CN109025972B - 一种气水分离式上行钻孔瓦斯压力测定装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种气水分离式上行钻孔瓦斯压力测定装置及方法，装置包括测压部、储排水部及封孔部，测压部通过压力表获取瓦斯压力，测压部通过转接软管与储排水部箱体相通；储排水部具备自动排水和人工排水功能。方法为：在两个未接入抽采系统的抽采孔连线中间点位置施工与抽采孔相同角度及孔深的测压孔；利用封孔部对测压孔进行封孔；将储排水部箱体水平悬挂到巷道内；接通测压部和储排水部，将测量管接入测压部；打开测压部球阀，开始瓦斯压力测量，测量过程中通过储排水部及时排除涌水；压力表读数稳定后，压力读数作为原始瓦斯压力；抽采孔接入抽采系统，当压力表显示读数降低到原始瓦斯压力的30％时，即可判定瓦斯压力测量孔位置达到抽采孔有效影响半径。

Description

一种气水分离式上行钻孔瓦斯压力测定装置及方法
技术领域
本发明属于煤矿安全技术领域，特别是涉及一种气水分离式上行钻孔瓦斯压力测定装置及方法。
背景技术
目前，判断瓦斯抽采孔有效抽采半径的指标体系有两类：第一类是残存瓦斯含量和残存瓦斯压力指标体系，判断方法为在固定时间内以抽采钻孔为中心，安全临界压力点(0.74MPa)或含量点(8m3/t)到抽采孔中心的距离，即为此抽采孔的有效抽采半径，该指标体系只适合于瓦斯突出矿井，在瓦斯和高瓦斯矿井，煤层原始瓦斯含量和原始瓦斯压力低于安全临界值时，该指标体系并不适用；第二类是瓦斯抽采率指标体系，根据有关规定，煤层的瓦斯预抽率达标标准为抽采率≥30％。
现有的井下瓦斯压力测定方式仍存在不足之处，其通常采用才瓦斯钻孔外直接外接管路和压力表，并通过压力表直接读取瓦斯压力值，但受到井下复杂水文地质条件的影响，以及钻孔施工工艺的影响，测压钻孔经常受到涌水干扰，由于水压作用，压力表直接读取的压力值并不能准确的反应实际瓦斯压力。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种气水分离式上行钻孔瓦斯压力测定装置及方法，能够有效避免涌水干扰，提高瓦斯压力测定精度，且安装更加方便。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种气水分离式上行钻孔瓦斯压力测定装置，包括测压部、储排水部及封孔部；所述测压部包括压力表、第一球阀、第二球阀、三通接头、测量管及转接软管；所述压力表通过管路与第一球阀一端相连通，第一球阀另一端通过管路与三通接头的第一接口相连通，三通接头的第二接口与测量管一端相连通，测量管另一端密封穿过封孔部与瓦斯压力测量孔相连通；所述三通接头的第三接口通过管路与第二球阀一端相连通，第二球阀另一端与转接软管一端相连通，转接软管另一端接入储排水部。
所述储排水部包括箱体、箱盖、浮球、杠杆、拉杆、限位套、密封塞及排水软管；所述箱盖位于箱体顶部，在箱盖与箱体之间加装有密封垫圈，箱盖通过扳扣与箱体进行固定；在所述箱体的底部设有自动排水口，自动排水口外接排水软管，所述密封塞位于自动排水口内，所述限位套固定设置在密封塞正上方的箱体底板上，所述拉杆竖直安装在限位套内，拉杆在限位套内具有竖直移动自动度，拉杆底端固连在密封塞顶部；所述杠杆一端铰接在箱体侧壁上，杠杆相对于铰接点具有摆动自由度；所述浮球固装在杠杆另一端，在杠杆的杆体上设有导向凹槽，且导向凹槽沿杠杆长度方向分布；在所述拉杆顶端安装有导向滚轮，导向滚轮位于导向凹槽内，导向滚轮在导向凹槽内具有滚动自由度；在所述箱体的侧壁上开设有进水口，进水口接入转接软管。
所述箱体上安装有液位计，在液位计底部设置有手动阀门，手动阀门开启后作为人工排水口。
所述限位套与箱体底板之间采用可拆卸结构。
在所述箱盖顶部安装有把手。
所述封孔部包括第一封孔堵头、第二封孔堵头及注浆管，所述第一封孔堵头位于瓦斯压力测量孔的孔口前端，所述第二封孔堵头位于瓦斯压力测量孔的孔口后端，第一封孔堵头与第二封孔堵头之间形成注浆封孔段；所述注浆管一端穿过第一封孔堵头延伸至注浆封孔段内，注浆管另一端接入注浆泵；所述测量管依次穿过第一封孔堵头及第二封孔堵头延伸至瓦斯压力测量孔内部。
一种气水分离式上行钻孔瓦斯压力测定方法，采用了所述的气水分离式上行钻孔瓦斯压力测定装置，包括如下步骤：
步骤一：在未接入抽采系统的两个相邻上行瓦斯抽采孔的连线中间点位置施工瓦斯压力测量孔，瓦斯压力测量孔的施工角度和深度与瓦斯抽采孔相同；
步骤二：利用封孔部对瓦斯压力测量孔进行封孔；
步骤三：将储排水部的箱体水平悬挂到巷道内；
步骤四：利用转接软管接通测压部和储排水部，将测量管接入测压部；
步骤五：打开第一球阀和第二球阀，开始瓦斯压力的测量，同时记录压力表显示的读数，等到压力表的读数稳定后，压力读数作为原始瓦斯压力；在测量过程中，涌水依次通过测量管、三通接头、转接软管及进水口流入箱体内，并通过自动排水方式或人工排水方式排出箱体中的积水；
步骤六：将瓦斯抽采孔接入抽采系统，当压力表显示的压力读数降低到原始瓦斯压力的30％时，即可判定瓦斯压力测量孔位置达到了抽采孔有效影响半径。
步骤五中提及的自动排水方式过程为：当箱体内积水的水位未触及浮球时，杠杆与水平方向呈10°夹角，自动排水口由密封塞进行封堵；当箱体内积水的水位触及浮球时，浮球被逐级顶起，使杠杆绕铰接点向上摆转，拉杆通过杠杆向上摆转实现上移，密封塞也被一同拉起，此时密封塞对自动排水口的封堵解除，积水将依次通过自动排水口及排水软管排到箱体外；随着水位的下降，在重力作用下，浮球、杠杆、拉杆及密封塞将重新复位，自动排水口再次由密封塞进行封堵。
步骤五中提及的人工排水方式过程为：当涌水量大于自动排水量时，启用人工排水，通过开启液位计底部的手动阀门，使箱体内的积水通过手动阀门排到箱体外。
本发明的有益效果：
本发明的气水分离式上行钻孔瓦斯压力测定装置及方法，能够有效避免涌水干扰，提高瓦斯压力测定精度，且安装更加方便，能够直观验证抽采效果，为抽采工艺参数优化提供依据。
附图说明
图1为本发明的一种气水分离式上行钻孔瓦斯压力测定装置的结构示意图；
图2为本发明的测压部的结构示意图；
图3为本发明的储排水部的结构示意图；
图4为本发明的封孔部的结构示意图；
图中，1—测压部，2—储排水部，3—封孔部，4—压力表，5—第一球阀，6—第二球阀，7—三通接头，8—测量管，9—转接软管，10—瓦斯压力测量孔，11—箱体，12—箱盖，13—浮球，14—杠杆，15—拉杆，16—限位套，17—密封塞，18—排水软管，19—密封垫圈，20—扳扣，21—自动排水口，22—导向凹槽，23—导向滚轮，24—进水口，25—液位计，26—手动阀门，27—把手，28—第一封孔堵头，29—第二封孔堵头，30—注浆管，31—积水。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1～4所示，一种气水分离式上行钻孔瓦斯压力测定装置，包括测压部1、储排水部2及封孔部3；所述测压部1包括压力表4、第一球阀5、第二球阀6、三通接头7、测量管8及转接软管9；所述压力表4通过管路与第一球阀5一端相连通，第一球阀5另一端通过管路与三通接头7的第一接口相连通，三通接头7的第二接口与测量管8一端相连通，测量管8另一端密封穿过封孔部3与瓦斯压力测量孔10相连通；所述三通接头7的第三接口通过管路与第二球阀6一端相连通，第二球阀6另一端与转接软管9一端相连通，转接软管9另一端接入储排水部2。
所述储排水部2包括箱体11、箱盖12、浮球13、杠杆14、拉杆15、限位套16、密封塞17及排水软管18；所述箱盖12位于箱体11顶部，在箱盖12与箱体11之间加装有密封垫圈19，箱盖12通过扳扣20与箱体11进行固定；在所述箱体11的底部设有自动排水口21，自动排水口21外接排水软管18，所述密封塞17位于自动排水口21内，所述限位套16固定设置在密封塞17正上方的箱体11底板上，所述拉杆15竖直安装在限位套16内，拉杆15在限位套16内具有竖直移动自动度，拉杆15底端固连在密封塞17顶部；所述杠杆14一端铰接在箱体11侧壁上，杠杆14相对于铰接点具有摆动自由度；所述浮球13固装在杠杆14另一端，在杠杆14的杆体上设有导向凹槽22，且导向凹槽22沿杠杆14长度方向分布；在所述拉杆15顶端安装有导向滚轮22，导向滚轮23位于导向凹槽22内，导向滚轮23在导向凹槽22内具有滚动自由度；在所述箱体11的侧壁上开设有进水口24，进水口24接入转接软管9。
所述箱体11上安装有液位计25，在液位计25底部设置有手动阀门26，手动阀门26开启后作为人工排水口。
所述限位套16与箱体11底板之间采用可拆卸结构。
在所述箱盖12顶部安装有把手27。
所述封孔部3包括第一封孔堵头28、第二封孔堵头29及注浆管30，所述第一封孔堵头28位于瓦斯压力测量孔10的孔口前端，所述第二封孔堵头29位于瓦斯压力测量孔10的孔口后端，第一封孔堵头28与第二封孔堵头29之间形成注浆封孔段；所述注浆管30一端穿过第一封孔堵头28延伸至注浆封孔段内，注浆管30另一端接入注浆泵；所述测量管8依次穿过第一封孔堵头28及第二封孔堵头29延伸至瓦斯压力测量孔10内部。
由于瓦斯含量与瓦斯压力存在以下对应关系：
Figure BDA0001745786870000041
因此，通过瓦斯含量确定测压孔为有效测量点的传统方式，可以通过煤层残存的瓦斯压力进行表示，并以残余瓦斯压力下降到原始瓦斯压力的30％时，即可作为瓦斯抽采孔有效影响半径的测定标准。式中，η为瓦斯预抽率，Wc为残余瓦斯含量(m3/t)，W为原始瓦斯含量(m3/t)，α为与煤质挥发分有关的煤层瓦斯含量系数(m3/t·MPa1/2)，Pc为残余瓦斯压力(MPa)，P为原始瓦斯压力(MPa)。
一种气水分离式上行钻孔瓦斯压力测定方法，采用了所述的气水分离式上行钻孔瓦斯压力测定装置，包括如下步骤：
步骤一：在未接入抽采系统的两个相邻上行瓦斯抽采孔的连线中间点位置施工瓦斯压力测量孔10，瓦斯压力测量孔10的施工角度和深度与瓦斯抽采孔相同；
步骤二：利用封孔部3对瓦斯压力测量孔10进行封孔；
步骤三：将储排水部2的箱体11水平悬挂到巷道内；
步骤四：利用转接软管9接通测压部1和储排水部2，将测量管8接入测压部1；
本实施例中，转接软管9采用不锈钢软管，在利用转接软管9接通测压部1和储排水部2之前，可以先通过转接软管9向箱体11内注入少量的水，实现液封；转接软管9的长度可根据测压管路的位置及人员方便触及的位置进行选取；箱体11悬挂点选择在把手27上，并利用铁丝将把手27与巷道煤壁挂钩等固定物件进行捆绑，悬挂高度以人员能够触及到的位置即可。
步骤五：打开第一球阀5和第二球阀6，开始瓦斯压力的测量，同时记录压力表4显示的读数，等到压力表4的读数稳定后，压力读数作为原始瓦斯压力；在测量过程中，涌水依次通过测量管8、三通接头7、转接软管9及进水口24流入箱体11内，并通过自动排水方式或人工排水方式排出箱体11中的积水；
步骤六：将瓦斯抽采孔接入抽采系统，当压力表4显示的压力读数降低到原始瓦斯压力的30％时，即可判定瓦斯压力测量孔10位置达到了抽采孔有效影响半径。
步骤五中提及的自动排水方式过程为：当箱体11内积水31的水位未触及浮球13时，杠杆14与水平方向呈10°夹角，自动排水口21由密封塞17进行封堵；当箱体11内积水31的水位触及浮球13时，浮球13被逐级顶起，使杠杆14绕铰接点向上摆转，拉杆15通过杠杆14向上摆转实现上移，密封塞17也被一同拉起，此时密封塞17对自动排水口21的封堵解除，积水31将依次通过自动排水口21及排水软管18排到箱体11外；随着水位的下降，在重力作用下，浮球13、杠杆14、拉杆15及密封塞17将重新复位，自动排水口21再次由密封塞17进行封堵。
步骤五中提及的人工排水方式过程为：当涌水量大于自动排水量时，启用人工排水，通过开启液位计25底部的手动阀门26，使箱体11内的积水31通过手动阀门26排到箱体11外。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (8)

1.一种气水分离式上行钻孔瓦斯压力测定装置，其特征在于：包括测压部、储排水部及封孔部；所述测压部包括压力表、第一球阀、第二球阀、三通接头、测量管及转接软管；所述压力表通过管路与第一球阀一端相连通，第一球阀另一端通过管路与三通接头的第一接口相连通，三通接头的第二接口与测量管一端相连通，测量管另一端密封穿过封孔部与瓦斯压力测量孔相连通；所述三通接头的第三接口通过管路与第二球阀一端相连通，第二球阀另一端与转接软管一端相连通，转接软管另一端接入储排水部；所述储排水部包括箱体、箱盖、浮球、杠杆、拉杆、限位套、密封塞及排水软管；所述箱盖位于箱体顶部，在箱盖与箱体之间加装有密封垫圈，箱盖通过扳扣与箱体进行固定；在所述箱体的底部设有自动排水口，自动排水口外接排水软管，所述密封塞位于自动排水口内，所述限位套固定设置在密封塞正上方的箱体底板上，所述拉杆竖直安装在限位套内，拉杆在限位套内具有竖直移动自动度，拉杆底端固连在密封塞顶部；所述杠杆一端铰接在箱体侧壁上，杠杆相对于铰接点具有摆动自由度；所述浮球固装在杠杆另一端，在杠杆的杆体上设有导向凹槽，且导向凹槽沿杠杆长度方向分布；在所述拉杆顶端安装有导向滚轮，导向滚轮位于导向凹槽内，导向滚轮在导向凹槽内具有滚动自由度；在所述箱体的侧壁上开设有进水口，进水口接入转接软管。
2.根据权利要求1所述的一种气水分离式上行钻孔瓦斯压力测定装置，其特征在于：所述箱体上安装有液位计，在液位计底部设置有手动阀门，手动阀门开启后作为人工排水口。
3.根据权利要求1所述的一种气水分离式上行钻孔瓦斯压力测定装置，其特征在于：所述限位套与箱体底板之间采用可拆卸结构。
4.根据权利要求1所述的一种气水分离式上行钻孔瓦斯压力测定装置，其特征在于：在所述箱盖顶部安装有把手。
5.根据权利要求1所述的一种气水分离式上行钻孔瓦斯压力测定装置，其特征在于：所述封孔部包括第一封孔堵头、第二封孔堵头及注浆管，所述第一封孔堵头位于瓦斯压力测量孔的孔口前端，所述第二封孔堵头位于瓦斯压力测量孔的孔口后端，第一封孔堵头与第二封孔堵头之间形成注浆封孔段；所述注浆管一端穿过第一封孔堵头延伸至注浆封孔段内，注浆管另一端接入注浆泵；所述测量管依次穿过第一封孔堵头及第二封孔堵头延伸至瓦斯压力测量孔内部。
6.一种气水分离式上行钻孔瓦斯压力测定方法，采用了权利要求1所述的气水分离式上行钻孔瓦斯压力测定装置，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：在未接入抽采系统的两个相邻上行瓦斯抽采孔的连线中间点位置施工瓦斯压力测量孔，瓦斯压力测量孔的施工角度和深度与瓦斯抽采孔相同；
步骤二：利用封孔部对瓦斯压力测量孔进行封孔；
步骤三：将储排水部的箱体水平悬挂到巷道内；
步骤四：利用转接软管接通测压部和储排水部，将测量管接入测压部；
步骤五：打开第一球阀和第二球阀，开始瓦斯压力的测量，同时记录压力表显示的读数，等到压力表的读数稳定后，压力读数作为原始瓦斯压力；在测量过程中，涌水依次通过测量管、三通接头、转接软管及进水口流入箱体内，并通过自动排水方式或人工排水方式排出箱体中的积水；
步骤六：将瓦斯抽采孔接入抽采系统，当压力表显示的压力读数降低到原始瓦斯压力的30％时，即可判定瓦斯压力测量孔位置达到了抽采孔有效影响半径。
7.根据权利要求6所述的气水分离式上行钻孔瓦斯压力测定方法，其特征在于：步骤五中提及的自动排水方式过程为：当箱体内积水的水位未触及浮球时，杠杆与水平方向呈10°夹角，自动排水口由密封塞进行封堵；当箱体内积水的水位触及浮球时，浮球被逐级顶起，使杠杆绕铰接点向上摆转，拉杆通过杠杆向上摆转实现上移，密封塞也被一同拉起，此时密封塞对自动排水口的封堵解除，积水将依次通过自动排水口及排水软管排到箱体外；随着水位的下降，在重力作用下，浮球、杠杆、拉杆及密封塞将重新复位，自动排水口再次由密封塞进行封堵。
8.根据权利要求6所述的气水分离式上行钻孔瓦斯压力测定方法，其特征在于：步骤五中提及的人工排水方式过程为：当涌水量大于自动排水量时，启用人工排水，通过开启液位计底部的手动阀门，使箱体内的积水通过手动阀门排到箱体外。
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