CN111255509B - 一种确定上覆岩层赋存瓦斯岩层层位的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种确定上覆岩层赋存瓦斯岩层层位的装置和方法，装置包括注浆护管、回浆管、集气罩、抽采管路、瓦斯浓度探头、分站、井下平板电脑。所述集气罩安装与钻孔的孔口处，并且在钻孔内设置有注浆护管和回浆管，回浆管位于集气罩部分的端头安装有第一截止阀，所述集气罩通过法兰与抽采管路一端连接，抽采管路上安设有第二截止阀和瓦斯浓度探头，且第二截止阀较瓦斯浓度探头靠近集气罩设置，瓦斯浓度探头通过分站与井下平板电脑连接，抽采管路另一端与抽采主管连接。该装置结构简单，操作方便且成本低，能简单有效的确定赋存瓦斯岩层层位，为优化抽采参数提供了夯实的数据支撑，精准的对岩层瓦斯进行抽采，保障了回采工作面的安全回采。
Description
技术领域
本发明属于岩层中赋存瓦斯技术领域，具体涉及一种确定上覆岩层赋存瓦斯岩层层位的装置和方法。
背景技术
随着矿井开采深度的增加和开采强度的提高，矿井瓦斯涌出量随之逐渐增大，煤矿瓦斯灾害已成为我国煤矿安全生产的最主要威胁和制约煤炭行业可持续发展的最重要因素。通常情况下瓦斯以游离和吸附两种状态赋存在煤层中，但在实际生产过程中瓦斯赋存在岩石中也时有存在，但由于岩石中瓦斯缺乏关键的标志层，且在测定岩层瓦斯过程中受煤层瓦斯影响，因此很难确定赋存瓦斯的岩层层位，造成瓦斯抽采钻孔设计缺乏依据，无法精准的对岩层瓦斯进行抽采，抽采效果不佳，严重影响了回采工作面的安全回采。
发明内容
为解决上述问题，本发明是提供一种确定上覆岩层赋存瓦斯岩层层位的装置和方法，通过本发明装置和方法能够简单有效的确定赋存瓦斯岩层层位，为优化抽采参数提高夯实数据支撑，精准的对岩层瓦斯进行抽采，保障了回采工作面的安全回采的目的。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种确定上覆岩层赋存瓦斯岩层层位的装置，包括注浆护管、回浆管、集气罩、抽采管路、瓦斯浓度探头、分站及井下平板电脑；所述集气罩安装与钻孔的孔口处，并且在钻孔内设置有注浆护管和回浆管，回浆管位于集气罩部分的端头安装有第一截止阀，所述集气罩通过法兰与抽采管路一端连接，抽采管路上安设有第二截止阀和瓦斯浓度探头，且第二截止阀较瓦斯浓度探头靠近集气罩设置，瓦斯浓度探头通过分站与井下平板电脑连接，井下平板电脑具有数据采集、手动录入及分析计算功能，抽采管路另一端与抽采主管连接。
所述注浆护管与钻孔平行设置，且注浆护管的孔口端安装有快速接头，通过快速接头与注浆泵连接，所述注浆护管既做前期的注浆管，又做后期的打钻护管。
所述回浆管与钻孔平行设置。
所述注浆护管与回浆管平行设置，注浆护管穿过煤层500mm以上，回浆管深度大于注浆护管深度500mm以上。
一种确定上覆岩层赋存瓦斯岩层层位的方法，包括以下步骤：
步骤1、确定回采工作面上覆岩层垮落、变形的垂直方向的影响范围，根据地质资料确定范围内煤层数量、厚度及层间距；测试钻孔位置避开构造带；在回风顺槽内施工钻孔，钻杆穿过集气罩，并使用钻头施工，在打钻开过程中，通过钻杆人工记录钻孔深度，并利用孔口收集器通过抽采管路把打钻过程中的气体抽入抽采管路，通过瓦斯浓度探头检测抽采管路内气体的浓度，通过分站反馈给井下平板电脑，在线观测瓦斯浓度变化，并记录钻孔深度；
步骤2、施工未进入煤层阶段前，实时监测瓦斯浓度，存在以下两种情况：
(1)第一种情况，当钻进过程中的瓦斯浓度与初始钻进瓦斯浓度相比开始增高；
(2)第二种情况，当钻进过程中的瓦斯浓度始终与初始钻进瓦斯浓度相同或者钻进过程中的瓦斯浓度相比于初始钻进瓦斯浓度降低；
当出现第一种情况，则执行：
记录钻孔深度H1，输入井下平板电脑，放慢钻进速度，继续作业，瓦斯浓度持续升高；当瓦斯浓度开始降低时，停止钻孔施工，并记录钻孔深度H2，输入井下平板电脑，得到钻孔深度H1与钻孔深度H2两点形成的区间范围，经井下平板电脑计算出H1与H2两点间的垂直高度，即为赋存瓦斯岩层层位，检测结束；
当出现第二种情况时，则执行：
继续钻孔施工至穿过当前煤层1m位置处，排除不存在赋存瓦斯岩层，停止钻进，退钻；把注浆护管和回浆管同时伸入钻孔内，注浆护管伸入超过当前煤层500m，回浆管伸入至钻孔孔底，孔口用木楔和棉纱布固定注浆护管和回浆管，并封堵孔口；把注浆泵通过管路与注浆护管进口端的快接接头连接，然后启动注浆泵开始注浆，注浆至回浆管返水为止，关闭回浆管上的第一截止阀；待浆液凝固后，更换钻头，钻杆连同更换后的钻头伸入注浆护管，检测孔继续施工，重复步骤2，直至确定赋存瓦斯岩层层位。
步骤2中的第二种情况，当相邻两个岩层均未检测到瓦斯时，在距当前钻孔一定距离处，重新施工下一钻孔。
所述钻孔的倾斜角度为60°～70°。
本发明的有益效果是：
本发明的有益效果是弥补了确定上覆岩层中含瓦斯岩石层位的方法空白，通过逐层密封隔离工作面回采过程中煤岩垮落影响范围内的煤层，在岩石钻进过程中，随钻采集、分析钻孔内瓦斯浓度和钻进深度变化，利用平板电脑计算出岩层赋存瓦斯范围，确定赋存瓦斯岩石层位。该装置结构简单，操作方便且成本低，能简单有效的确定赋存瓦斯岩层层位，为优化抽采参数提高夯实数据支撑，精准的对岩层瓦斯进行抽采，保障了回采工作面的安全回采。
附图说明
图1为本发明确定上覆岩层赋存瓦斯岩层层位的装置示意图；
1-注浆护管，2-回浆管，3-第一截止阀，4-集气罩，5-瓦斯浓度探头，6-分站，7-井下平板电脑，8-抽采管路，9-第二截止阀，10-钻杆，11-钻头。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，一种确定上覆岩层赋存瓦斯岩层层位的装置，包括注浆护管1、回浆管、集气罩4、抽采管路8、瓦斯浓度探头5、分站6及井下平板电脑7；所述集气罩4安装与钻孔的孔口处，并且在钻孔内设置有注浆护管1和回浆管2，回浆管2位于集气罩4部分的端头安装有第一截止阀3，所述集气罩4通过法兰与抽采管路8一端连接，抽采管路8上安设有第二截止阀9和瓦斯浓度探头5，且第二截止阀9较瓦斯浓度探头5靠近集气罩4设置，瓦斯浓度探头5通过分站6与井下平板电脑7连接，井下平板电脑7采用专利号2015300495461公开的井下平板电脑，井下平板电脑7具有数据采集、手动录入及分析计算功能，抽采管路8另一端与抽采主管连接。
所述注浆护管1与钻孔平行设置，且注浆护管1的孔口端安装有快速接头，通过快速接头与注浆泵连接，所述注浆护管1既做前期的注浆管，又做后期的打钻护管。
所述回浆管2与钻孔平行设置。
所述注浆护管1与回浆管2平行设置，注浆护管1穿过煤层大于500mm以上，回浆管2深度大于注浆护管1深度500mm以上。
一种确定上覆岩层赋存瓦斯岩层层位的方法，包括以下步骤：
步骤1、确定回采工作面上覆岩层垮落、变形的垂直方向的影响范围，根据地质资料确定范围内煤层数量(一般不超过5层)、厚度及层间距；测试钻孔位置避开构造带；在回风顺槽内施工钻孔，钻杆10穿过集气罩4，并使用直径为133mm的钻头11施工，钻孔孔径为133mm，在打钻开过程中，通过钻杆10人工记录钻孔深度，并利用孔口收集器通过抽采管路8把打钻过程中的气体抽入抽采管路8，通过瓦斯浓度探头5检测抽采管路8内气体的浓度，通过分站6反馈给井下平板电脑7，在线观测瓦斯浓度变化，并记录钻孔深度；
步骤2、施工未进入煤层阶段前，实时监测瓦斯浓度，存在以下两种情况：
(1)第一种情况，当钻进过程中的瓦斯浓度与初始钻进瓦斯浓度相比开始增高；
(2)第二种情况，当钻进过程中的瓦斯浓度始终与初始钻进瓦斯浓度相同或者钻进过程中的瓦斯浓度相比于初始钻进瓦斯浓度降低；
当出现第一种情况，则执行：
记录钻孔深度H1，输入井下平板电脑7，放慢钻进速度，继续作业，瓦斯浓度持续升高；当瓦斯浓度开始降低时，停止钻孔施工，并记录钻孔深度H2，输入井下平板电脑7，得到钻孔深度H1与钻孔深度H2两点形成的区间范围，经井下平板电脑7计算出H1与H2两点间的垂直高度，即为赋存瓦斯岩层层位，检测结束；
当出现第二种情况时，则执行：
继续钻孔施工至穿过当前层煤1m位置处，排除不存在赋存瓦斯岩层，停止钻进，退钻；把注浆护管1和回浆管2同时伸入钻孔内，注浆护管1伸入超过当前煤层500mm，回浆管2伸入至钻孔孔底，孔口用木楔和棉纱布固定注浆护管1和回浆管2，并封堵孔口；把注浆泵通过管路与注浆护管1进口端的快接接头连接，然后启动注浆泵开始注浆，注浆至回浆管2返水为止，关闭回浆管2上的第一截止阀3；待浆液凝固后，将直径为133mm的钻头11换成直径为65mm的钻头11，钻杆10连同直径为65mm的钻头11伸入注浆护管1，检测孔继续施工，重复步骤2，直至确定赋存瓦斯岩层层位；通过计算煤层的瓦斯含量与实际的检测瓦斯含量进行对比，可以判断岩层内一定含有瓦斯。
步骤2中的第二种情况，当相邻两个岩层均未检测到瓦斯时，在距当前钻孔一定距离处，重新施工下一钻孔；具体为：当穿过第一煤层，进入第二岩层时，出现步骤2中的第二种情况，需要在距离前一钻孔2m处，重新钻下一钻孔，使用直径为133mm的钻头11施工至穿过第二煤层1m处停止钻进，考虑现场施工情况及注浆后的水泥出现裂缝的现象，当在一个钻孔内注浆后，如需检测下一岩层，需要重新钻孔。
所述钻孔的倾斜角度为65°。
Claims (6)
1.一种确定上覆岩层赋存瓦斯岩层层位的方法，其中确定上覆岩层赋存瓦斯岩层层位的装置，包括注浆护管、回浆管、集气罩、抽采管路、瓦斯浓度探头、分站及井下平板电脑；所述集气罩安装于钻孔的孔口处，并且在钻孔内设置有注浆护管和回浆管，回浆管位于集气罩部分的端头安装有第一截止阀，所述集气罩通过法兰与抽采管路一端连接，抽采管路上安设有第二截止阀和瓦斯浓度探头，且第二截止阀较瓦斯浓度探头靠近集气罩设置，瓦斯浓度探头通过分站与井下平板电脑连接，抽采管路另一端与抽采主管连接；其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、确定回采工作面上覆岩层垮落、变形的垂直方向的影响范围，根据地质资料确定范围内煤层数量、厚度及层间距；测试钻孔位置避开构造带；在回风顺槽内施工钻孔，钻杆穿过集气罩，钻头施工，在打钻过程中，通过钻杆人工记录钻孔深度，并利用孔口集气罩通过抽采管路把打钻过程中的气体抽入抽采管路，通过瓦斯浓度探头检测抽采管路内气体的浓度，通过分站反馈给井下平板电脑，在线观测瓦斯浓度变化，并记录钻孔深度；
步骤2、施工未进入煤层阶段前，实时监测瓦斯浓度，存在以下两种情况：
(1)第一种情况，当钻进过程中的瓦斯浓度与初始钻进瓦斯浓度相比开始增高；
(2)第二种情况，当钻进过程中的瓦斯浓度始终与初始钻进瓦斯浓度相同或者钻进过程中的瓦斯浓度相比于初始钻进瓦斯浓度降低；
当出现第一种情况，则执行：
记录钻孔深度H1，输入井下平板电脑，放慢钻进速度，继续作业，瓦斯浓度持续升高；当瓦斯浓度开始降低时，停止钻孔施工，并记录钻孔深度H2，输入井下平板电脑，得到钻孔深度H1与钻孔深度H2两点形成的区间范围，经井下平板电脑计算出H1与H2两点间的垂直高度，即为赋存瓦斯岩层层位，检测结束；
当出现第二种情况时，则执行：
继续钻孔施工至穿过当前煤层1m位置处，确定不存在赋存瓦斯岩层，停止钻进，退钻；把注浆护管和回浆管同时伸入钻孔内，注浆护管伸入超过当前煤层500mm，回浆管伸入至钻孔孔底，孔口用木楔和棉纱布固定注浆护管和回浆管，并封堵孔口；把注浆泵通过管路与注浆护管进口端的快接接头连接，然后启动注浆泵开始注浆，注浆至回浆管返水为止，关闭回浆管上的第一截止阀；待浆液凝固后，更换钻头，钻杆连同更换后的钻头伸入注浆护管，检测孔继续施工，重复步骤2，直至确定赋存瓦斯岩层层位。
2.根据权利要求1所述的一种确定上覆岩层赋存瓦斯岩层层位的方法，其特征在于：所述注浆护管与钻孔平行设置，且注浆护管的孔口端安装有快速接头，通过快速接头与注浆泵连接，所述注浆护管既做前期的注浆管，又做后期的打钻护管。
3.根据权利要求1所述的一种确定上覆岩层赋存瓦斯岩层层位的方法，其特征在于：所述回浆管与钻孔平行设置。
4.根据权利要求1所述的一种确定上覆岩层赋存瓦斯岩层层位的方法，其特征在于：所述注浆护管与回浆管平行设置，注浆护管穿过煤层500mm以上，回浆管深度大于注浆护管深度500mm以上。
5.根据权利要求1所述的一种确定上覆岩层赋存瓦斯岩层层位的方法，其特征在于：步骤2中的第二种情况，当相邻两个岩层均未检测到瓦斯时，在距当前钻孔一定距离处，重新施工下一钻孔。
6.根据权利要求1所述的一种确定上覆岩层赋存瓦斯岩层层位的方法，其特征在于：所述钻孔的倾斜角度为60°～70°。
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