CN109184672A - 煤层俯角钻孔瓦斯压力测定装置及压力测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种煤层俯角钻孔瓦斯压力测定装置及压力测量方法，包括包括压力测量组件、排水组件和封堵组件；所述排水组件为一伸入钻孔的排水管道，包括靠近孔底用于进水的进水端和外于钻孔口外的排水端；所述压力测量装置的引压点位于钻孔内并相对于进水端位于钻孔孔口一侧；所述封堵组件用于封堵钻孔建立瓦斯压力。采用该装置能有效减少钻孔残余积水以及煤层渗入钻孔内的非承压水对煤层瓦斯压力测定结果的影响，还可以提高俯角测压钻孔封孔的成功率和封孔效果，从而保证俯角钻孔瓦斯压力测定的准确性。

Description

煤层俯角钻孔瓦斯压力测定装置及压力测量方法
技术领域
本发明涉及瓦斯压力测量领域，特别涉及一种煤层俯角钻孔瓦斯压力测定装置及压力测量方法。
背景技术
目前，国内瓦斯压力测定时，俯角钻孔积水现象非常普遍，当孔内积水较多并进入测压管时，必然导致测定的瓦斯压力数据偏小。同时，可实现带压封孔的封孔材料成本较高，使用条件有限(封孔深度20m以内，瓦斯压力在6MPa以内)，不利推广。其余材料封孔时无法实现带压封孔，不能有效封堵钻孔周边裂隙，甚至会因温差产生收缩现象或者孔底封堵不严漏浆导致封孔失败。以上问题的存在，对瓦斯压力测量结果产生较大偏差，从而造成误判导致发生煤与瓦斯突发事故。然而目前国内煤层瓦斯压力测定还没有对俯角钻孔积水进行测量和对压力数据进行修正的方法。
因此，需要一种煤层俯角钻孔瓦斯压力测定装置及压力测量方法，有效减少钻孔残余积水以及煤层渗入钻孔内的非承压水对煤层瓦斯压力测定结果的影响，同时还可以提高俯角测压钻孔封孔的成功率和封孔效果，从而保证俯角钻孔瓦斯压力测定的准确性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种煤层俯角钻孔瓦斯压力测定装置及压力测量方法，有效减少钻孔残余积水以及煤层渗入钻孔内的非承压水对煤层瓦斯压力测定结果的影响，同时还可以提高俯角测压钻孔封孔的成功率和封孔效果，从而保证俯角钻孔瓦斯压力测定的准确性。
本发明的煤层俯角钻孔瓦斯压力测定装置，包括包括压力测量组件、排水组件和封堵组件；
所述排水组件为一伸入钻孔的排水管道，包括靠近孔底用于进水的进水端和外于钻孔口外的排水端；
所述压力测量组件的引压点位于钻孔内并相对于进水端位于钻孔孔口一侧；
所述封堵组件用于封堵钻孔建立瓦斯压力。
进一步，所述压力测量组件包括伸入钻孔的引压管，包括作为引压点的进气端和位于钻孔口外的测压端，所述测压端设有测压仪器。
进一步，所述封堵组件包括注浆管和第一囊袋，所述第一囊袋位于钻孔内且相对于引压点位于钻孔孔口一侧；所述注浆管密封的穿入第一囊袋且位于第一囊袋内设有第一出浆口；相对于第一囊袋位于钻孔孔口一侧位于所述注浆管上设有用于在设定压力下泄漏浆体的安全阀。
进一步，在所述第一出浆口设置仅可沿出口方向单向导通的第一单向阀，在所述第一囊袋内设置可使第一囊袋两侧气室连通的第一出水气管。
进一步，还包括置于钻孔内的第二囊袋，所述第二囊袋相对于安全阀位于钻孔孔口一侧，所述注浆管密封的穿入第二囊袋且位于第二囊袋内设有第二出浆口，在所述第二出浆口处设置仅可沿出口方向单向导通的第二单向阀，在所述第二囊袋内设置可使钻孔内外连通的第二出水气管。
进一步，在所述第一囊袋和第二囊袋四周设置可将囊袋固定于钻孔内的紧固卡箍。
进一步，所述排水管的排水端设置排水阀，所述进气端底部设置排水导向管，所述进水端与所述排水导向管固定连接，所述进气端外壁上设置内外贯通的导气筛孔。
进一步，还包括设置于排水端处可用于计量排水体积的容器。
本发明的一种使用煤层俯角钻孔瓦斯压力测定装置进行的瓦斯压力计算方法，包括以下步骤：
步骤1，将进气端和进水端送入钻孔底部；
步骤2，将封孔料通过注浆管注入第一囊袋和第二囊袋，囊袋膨胀后与钻孔内壁贴合；
步骤3，封孔料压力达到安全阀爆破压力后，安全阀打开，封孔料流入囊袋与钻孔内壁缝隙内以及钻孔内壁缝隙裂纹内；
步骤4，封孔料固化后，将井下压风通过引压管送入孔底，进行测压前排水；
步骤5，安装测压仪器，关闭排水管阀门，进行压力测量；
步骤6，进行测压后排水；
步骤7，测量测压后排水体积；
步骤8，修正测量所得的压力值，剔除测压过程中水对压力造成的影响。
进一步，
步骤5中，当压力变化值在3天内小于0.015MPa结束压力观测，以结束观测时的测压仪器读数作为测量表压力；
步骤6中，首先缓慢打开排水阀将钻孔内积水排入容器中，当孔内不再喷出瓦斯及水时拆下测压仪器，再次将井下压风通过引压管送入孔底，将余水排入容器中；
步骤7中，通过弹簧秤分别称量容器盛水前后的重量差得到水的重量G，根据水的密度为1g/cm3计算得到水的体积V；
步骤8中，当排水体积V小于钻孔体积V1时，测量表压力无需修正，此时测量表压力P1等于煤层瓦斯相对压力P，即：P1＝P；
当排水体积V大于钻孔体积V1时，需对测量表压力按照以下计算式进行修正：
P＝P1+0.01×sinθ×(V-V1)/(πd2/4+πd1 2/4)
式中：
θ－钻孔倾角；
d－引压管内径，cm；
d1－排水管内径，cm；
最后确定煤层瓦斯绝对压力为：
P0＝P+P2
式中：
P0－煤层瓦斯压力(绝对瓦斯压力)，MPa；
P2－测定地点的大气压力值，MPa。
本发明的有益效果：本发明的煤层俯角钻孔瓦斯压力测定装置及压力测量方法，有效减少钻孔残余积水以及煤层渗入钻孔内的非承压水对煤层瓦斯压力测定结果的影响，同时还可以提高俯角测压钻孔封孔的成功率和封孔效果，从而保证俯角钻孔瓦斯压力测定的准确性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的A部分放大结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明的结构示意图，图2为本发明的A部分放大结构示意图，如图所示：本实施例的一种煤层俯角钻孔瓦斯压力测定装置，包括压力测量组件、排水组件和封堵组件；
所述排水组件为一伸入钻孔的排水管道2，包括靠近孔底用于进水的进水端2-2和外于钻孔口外的排水端2-1；
所述压力测量组件的引压点1-3位于钻孔内并相对于进水端位于钻孔孔口一侧；
所述封堵组件用于封堵钻孔建立瓦斯压力。由于俯角钻孔瓦斯压力测定的准确性主要受到封孔效果以及钻孔内积水的影响，因此需提高封孔效果并进行排水后测压。其中封堵组件用于提高封孔效果，排水组件用于将钻孔内积水排出。
本实施例中，所述压力测量组件包括伸入钻孔的引压管2，包括作为引压点1-3的进气端1-2和位于钻孔口外的测压端1-1，所述测压端设有测压仪器3。
本实施例中，所述封堵组件包括注浆管4和第一囊袋5，所述第一囊袋位于钻孔内且相对于引压点位于钻孔孔口一侧；所述注浆管密封的穿入第一囊袋且位于第一囊袋内设有第一出浆口4-1；相对于第一囊袋位于钻孔孔口一侧位于所述注浆管上设有用于在设定压力下泄漏浆体的安全阀6。通过注浆管将封孔料注入囊袋内，囊袋会迅速膨胀并与钻孔内壁贴合。当封孔料压力逐渐增大直到超过安全阀爆破压力时，安全阀打开，封孔料通过重力作用流入囊袋与钻孔内壁缝隙内以及钻孔内壁缝隙裂纹内。待封孔料固化后，则可与煤体固结在一起，实现彻底有效的密封。密封完毕，因进气端和进水端共同送入孔底，同时将井下压风通过引压管送入孔底，压风在水的上部产生很大的压力，因此进水端可通过风压进行孔内余水排除。排除完毕后，进气端配合测压仪器可对瓦斯压力进行测量。
本实施例中，在所述第一出浆口设置仅可沿出口方向单向导通的第一单向阀4-2，在所述第一囊袋内设置可使第一囊袋两侧气室连通的第一出水气管4-3。当封孔料压力逐渐升高后，为防止封孔料因高压导致其由囊袋内反向流回至注浆管内，需在出浆口处设置单向导通的单向阀。出水气管穿过囊袋，使得囊袋两侧的钻孔空间连通，可以确保气压平衡，防止测量时压力过高导致危险产生。
本实施例中，还包括还包括置于钻孔内的第二囊袋7，所述第二囊袋相对于安全阀位于钻孔孔口一侧，所述注浆管密封的穿入第二囊袋且位于第二囊袋内设有第二出浆口4-4，在所述第二出浆口处设置仅可沿出口方向单向导通的第二单向阀4-5，在所述第二囊袋内设置可使钻孔内外连通的第二出水气管4-6。设置第二囊袋可对封孔效果进行第二次巩固，因此也需同样设置出浆口、单向阀和出水气管。第二囊袋优先选择设置在安全阀的另一侧，这样，两个囊袋分别设置于安全阀的两侧。如此设置可以确保两个囊袋的密封效果更好。如若将两个囊袋均设置在低于安全阀的同一侧，则封料孔由于重力作用可能无法流动至第二个囊袋处，甚至可能因为固化以后完全隔断封孔料的流动通路。
本实施例中，在所述第一囊袋和第二囊袋四周设置可将囊袋固定于钻孔内的紧固卡箍8。为了固定囊袋的位置，防止囊袋与钻孔壁的相对摩擦而损坏囊袋，因此需设置紧固卡箍。
本实施例中，所述排水管的排水端设置排水阀9，所述进气端底部设置排水导向管10，所述进水端与所述排水导向管固定连接，所述进气端外壁上设置内外贯通的导气筛孔11。排水阀在排水完毕后起到与大气隔绝的作用，确保测压的准确性。同时，为了即能确保排水管的进水端能顺利送入到孔底余水处，又能确保进气端高于进水端，可以在进气端底部加长设置一个排水导向管，将排水管进水端固定其上，排水导向管与进水端一起送至孔底余水处。此时，由于进气端被封堵，需在进取端外壁设置贯通的导气筛孔用于压力测量。
本实施例中，还包括设置于排水端处可用于计量排水体积的容器12。容器用于收集影响压力测量的余水，通过测量排水体积后可将其影响从测量结果中予以修正。另外，进气端相对于进水端位于第一囊袋一侧且在垂直高度上，进气端高于进水端3米。高差达到3米，则可完全避免余水进入引压管的可能，排除余水对测压的影响。
本实施例的一种使用煤层俯角钻孔瓦斯压力测定装置进行的瓦斯压力计算方法，包括以下步骤：
步骤1，将进气端和进水端送入钻孔底部；
步骤2，将封孔料通过注浆管注入第一囊袋和第二囊袋，囊袋膨胀后与钻孔内壁贴合；
步骤3，封孔料压力达到安全阀爆破压力后，安全阀打开，封孔料流入囊袋与钻孔内壁缝隙内以及钻孔内壁缝隙裂纹内；
步骤4，封孔料固化后，将井下压风通过引压管送入孔底，进行测压前排水；由于压风在水的上部产生很大的压力，孔底积水在压力作用下被排出。测压前所排水对测压无影响，因此无需接入容器进行修正；
步骤5，安装测压仪器，关闭排水管阀门，进行压力测量；
步骤6，进行测压后排水；
步骤7，测量测压后排水体积；
步骤8，修正测量所得的压力值，剔除测压过程中水对压力造成的影响。
本实施例中，
步骤5中，当压力变化值在3天内小于0.015MPa结束压力观测，以结束观测时的测压仪器读数作为测量表压力；
步骤6中，首先缓慢打开排水阀将钻孔内积水排入容器中，当孔内不再喷出瓦斯及水时拆下测压仪器，再次将井下压风通过引压管送入孔底，将余水排入容器中；测压后排水共分两次，需把两次排水量均接入容器，一起进行压力修正；
步骤7中，通过弹簧秤分别称量容器盛水前后的重量差得到水的重量G，根据水的密度为1g/cm3计算得到水的体积V；
步骤8中，当排水体积V小于钻孔体积V1时，测量表压力无需修正，此时测量表压力P1等于煤层瓦斯相对压力P，即：P1＝P；
当排水体积V大于钻孔体积V1时，需对测量表压力按照以下计算式进行修正：
P＝P1+0.01×sinθ×(V-V1)/(πd2/4+πd1 2/4)
式中：
θ－钻孔倾角；
d－引压管内径，cm；
d1－排水管内径，cm；
最后确定煤层瓦斯绝对压力为：
P0＝P+P2
式中：
P0－煤层瓦斯压力(绝对瓦斯压力)，MPa；
P2－测定地点的大气压力值，MPa。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种煤层俯角钻孔瓦斯压力测定装置，其特征在于：包括压力测量组件、排水组件和封堵组件；
所述排水组件为一伸入钻孔的排水管道，包括靠近孔底用于进水的进水端和外于钻孔口外的排水端；
所述压力测量组件的引压点位于钻孔内并相对于进水端位于钻孔孔口一侧；
所述封堵组件用于封堵钻孔建立瓦斯压力。
2.根据权利要求1所述的煤层俯角钻孔瓦斯压力测定装置，其特征在于：所述压力测量组件包括伸入钻孔的引压管，包括作为引压点的进气端和位于钻孔口外的测压端，所述测压端设有测压仪器。
3.根据权利要求1所述的煤层俯角钻孔瓦斯压力测定装置，其特征在于：所述封堵组件包括注浆管和第一囊袋，所述第一囊袋位于钻孔内且相对于引压点位于钻孔孔口一侧；所述注浆管密封的穿入第一囊袋且位于第一囊袋内设有第一出浆口；相对于第一囊袋位于钻孔孔口一侧位于所述注浆管上设有用于在设定压力下泄漏浆体的安全阀。
4.根据权利要求3所述的煤层俯角钻孔瓦斯压力测定装置，其特征在于：在所述第一出浆口设置仅可沿出口方向单向导通的第一单向阀，在所述第一囊袋内设置可使第一囊袋两侧气室连通的第一出水气管。
5.根据权利要求4所述的煤层俯角钻孔瓦斯压力测定装置，其特征在于：还包括置于钻孔内的第二囊袋，所述第二囊袋相对于安全阀位于钻孔孔口一侧，所述注浆管密封的穿入第二囊袋且位于第二囊袋内设有第二出浆口，在所述第二出浆口处设置仅可沿出口方向单向导通的第二单向阀，在所述第二囊袋内设置可使钻孔内外连通的第二出水气管。
6.根据权利要求4或5所述的煤层俯角钻孔瓦斯压力测定装置，其特征在于：在所述第一囊袋和第二囊袋四周设置可将囊袋固定于钻孔内的紧固卡箍。
7.根据权利要求6所述的煤层俯角钻孔瓦斯压力测定装置，其特征在于：所述排水管的排水端设置排水阀，所述进气端底部设置排水导向管，所述进水端与所述排水导向管固定连接，所述进气端外壁上设置内外贯通的导气筛孔。
8.根据权利要求7所述的煤层俯角钻孔瓦斯压力测定装置，其特征在于：还包括设置于排水端处可用于计量排水体积的容器。
9.一种使用权利要求1所述的煤层俯角钻孔瓦斯压力测定装置进行的瓦斯压力计算方法，包括以下步骤：
步骤1，将进气端和进水端送入钻孔底部；
步骤2，将封孔料通过注浆管注入第一囊袋和第二囊袋，囊袋膨胀后与钻孔内壁贴合；
步骤3，封孔料压力达到安全阀爆破压力后，安全阀打开，封孔料流入囊袋与钻孔内壁缝隙内以及钻孔内壁缝隙裂纹内；
步骤4，封孔料固化后，将井下压风通过引压管送入孔底，进行测压前排水；
步骤5，安装测压仪器，关闭排水管阀门，进行压力测量；
步骤6，进行测压后排水；
步骤7，测量测压后排水体积；
步骤8，修正测量所得的压力值，剔除测压过程中水对压力造成的影响。
10.根据权利要求9所述的煤层俯角钻孔瓦斯压力测定装置进行的瓦斯压力计算方法，其特征在于：
步骤5中，当压力变化值在3天内小于0.015MPa结束压力观测，以结束观测时的测压仪器读数作为测量表压力；
步骤6中，首先缓慢打开排水阀将钻孔内积水排入容器中，当孔内不再喷出瓦斯及水时拆下测压仪器，再次将井下压风通过引压管送入孔底，将余水排入容器中；
步骤7中，通过弹簧秤分别称量容器盛水前后的重量差得到水的重量G，根据水的密度为1g/cm3计算得到水的体积V；
步骤8中，当排水体积V小于钻孔体积V1时，测量表压力无需修正，此时测量表压力P1等于煤层瓦斯相对压力P，即：P1＝P；
当排水体积V大于钻孔体积V1时，需对测量表压力按照以下计算式进行修正：
P＝P1+0.01×sinθ×(V-V1)/(πd2/4+πd1 2/4)
式中：
θ－钻孔倾角；
d－引压管内径，cm；
d1－排水管内径，cm；
最后确定煤层瓦斯绝对压力为：
P0＝P+P2
式中：
P0－煤层瓦斯压力(绝对瓦斯压力)，MPa；
P2－测定地点的大气压力值，MPa。
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