CN109973082A - 基于上向穿层钻孔同时测定多煤层瓦斯压力的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明专利公开了一种基于上向穿层钻孔同时测定多煤层瓦斯压力的装置和方法。所述测压装置包括置于钻孔内并通至多个煤层和岩层的套管，套管上装有法兰盘，管路上与法兰盘相邻固定有隔离囊袋，隔离囊袋用于隔离气室与水泥填充室。套管中各管分别为注浆管、返浆管和测压管，与岩层相接的隔离空间为水泥砂浆填充室，通过注浆管和返浆管与孔口相通，其中注浆管孔口端与注浆泵相连并向水泥砂浆填充室注浆；与煤层相接的隔离空间为气室，通过测压管与孔口相通，测压管孔口端与压力表相连并用于测压。测压方法基于上述装置进行分层测压。本发明测压效果好、施工成本低、材料简单易得，能够有效解决单独测定煤层群瓦斯压力施工量大、测定成本高等问题。

Description

基于上向穿层钻孔同时测定多煤层瓦斯压力的装置和方法

所属技术领域

本发明涉及一种煤矿井下瓦斯压力测定的装置及方法，尤其是基于上向钻孔同时测定多煤层瓦斯压力的装置及方法，适用于多煤层地质条件下施工上向穿层钻孔同时测定上组煤层群瓦斯压力的技术领域。

背景技术

我国煤炭赋存地质条件复杂，随着煤炭开采深度加大，煤层瓦斯含量和压力增大，瓦斯灾害危险性增高，瓦斯灾害防治是保障煤炭安全开采工作中的重中之重。煤层瓦斯压力值是鉴定矿井瓦斯等级、评价煤层的煤与瓦斯突出危险性以及制定瓦斯抽采方案的重要指标之一。测定煤层瓦斯压力是瓦斯灾害防治工作的一项重要内容，煤层瓦斯压力值测定是否准确直接影响着煤矿的安全生产。

我国煤炭多呈煤层群条件赋存。现有煤层瓦斯压力测定装置及方法中，每个钻孔只能测定一个煤层的瓦斯压力，如若测定上组煤层群瓦斯压力，只能通过施工若干个钻孔后逐个封孔测定，费时费力且成本较高。因此，如何准确、便捷、经济、实用的实现多煤层瓦斯压力同时测定，是摆在科研工作者和现场工程技术人员面前的一道难题。

发明内容

针对现有煤层瓦斯压力测定装置及方法的缺陷，本发明目的是提供一种准确、便捷、经济、实用的基于上向钻孔同时测定多煤层瓦斯压力的装置及方法。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于上向钻孔同时测定多煤层瓦斯压力的装置，测压装置包括置于钻孔内并通至多个煤层和岩层的套管，套管上装有与煤层顶底板位置对应的法兰盘，管路上与法兰盘相邻固定有隔离囊袋，隔离囊袋用于隔离气室与水泥填充室，避免水泥砂浆流入气室内。孔口利用马丽散封孔，以避免注浆时水泥砂浆在孔口流出。套管中各管分为注浆、返浆和测压三类用途，相邻隔离囊袋之间隔离的空间与孔口分别通过套管中注浆管、返浆管和测压管相连，与岩层相接的隔离空间为水泥砂浆填充室，通过注浆管和返浆管与孔口相通，其中注浆管孔口端与注浆泵相连并向水泥砂浆填充室注浆；与煤层相接的隔离空间为气室，通过测压管与孔口相通，测压管孔口端与压力表相连并用于测压。

采用前述方案的本发明，通过套管和多个法兰盘隔离囊袋结构将钻孔隔离成多个功能室，利用水泥砂浆填充的填充室将不同煤层测压气室隔离开，从而实现对多个煤层同时测压。

优选地，法兰盘以小于钻孔直径10mm为宜，过小支撑能力差，过大会导致装置在钻孔中推进困难。

优选地，所述隔离囊袋可用干膨胀水泥或棉纱等填充于耐磨布袋中制成；如用干膨胀水泥填充，隔离囊袋应略小于钻孔直径；如隔离囊袋中为棉纱弹性填充物，隔离囊袋直径应略大于钻孔直径；以保证良好的隔离作用前提下能顺利将隔离囊袋放入预定位置。

一种基于上向钻孔同时测定多煤层瓦斯压力的方法，应用上述装置进行，该方法包括以下步骤：

a.选定无地质构造的且稳定的位置，利用钻机施工上向穿层钻孔，记录钻孔穿层情况，根据打钻过程中记录的煤层和岩层的厚度，确定注浆管、返浆管和测压管的各段安装长度，并确定法兰盘与隔离囊袋在套管上的安装位置，钻孔施工完毕之后压风吹孔；

b.将套管、法兰盘、隔离囊袋等装置依次放置入钻孔中,并使三组法兰盘、隔离囊袋从上至下分别位于上层煤层底板、下层煤层顶板、下层煤层底板，两根测压管上端头位置分别为两层煤层中，两根注浆管和两根返浆管上端头位置分别为两层岩层中，达到预定位置后将套管在孔口固定并在孔口封堵3-5m马丽散；

d.先后利用两根注浆管分别向水泥砂浆填充室灌注水泥砂浆；

e.注浆36-48小时待水泥砂浆凝固后，通过球阀分别连接瓦斯压力表，并保持测压管上球阀打开状态，开始测压。

本发明具有如下有益效果：

a.本发明能够准确测定出煤层瓦斯压力值，尤其是解决了两层或多层上组煤层群瓦斯压力同时准确测定的难题。

b.本发明仅通过一个上向穿层钻孔即可测定两层或多层煤层的瓦斯压力，能够有效节省钻孔施工数量及时间，大大节省了瓦斯压力测定成本。

c.本发明涉及的施工材料普通、易获取，施工工艺简单易行，实用性强。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图1中，1-注浆泵，2、3-测压管，4、5-注浆管，6-水泥砂浆填充室，7、9-岩层，8、10-煤层，11、13-气室，12-马丽散封孔剂，14、16、18-法兰盘，15、17、19-隔离囊袋，20-瓦斯压力表，21、22、23、24、25、26-球阀，27、28-返浆管。

具体实施方式

结合附图1所示，一种基于上向钻孔同时测定多煤层瓦斯压力的装置，包括置于钻孔内并通至煤层8、10和岩层7、9的套管，套管由测压管2、3，注浆管4、5和返浆管27、28组成，套管上装有与煤层顶底板位置对应的法兰盘14、16、18，管路上与法兰盘14、16、18相邻分别固定有隔离囊袋15、17、19，隔离囊袋15、17、19用于隔离气室11、13与水泥砂浆填充室，避免水泥砂浆流入气室11、13内，孔口采用马丽散封孔剂12封孔，以避免水泥砂浆流出孔口。套管中各管分为注浆、返浆和测压三类用途，相邻隔离囊袋之间隔离的空间与孔口分别通过套管中注浆管4、5、返浆管27、28、测压管2、3相连，与岩层7、9相接的隔离空间为水泥砂浆填充室6，通过注浆管4、5和返浆管27、28与孔口相通，其中注浆管4、5孔口端与注浆泵1相连并向水泥砂浆填充室6注浆；分别与煤层8、10相接的隔离空间为气室11、13，通过测压管2、3与孔口相通，测压管2、3孔口端与压力表20相连并用于测压。

本发明还提出了一种基于上向钻孔同时测定多煤层瓦斯压力的方法，应用上述装置进行。结合附图1，基于上向钻孔同时测定多煤层瓦斯压力的方法包括步骤阐述如下：

a.打钻施工穿过最远端煤层10底板3-5m，打钻过程中记录穿层情况，根据打钻过程中记录的煤层8、10和岩层7、9的厚度，确定注浆管4、5、返浆管27、28和测压管2、3的各段安装长度，并确定法兰盘14、16、18与隔离囊袋15、17、19在套管上的安装位置；

b.根据钻孔的穿层情况，向钻孔内连接测压管2，长度1-2m；

c.在已连接的测压管2末端连接法兰盘14，法兰盘14应该与测压管2固定，避免后续安装过程中滑脱；

d.在法兰盘14近孔口端测压管2上安装隔离囊袋15并固定，确保在安装过程中不与测压管发生相对位移，隔离囊袋15长度1m为宜，作用是封堵下方水泥砂浆填充室6的水泥砂浆，以避免注浆时水泥砂浆流入气室11；

e.连接延长测压管2，并行安装返浆管27和注浆管4，安装时应注意返浆管27上端口相对靠近隔离囊袋15，距离为0.5m，注浆管4相对远离隔离囊袋15，与隔离囊袋17距离为0.5m，以确保水泥砂浆填满整个水泥砂浆填充室6；

f.待测压管2、返浆管27和注浆管4达到预定长度时，安装隔离囊袋17和法兰盘16并固定，应注意隔离囊袋17在法兰盘16上方，隔离囊袋17长度1m为宜，作用是封堵上方水泥砂浆填充室6的水泥砂浆，以避免注浆时水泥砂浆流入气室13；

g.连接延长测压管2、返浆管27和注浆管4至预定长度，并行安装测压管3，测压管3此段安装长度为1-2m；

h.将测压管2、返浆管27、注浆管4和测压管3穿过法兰盘三18并固定，在法兰盘18近孔口端的套管上安装隔离囊袋19并固定，确保在安装过程中不与四分管发生相对位移，隔离囊袋19长度1m为宜，作用是封堵下方水泥砂浆填充室6的水泥砂浆，以避免注浆时水泥砂浆流入气室13；

i.连接延长以上套管至钻孔中，并行安装返浆管28和注浆管5，应注意返浆管28与离囊袋19距离为0.5m，注浆管5相对远离隔离囊袋19，与孔口为5-7m，注浆管5此段长度应大于马丽散封孔剂12的封孔长度，以确保顺利注浆，将水泥砂浆填满整个水泥砂浆填充室6；

j.直至法兰盘14至煤层10与底板交界处，停止套管安装并将套管在孔口固定；此时法兰盘16的位置为煤层8顶板，法兰盘18位置为煤层8底板，测压管2下端头位置为煤层10中，测压管3位置为煤层8中，注浆管4和返浆管27上端头位置为岩层9中，注浆管5和返浆管28上端头位置为岩层7中；

k.在孔口封堵马丽散封孔剂12，长度3-5m，作用是封堵水泥砂浆填充室内水泥砂浆，以避免注浆时水泥砂浆流出孔口；

l.等待1-2h至马丽散封孔剂12固结，等待的同时准备注浆泵，混制水泥砂浆；

m.将注浆泵1与注浆管4通过球阀23连接，返浆管27上安装球阀25，打开球阀23、25并开始注浆，待返浆管27开始返浆时，关闭球阀23、25和注浆泵1，撤下注浆泵1；

n.将注浆泵1与注浆管5通过球阀24连接，返浆管28上连接球阀26，打开球阀24、26并开始注浆，待返浆管28开始返浆时关闭球阀24、26和注浆泵1，停止注浆，撤下注浆泵1；

o.注浆36-48小时待水泥砂浆凝固后，通过球阀21、球阀22分别连接瓦斯压力表20，并保持球阀21、球阀22打开状态，开始测压。

Claims (6)

1.一种基于上向钻孔同时测定多煤层瓦斯压力的装置，测压装置包括置于钻孔内并通至多个煤层和岩层的套管，套管上装有与煤层顶底板位置对应的法兰盘，管路上与法兰盘相邻固定有隔离囊袋，隔离囊袋用于隔离气室与水泥填充室，避免水泥砂浆流入气室内。孔口利用马丽散封孔，以避免注浆时水泥砂浆在孔口流出。套管中各管分为注浆、返浆和测压三类用途，相邻隔离囊袋之间隔离的空间与孔口分别通过套管中注浆管、返浆管和测压管相连，与岩层相接的隔离空间为水泥砂浆填充室，通过注浆管和返浆管与孔口相通，其中注浆管孔口端与注浆泵相连并向水泥砂浆填充室注浆；与煤层相接的隔离空间为气室，通过测压管与孔口相通，测压管孔口端与压力表相连并用于测压。

2.根据权利要求1所述的基于上向钻孔同时测定多煤层瓦斯压力的装置，其特征在于：所述套管由法兰盘连接固定，外部安装固定隔离囊袋。

3.根据权利要求1所述的基于上向钻孔同时测定多煤层瓦斯压力的装置，其特征在于：法兰盘以小于钻孔直径10mm为宜，过小支撑能力差，过大会导致装置在钻孔中推进困难。

4.根据权利要求1所述的基于上向钻孔同时测定多煤层瓦斯压力的装置，其特征在于：所述隔离囊袋可用膨胀水泥或棉纱等填充于耐磨布袋中制成；如用干水泥填充，隔离囊袋应略小于钻孔直径；如隔离囊袋中为棉纱弹性填充物，隔离囊袋直径应略大于钻孔直径；以保证良好的隔离作用前提下能顺利将隔离囊袋放入预定位置。

5.采用前述方案的本发明，通过套管和多个法兰盘隔离囊袋结构将钻孔隔离成多个功能室，利用水泥砂浆填充的填充室将不同煤层测压气室分开，从而实现对多个煤层同时测压。

6.一种基于上向钻孔同时测定多煤层瓦斯压力的方法，应用上述装置进行，该方法包括以下步骤：

a.选定无地质构造的且稳定的位置，利用钻机施工上向穿层钻孔，记录钻孔穿层情况，根据打钻过程中记录的煤层和岩层的厚度，确定注浆管、返浆管和测压管的各段安装长度，并确定法兰盘与隔离囊袋在套管上的安装位置，钻孔施工完毕之后压风吹孔；

b.将套管、法兰盘、隔离囊袋等装置依次放置入钻孔中,并使3组法兰盘、隔离囊袋从上至下分别位于上层煤层底板、下层煤层顶板、下层煤层底板，2根测压管上端头位置分别为2层煤层中，2根注浆管和2根返浆管上端头位置分别为2层岩层中，达到预定位置后将套管在孔口固定并在孔口封堵3-5m马丽散；

d.先后利用2根注浆管分别向水泥砂浆填充室灌注水泥砂浆；

e.注浆36-48小时待水泥砂浆凝固后，通过球阀分别连接瓦斯压力表，并保持测压管上球阀打开状态，开始测压。