CN109296361A - 一种煤层采动裂隙场瓦斯压力测定系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤层采动裂隙场瓦斯压力测定系统，包括探收装置、封堵装置和测定装置，探收装置安装在钻孔内，封堵装置用于封闭所述钻孔，探收装置包括第一管体、第二管体和第三管体，第三管体伸入所述钻孔底部，第一管体位于所述钻孔的最外侧，封堵装置包括封堵胶囊、胶囊连接管和胶囊操作台，测定装置包括依次连接的瓦斯压力表、电子压力测量仪和瓦斯收集分析仪，瓦斯压力表与第一管体的前部连接。本发明可对煤层采动裂隙进行受力分析，并对开挖位置进行标记，从而计算出地层应力和瓦斯渗流压力，进而有效的预防煤矿瓦斯动力灾害发生，并可自动对瓦斯压力数据进行周期性的记录、存储和传输。

Description

一种煤层采动裂隙场瓦斯压力测定系统

技术领域

本发明涉及瓦斯压力测定技术领域，具体为一种煤层采动裂隙场瓦斯压力测定系统。

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。在研究矿井煤与瓦斯突出、瓦斯涌出、瓦斯抽放时，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。近年来，我国采煤技术与设备有很大程度的提高，开采强度加大，煤矿产量也随之加大，同时煤层瓦斯涌出量也大大增加。工业迅速发展的同时，也给煤矿动力国内外学者都热衷灾害留下隐患，给煤矿的安全生产带来更高层次的挑战。现有的煤层采动裂隙场瓦斯压力测定比较浅显，很难进行深层次测定，人们很难直观的观察到煤层采动裂隙场瓦斯压力具体情况。另外，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，而传统的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煤层采动裂隙场瓦斯压力测定系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种煤层采动裂隙场瓦斯压力测定系统，包括探收装置、封堵装置和测定装置，所述探收装置安装在钻孔内，所述封堵装置用于封闭所述钻孔，所述探收装置包括第一管体、第二管体和第三管体，所述第三管体伸入所述钻孔底部，所述第一管体位于所述钻孔的最外侧，所述第一管体与第二管体、第二管体与第三管体之间均为可拆卸式连接，所述第三管体的尾部上表面间隔均匀的设置有若干列管孔，相邻列数的管孔之间套置有圆柱铁环，所述封堵装置包括封堵胶囊、胶囊连接管和胶囊操作台，所述封堵胶囊有若干个，每个封堵胶囊间隔排列套置在所述第三管体的前部和中部，相邻的封堵胶囊与钻孔之间形成封堵室，所述封堵室通过高压胶管连接有封堵操作台，所述封堵操作台用于向所述封堵室内提供封堵液，所述第一管体的前部连接所述测定装置，所述测定装置用于测定钻孔内的瓦斯参数；

所述测定装置包括依次连接的瓦斯压力表、电子压力测量仪和瓦斯收集分析仪，所述瓦斯压力表与第一管体的前部连接；

所述瓦斯收集分析仪包括位移检测模块、地层应力计算模块、开挖损伤分布标记模块以及瓦斯渗流压力计算模块，所述电子压力测量仪和位移检测模块连接，将采动裂隙场瓦斯压力信息进行收集后，将收集结果传送到位移检测模块，所述地层应力计算模块与位移检测模块和开挖损伤分布标记模块进行连接，通过综合采动裂隙受力程度与位移程度，计算出地层应力，所述开挖损伤分布标记模块与地层应力计算模块、瓦斯渗流压力计算模块进行连接，根据地层应力进行地层局部挖掘，并对挖掘面积和位置做出标记，所述瓦斯渗流压力计算模块与开挖损伤分布标记模块和瓦斯压力表连接，检测瓦斯渗流程度，并根据挖掘面积和位置进行计算瓦斯渗流压力。

进一步的，所述第三管体的尾部沿长度方向间隔均匀的设置有3-6列管孔，并且每列的管孔设置有3个。

进一步的，所述第二管体的两端均设置有螺纹，所述第一管体和第二管体、第二管体和第三管体通过螺纹配合连接。

进一步的，所述第一管体和第二管体，第二管体和第三管体的连接处由内置式橡胶垫圈进行密封。

进一步的，所述封堵胶囊设置有两个，分别套设在第三管体的前部和中部。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

1)、探收装置由可拆卸的第一管体、第二管体和第三管体组成，三段管体可实现快速拆卸与连接，且通过螺纹连接安装方便，根据钻孔深度可选择探收装置的长度；另外，在第三管体的尾部上表面沿长度方向间隔均匀的设置有若干列管孔，相邻列数的管孔之间套置有圆柱铁环，将第三管体安装在钻孔中，圆柱铁环的作用可抑制钻孔塌陷，可保证瓦斯顺畅的流入管孔中，确保瓦斯抽采效果。

2)、封堵装置用于封闭钻孔，封堵松软煤岩裂隙，防止瓦斯从裂隙中散逸，影响瓦斯参数的测定。

3)、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，能够较好的克服传统松软煤岩上行钻孔易塌陷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。

4)、通过瓦斯收集分析仪可对煤层采动裂隙进行受力分析，并对开挖位置进行标记，从而计算出地层应力和瓦斯渗流压力，有效的预防煤矿瓦斯动力灾害发生，提高开采人员的安全指数。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中钻孔的施工图；

图3为本发明中探收装置的结构示意图；

图4为本发明中封堵装置的部分结构示意图。

图中：1、钻孔，2、第三管体，3、封堵胶囊，4、第二管体，5、封堵室，6、封堵液，7、胶囊连接管，8、高压胶管，9、胶囊操作台，10、封堵操作台，11、开关，12、瓦斯压力表，13、电子压力测量仪，14、瓦斯收集分析仪，15、圆柱铁环，16、管孔，17、内置式橡胶垫圈，18、第一管体，19、钻机，20、混凝土封堵料，21、煤层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图4，本发明提供一种技术方案：一种煤层采动裂隙场瓦斯压力测定系统，主要包括探收装置、封堵装置和测定装置，所述探收装置包括依次连接的第一管体18、第二管体4和第三管体2，其中，第三管体2伸入钻孔1底部，第一管体18位于钻孔1的最外侧，第一管体18可以为现有技术中的钻杆等，第二管体4的两端设置有螺纹，其两端分别与第一管体、第三管体内的结构相匹配，可实现快速可拆卸连接，为了连接更加紧密，可优选在第一管体18和第二管体4、第二管体4和第三管体2的连接处由内置式橡胶垫圈17进行密封，可拆卸式连接的第一管体、第二管体和第三管体可以满足实际测定过程中对于不同深度钻孔的需求，如钻孔较深的情况下，可以选择更换较长的第二管体，可酌情增减。在所述第三管体的尾部上表面沿长度方向间隔均匀的设置有若干列管孔16，本发明优选设置有4列，此数量的管孔16可以满足本发明测定要求，在相邻列数的管孔之间套置有圆柱铁环15，圆柱铁环为实心结构可以防止钻孔塌陷，每列管孔优选为3个，圆柱铁环将相邻列的管孔隔开，并且不会阻挡管孔。所述封堵装置包括封堵胶囊3、胶囊连接管7、胶囊操作台9、封堵操作台10和高压胶管8，封堵胶囊根据实际情况可以设置有多个，或根据第三管体以及钻孔的深度设置，本发明优选封堵胶囊有两个，两个封堵胶囊依次间隔套置在第三管体的前部和中部，两个封堵胶囊通过胶囊连接管7与胶囊操作台10连接，通过胶囊操作台10向封堵胶囊内注入封堵液6，两个注满封堵液的封堵胶囊3与钻孔之间形成封堵室5，封堵室5通过高压胶管8与封堵操作台10连接，通过封堵操作台10向封堵室5内提供封堵液6。所述测定装置包括开关11、瓦斯压力表12、电子压力测量仪13和瓦斯收集分析仪14，其中，瓦斯压力表12与第一管体连接，开关11用于控制瓦斯流的开启与关闭，瓦斯压力表12为机械式压力表，用于检测瓦斯压力，电子压力测量仪13可连接计算机获取监测到的实时瓦斯压力数据，形成电子数据，并与瓦斯压力表12相互监测纠正，瓦斯收集分析仪14包括位移检测模块、地层应力计算模块、开挖损伤分布标记模块以及瓦斯渗流压力计算模块，所述电子压力测量仪和位移检测模块连接，将采动裂隙场瓦斯压力信息进行收集后，将收集结果传送到位移检测模块，所述地层应力计算模块与位移检测模块和开挖损伤分布标记模块进行连接，通过综合采动裂隙受力程度与位移程度，计算出地层应力，所述开挖损伤分布标记模块与地层应力计算模块、瓦斯渗流压力计算模块进行连接，根据地层应力进行地层局部挖掘，并对挖掘面积和位置做出标记，所述瓦斯渗流压力计算模块与开挖损伤分布标记模块和瓦斯压力表连接，检测瓦斯渗流程度，并根据挖掘面积和位置进行计算瓦斯渗流压力。

上述用于提供封堵液的胶囊操作台9和封堵操作台10的结构可采用现有技术中的结构，此处不再做详细冗述。

本实施例中，胶囊操作台9向封堵胶囊3输入封堵液6的压力应大于瓦斯压力和封堵室5中封堵液6的压力。

上述测定系统的具体测定方法，具体包括以下步骤：

(1)打钻孔：用常规的煤矿钻机19在煤岩巷道中向煤层21打上行钻孔，孔深达到煤层；

(2)安装瓦斯探收装置：清理钻孔1中的杂物，在钻孔1中安装第三管体2，将第三管体2与第二管体4通过螺纹快速连接，并利用钻机19和第一管体18将其送达钻孔1深部；

(3)封闭钻孔：首先将封堵胶囊3通过高压胶管8与封堵操作台10连接，通过封堵操作台10向封堵胶囊3内注入封堵液，当封堵胶囊3内的封堵液达到一定量时膨胀，与钻孔形成封堵室，然后将封堵室通过高压胶管与封堵操作台连接，并通过封堵操作台向封堵室内提供封堵液，其中，控制封堵胶囊中的封堵液压力稍高于瓦斯气体压力和封堵室中封堵液的压力，最后利用混凝土封堵料20将剩余部分进行封口处理；

(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，待压力表12稳定后，读取压力表12示数，压力表12读数显示封孔内瓦斯压力的数值，电子压力测量仪13将瓦斯压力数值周期性的记录、存储、传输，瓦斯收集分析仪14进行成分和含量分析。

上述未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

终上所述，本发明中探收装置由可拆卸的第一管体、第二管体和第三管体组成，三段管体可实现快速拆卸与连接，且通过螺纹连接安装方便，根据钻孔深度可选择探收装置的长度；另外，在第三管体的尾部上表面沿长度方向间隔均匀的设置有若干列管孔，相邻列数的管孔之间套置有圆柱铁环，将第三管体安装在钻孔中，圆柱铁环的作用可抑制钻孔塌陷，可保证瓦斯顺畅的流入管孔中，确保瓦斯抽采效果；封堵装置用于封闭钻孔，封堵松软煤岩裂隙，防止瓦斯从裂隙中散逸，影响瓦斯参数的测定；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，能够较好的克服传统松软煤岩上行钻孔易塌陷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；通过瓦斯收集分析仪可对煤层采动裂隙进行受力分析，并对开挖位置进行标记，从而计算出地层应力和瓦斯渗流压力，有效的预防煤矿瓦斯动力灾害发生，提高开采人员的安全指数。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种煤层采动裂隙场瓦斯压力测定系统，其特征在于：包括探收装置、封堵装置和测定装置，所述探收装置安装在钻孔内，所述封堵装置用于封闭所述钻孔，所述探收装置包括第一管体、第二管体和第三管体，所述第三管体伸入所述钻孔底部，所述第一管体位于所述钻孔的最外侧，所述第一管体与第二管体、第二管体与第三管体之间均为可拆卸式连接，所述第三管体的尾部上表面间隔均匀的设置有若干列管孔，相邻列数的管孔之间套置有圆柱铁环，所述封堵装置包括封堵胶囊、胶囊连接管和胶囊操作台，所述封堵胶囊有若干个，每个封堵胶囊间隔排列套置在所述第三管体的前部和中部，相邻的封堵胶囊与钻孔之间形成封堵室，所述封堵室通过高压胶管连接有封堵操作台，所述封堵操作台用于向所述封堵室内提供封堵液，所述第一管体的前部连接所述测定装置，所述测定装置用于测定钻孔内的瓦斯参数；

所述测定装置包括依次连接的瓦斯压力表、电子压力测量仪和瓦斯收集分析仪，所述瓦斯压力表与第一管体的前部连接；

所述瓦斯收集分析仪包括位移检测模块、地层应力计算模块、开挖损伤分布标记模块以及瓦斯渗流压力计算模块，所述电子压力测量仪和位移检测模块连接，将采动裂隙场瓦斯压力信息进行收集后，将收集结果传送到位移检测模块，所述地层应力计算模块与位移检测模块和开挖损伤分布标记模块进行连接，通过综合采动裂隙受力程度与位移程度，计算出地层应力，所述开挖损伤分布标记模块与地层应力计算模块、瓦斯渗流压力计算模块进行连接，根据地层应力进行地层局部挖掘，并对挖掘面积和位置做出标记，所述瓦斯渗流压力计算模块与开挖损伤分布标记模块和瓦斯压力表连接，检测瓦斯渗流程度，并根据挖掘面积和位置进行计算瓦斯渗流压力。

2.根据权利要求1所述的一种煤层采动裂隙场瓦斯压力测定系统，其特征在于：所述第三管体的尾部沿长度方向间隔均匀的设置有3-6列管孔，并且每列的管孔设置有3个。

3.根据权利要求1所述的一种煤层采动裂隙场瓦斯压力测定系统，其特征在于：所述第二管体的两端均设置有螺纹，所述第一管体和第二管体、第二管体和第三管体通过螺纹配合连接。

4.根据权利要求3所述的一种煤层采动裂隙场瓦斯压力测定系统，其特征在于：所述第一管体和第二管体，第二管体和第三管体的连接处由内置式橡胶垫圈进行密封。

5.根据权利要求1所述的一种煤层采动裂隙场瓦斯压力测定系统，其特征在于：所述封堵胶囊设置有两个，分别套设在第三管体的前部和中部。