段钻杆内，钢管内两端分别设有伸缩腔体，伸缩腔体内填充有膨胀液，钢管外套装有硅胶圈，硅胶圈两端分别通过液压缸与两个伸缩腔体连接，钻机反转带动气体导流钢管挤压两个伸缩腔体内的膨胀液，并通过两个液压缸挤压硅胶圈两端，使硅胶圈径向膨胀密封钻孔。本发明在煤层钻进过程中不用拔出钻杆，停止钻进，反转钻机，即可密封煤层钻孔、测定煤层瓦斯压力或钻孔瓦斯流量，既快速，又准确可靠。
Description
技术领域
本发明涉及煤层钻孔密封及测量装置，具体是一种随钻快速密封煤层钻孔的测量装置。
背景技术
众所周知，在煤矿井下，不管是测定煤层瓦斯压力和煤层钻孔瓦斯流量，还是瓦斯抽采，都需要对煤层钻孔进行密封,传统的煤层钻孔密封，均需先退出钻杆，然后，再向钻孔内送入封孔材料，并密封钻孔,这种方法对于瓦斯抽采来说，影响不是很大，但是，对于瓦斯压力和钻孔瓦斯流量测定工作来说，具有较大影响：（1）对于封孔测压，即使补气，也会影响瓦斯压力测定时间和测定结果的真实性；（2）对于封孔测定钻孔瓦斯流量，既会增加测定时间，也可能错过瓦斯流量的最高峰值，使得测定结果偏低。
对于煤层钻孔随钻快速密封的测量装置研发方面，只有专利号为CN200610040222.1的发明专利公开了一种预测煤巷突出的连续钻进流量法及其装置，该装置只能测定瓦斯流量，不能测定瓦斯压力，另外，它将煤渣与瓦斯气体分离，并且还涉及到防爆和数据集成、采集与显示问题，装置特别复杂，不便于煤矿井下使用。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，从而提供一种能够准确测定煤层瓦斯压力和钻孔瓦斯流量的随钻快速密封煤层钻孔的测量装置。
本发明解决所述问题，采用的技术方案是：
一种随钻快速密封煤层钻孔的测量装置，包括钻头、钻杆、钻机、气体导流钢管、压力表/流量计，钻杆为中空两段式结构，装有钻头的一段钻杆固接有钢管，钢管另一端通过螺纹结构与另一段钻杆连接，气体导流钢管设置在钢管和两段钻杆内，钢管内两端分别设有伸缩腔体，伸缩腔体内填充有膨胀液，钢管外套装有硅胶圈，硅胶圈两端分别通过液压缸与两个伸缩腔体连接，钻机反转带动气体导流钢管挤压两个伸缩腔体内的膨胀液，并通过两个液压缸挤压硅胶圈两端，使硅胶圈径向膨胀密封钻孔。
采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，其突出的特点是：
①在煤层钻进过程中不用拔出钻杆，停止钻进，反转钻机，即可密封煤层钻孔、测定煤层瓦斯压力或钻孔瓦斯流量，既快速，又准确、可靠。
②结构简单，便于操作，提高了测量工作效率。
作为优选，本发明更进一步的技术方案是：
气体导流钢管一端通过第一固定密封圈与装有钻头的一段钻杆连接，气体导流钢管另一端与压力表/流量计连接，气体导流钢管上套装有密封轴承联轴器，密封轴承联轴器与另一段钻杆靠近钻头一端连接。
压力表/流量计通过螺纹结构与气体导流钢管连接。
伸缩腔体包括大圆盘和圆盘，大圆盘设在膨胀液靠近钻头一端，圆盘设在膨胀液另一端，大圆盘外圈通过滑动密封圈与钢管连接，大圆盘内圈固接在气体导流钢管上，圆盘外圈固接在钢管内，圆盘内圈通过第二固定密封圈与气体导流钢管连接；液压缸缸体内设有与硅胶圈相互顶推的活塞，活塞相对硅胶圈一端套装有置于缸体内的第三固定密封圈，活塞另一端连接有置于缸体内的小圆盘。钻机反转时，通过气体导流钢管带动大圆盘向后移动，挤压两个伸缩腔体内的膨胀液，并通过液压传动推动小圆盘和活塞分别挤压硅胶圈两端，迫使硅胶圈径向膨胀，密封煤层钻孔。
两个液压缸缸体内的活塞与硅胶圈之间分别设有套装在钢管上的环形圆盘，活塞通过液压传动挤压硅胶圈两端的环形圆盘，并通过环形圆盘挤压硅胶圈，确保硅胶圈快速径向膨胀，密封煤层钻孔。
每段钻杆包括多个麻花钻杆，麻花钻杆通过销钉依次首尾套接，套接在里面的麻花钻杆端部通过锥面和密封圈组合接头与气体导流钢管连接。
锥面和密封圈组合接头的锥面角度为30°。
另一段钻杆另一端通过销钉连接有联接器，联接器另一端与钻机焊接。
附图说明
图1 是本发明实施例结构示意图；
图2 是图1中A的局部放大图；
图3 是图1中B的局部放大图；
图4 是图1中C的局部放大图；
图5 是图1中D的局部放大图；
图中：煤层1；钻头2；第一钻杆3；钢管4；硅胶圈5；气体导流钢管6；第二钻杆7；销钉8；第三钻杆9；压力表/流量计10；联接器11；钻机12；第一固定密封圈13；第一大圆盘14；滑动密封圈15；膨胀液16；第一液压缸17；环形圆盘18；第一圆盘19；第二固定密封圈20；第三固定密封圈21；第一活塞22；第一小圆盘23；第一伸缩腔体24；第二大圆盘25；第二伸缩器腔体26；第二小圆盘27；第二活塞28；第二圆盘29；第二液压缸30；密封轴承联接器31；锥面和密封圈组合接头32。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步说明，目的仅在于更好地理解本发明内容，因此，所举之例并不限制本发明的保护范围。
参见图1、图2、图3、图4、图5，第一钻杆3两端分别与钻头2和钢管4焊接，钢管4另一端通过螺纹结构与第二钻杆7连接，第二钻杆7另一端通过销钉8与第三钻杆9套接，第三钻杆9另一端通过销钉8与联接器11连接，联接器11另一端焊接有钻机12，第一钻杆3、第二钻杆7和第三钻杆9均为中空结构，气体导流钢管6置于第一钻杆3、钢管4、第二钻杆7和第三钻杆9内的中心，第一钻杆3内设有套装在气体导流钢管6一端上的第一固定密封圈13，第三钻杆9上设有通过螺纹结构与气体导流钢管6另一端连接的压力表/流量计10，第二钻杆7与钢管4连接一端焊接有套装在气体导流钢管6上的密封轴承联轴器31，第三钻杆9套接在第二钻杆7内的端部通过锥面和密封圈组合接头32与气体导流钢管6连接，钢管4内两端分别设有第一伸缩腔体24和第二伸缩腔体26，第一伸缩腔体24和第二伸缩腔体26内分别填充有膨胀液16，第一伸缩腔体24包括第一大圆盘14和第一圆盘19，第二伸缩腔体26包括第二大圆盘25和第二圆盘29，第一大圆盘14和第二大圆盘25分别设置在每段膨胀液16靠近钻头2一端，第一圆盘19和第二圆盘29分别设置在每段膨胀液16另一端，第一大圆盘14和第二大圆盘25外圈分别通过滑动密封圈15与钢管4连接，第一大圆盘14和第二大圆盘25内圈分别固接在气体导流钢管6上，第一圆盘19和第二圆盘29外圈分别固接在钢管4内，第一圆盘19和第二圆盘29内圈分别通过第二固定密封圈20与气体导流钢管6连接，钢管4外套装有硅胶圈5，硅胶圈5两端的钢管4上分别加工有与第一伸缩腔体24和第二伸缩腔体26连通的第一液压缸17和第二液压缸30，第一液压缸17和第二液压缸30的缸体内分别装有与硅胶圈5相互顶推的第一活塞22和第二活塞28，第一活塞22和第二活塞28相对硅胶圈5一端分别套装有置于缸体内的第三固定密封圈21，第一活塞22和第二活塞28另一端分别连接有置于缸体内的第一小圆盘23和第二小圆盘27，第一活塞22与硅胶圈5之间以及第二活塞28与硅胶圈5之间分别设有套装在钢管4上的环形圆盘18，钻机12反转带动气体导流钢管6通过第一大圆盘14和第二大圆盘25挤压第一伸缩腔体24和第二伸缩腔体26内的膨胀液16，并通过第一液压缸17和第二液压缸30挤压硅胶圈5两端使其径向膨胀。
钻头2为煤电钻钻头，直径50mm；第一钻杆3、第二钻杆7和第三钻杆9均为为空心麻花钻杆，长1000mm，直径42mm；第一固定密封圈13为O型密封圈，外径15mm，内径8mm；第一大圆盘14和第二大圆盘25的制作材料为不锈钢，直径34mm，厚2mm；膨胀液16由水和乳化液组成，体积比例为10：1；钢管4为圆形钢管，长1500mm，外径40mm，壁厚2mm，制作材料为不锈钢；第一小圆盘23和第二小圆盘27的制作材料为不锈钢，直径4mm，厚2mm；第一活塞22和第二活塞28的制作材料为不锈钢，直径2mm，长20mm；第三固定密封圈21为O型密封圈，外径5mm，内径1.5mm；环形圆盘18的制作材料为不锈钢，外径44mm，内径40mm，厚2mm；硅胶圈5长1200mm，外径50mm，厚5mm；滑动密封圈15为O型密封圈，外径37mm，内径33mm；第二固定密封圈20为O型密封圈，外径10mm，内径8mm；第一圆盘19和第二圆盘29的制作材料为不锈钢，外径38mm，内径10mm，厚2mm；气体导流钢管6的制作材料为不锈钢，外径10mm，内径8mm，厚1mm；密封轴承联接器31的制作材料为不锈钢，外径20mm，内径10mm，长5mm；锥面和密封圈组合接头32的锥面角度为30°，锥面和密封圈组合接头32的密封圈为O型密封圈，外径10mm，内径7mm；销钉8的直径为4mm，长15mm；压力表/流量计10为YTXC-150-Z防震压力表/LP-SF10LP-SF10型浮子流量计；联接器11的制作材料为不锈钢，直径36mm，长200mm；钻机12为ZM15型煤电钻。
安装和使用过程为：
预先将两个环形圆盘18及硅胶圈5套在钢管4上，将第一大圆盘14、第一圆盘19、第二大圆盘25、第二圆盘29、膨胀液16、滑动密封圈15、第二固定密封圈20和气体导流钢管6置于钢管4内，并在钢管4上加工制作好第一液压缸17和第二液压缸30，在第一液压缸17和第二液压缸30缸体内安装好第一活塞22、第二活塞28、第一小圆盘23、第二小圆盘27、第三固定密封圈21。
将第一固定密封圈13内置于第一钻杆3内，再将钻头2、第一钻杆3和钢管4连接好，且气体导流钢管6穿过第一固定密封圈13，在第二钻杆7上焊接密封轴承联接器31，将第二钻杆7与钢管4连接，直至密封轴承联接器31与气体导流钢管6连接好为止，密封轴承联接器31采用气体导流钢管6做其内圈，第二钻杆7的端头与密封轴承联接器31相连接，可确保第二钻杆7旋转时，钢管4内部的部件只伸缩而不旋转。
将第三钻杆9与第二钻杆7连接，直至锥面和密封圈组合接头32与气体导流钢管6连接好为止，然后在第三钻杆9上安装联接器11和钻机12。
钻机12顺转向煤层1内钻进，整个装备深入煤层钻孔，待钻进到预定位置，停止钻进，让钻机12反向旋转，第二钻杆7与钢管4逐渐分离，并通过密封轴承联接器31带动气体导流钢管6向后移动，而钢管4不动，第一大圆盘14、第二大圆盘25以及滑动密封圈15也一起移动，而第一圆盘19、第二圆盘29以及第二固定密封圈20则固定不动，导致第一伸缩腔体24和第二伸缩腔体26内的膨胀液16受到挤压，受到挤压的膨胀液16通过液压传动，推动对应的第一小圆盘23、第二小圆盘27、第一活塞22和第二活塞28向中间移动，挤压硅胶圈5两侧的环形圆盘18，从而使得硅胶圈5轴向受压，硅胶圈5具有很好的弹性，在轴向压力作用下，自动变形缩短，并径向膨胀，密封煤层钻孔，再装上压力表/流量计10，即可测定煤层瓦斯压力或钻孔瓦斯流量，实现在不退钻杆条件下密封钻孔，测定数据，即随钻密封煤层钻孔测定瓦斯参数，待煤层钻孔瓦斯压力或流量测定完毕，再顺向旋转钻机12，第二钻杆7通过气体导流钢管6带动第一大圆盘14和第二大圆盘25向前移动，第一伸缩腔体24和第二伸缩腔体26内的膨胀液16的压力降低，硅胶圈5反过来推动第一活塞22和第二活塞28向两侧移动，而自身径向收缩，与煤壁分离，完全分离后，即可继续向煤层1深部钻进并测定瓦斯压力或流量，也可将整个装置从煤层1的钻孔内拔出。
本发明为煤矿企业提供了一种能够快速准确获取煤层瓦斯压力和钻孔瓦斯流量的装置，结构简单，便于操作，提高了测量工作效率。
以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及其附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。
Claims (5)
1.一种随钻快速密封煤层钻孔的测量装置，包括钻头、钻杆、钻机、气体导流钢管、压力表/流量计，其特征在于：钻杆为中空两段式结构，装有钻头的一段钻杆固接有钢管，钢管另一端通过螺纹结构与另一段钻杆连接，气体导流钢管设置在钢管和两段钻杆内，钢管内两端分别设有伸缩腔体，伸缩腔体内填充有膨胀液，钢管外套装有硅胶圈，硅胶圈两端分别通过液压缸与两个伸缩腔体连接，钻机反转带动气体导流钢管挤压两个伸缩腔体内的膨胀液，并通过两个液压缸挤压硅胶圈两端，使硅胶圈径向膨胀密封钻孔；气体导流钢管一端通过第一固定密封圈与装有钻头的一段钻杆连接，气体导流钢管另一端与压力表/流量计连接，气体导流钢管上套装有密封轴承联轴器，密封轴承联轴器与另一段钻杆靠近钻头一端连接；伸缩腔体包括大圆盘和圆盘，大圆盘设在膨胀液靠近钻头一端，圆盘设在膨胀液另一端，大圆盘外圈通过滑动密封圈与钢管连接，大圆盘内圈固接在气体导流钢管上，圆盘外圈固接在钢管内，圆盘内圈通过第二固定密封圈与气体导流钢管连接；液压缸缸体内设有与硅胶圈相互顶推的活塞，活塞相对硅胶圈一端套装有置于缸体内的第三固定密封圈，活塞另一端连接有置于缸体内的小圆盘；两个液压缸缸体内的活塞与硅胶圈之间分别设有套装在钢管上的环形圆盘。
2.根据权利要求1所述的随钻快速密封煤层钻孔的测量装置，其特征在于：压力表/流量计通过螺纹结构与气体导流钢管连接。
3.根据权利要求1所述的随钻快速密封煤层钻孔的测量装置，其特征在于：每段钻杆包括多个麻花钻杆，麻花钻杆通过销钉依次首尾套接，套接在里面的麻花钻杆端部通过锥面和密封圈组合接头与气体导流钢管连接。
4.根据权利要求3所述的随钻快速密封煤层钻孔的测量装置，其特征在于：锥面和密封圈组合接头的锥面角度为30°。
5.根据权利要求1所述的随钻快速密封煤层钻孔的测量装置，其特征在于：另一段钻杆另一端通过销钉连接有联接器，联接器另一端与钻机焊接。
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- 2016-06-07 CN CN201610396191.7A patent/CN106401564B/zh active Active
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