CN111323331A - 一种基于定向钻机的煤层瓦斯含量测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于煤炭开采及煤矿安全技术领域,涉及一种基于定向钻机的煤层瓦斯含量测量装置及方法,与定向钻机匹配安装,该定向钻机由钻机、通缆钻杆、高压水泵、孔底马达、测量探管及孔口监视器匹配连接组成,本发明通过在定向钻机瓦斯含量测量装置的中心设置绝缘线缆的方式,使其可以与定向钻机配套使用,实现真正意义上的定点取样;并通过在定向钻机瓦斯含量测量装置中设置高精度传感器等测量元件,将测量数据通过绝缘线缆传输至孔口监视器的方式,实现了随钻随测,大大提高了瓦斯含量测量效率。

Description

一种基于定向钻机的煤层瓦斯含量测量装置及方法
技术领域
本发明属于煤炭开采及煤矿安全技术领域,涉及一种基于定向钻机的煤层瓦斯含量测量装置及方法。
背景技术
煤与瓦斯突出是在地应力和瓦斯的共同作用下,破碎的煤、岩和瓦斯由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出的异常的动力现象,是煤矿生产的一种强大的自然灾害,严重威胁着煤矿的安全生产。另外一方面,瓦斯是一种清洁的非常规能源,我国煤层瓦斯储量丰富,加强煤层瓦斯利用,对增加清洁能源供应、减少温室气体排放具有重要的意义。
煤层瓦斯含量是防治煤与瓦斯突出和瓦斯抽采利用的核心基础参数之一,煤层瓦斯含量准确高效地测量是保证煤矿安全生产和提高煤层瓦斯利用效率的基础。目前,在煤矿井下最常使用的基于钻屑法测量瓦斯含量的方法其取样深度较浅;而基于岩心管取样方法的瓦斯含量测量方法施工周期较长,工艺复杂。探索一种适合煤矿井下高效准确测量煤层瓦斯含量的方法和装备已经刻不容缓。
随着定向钻进技术和装备的成熟,定向钻机开始应用于井下深孔和梳状孔的施工中,在此背景下,如果能在定向钻进中集成煤层瓦斯含量测量技术,实现随钻随测,将大大提高煤层瓦斯含量的测量效率,为实现煤层瓦斯赋存参数超前探测等技术打下坚实的基础。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种基于定向钻机的煤层瓦斯含量测量装置及方法,通过在定向钻进技术中集成瓦斯含量测量装置的方法,实现了随钻随测,大大提高了煤层瓦斯含量测量的效率。
为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:一种基于定向钻机的煤层瓦斯含量测量装置,与定向钻机匹配安装,该定向钻机由钻机、通缆钻杆、高压水泵、孔底马达、测量探管及孔口监视器匹配连接组成,包括煤层瓦斯含量测量装置本体,该煤层瓦斯含量测量装置本体的一端通过接头与通缆钻杆固定连接,另一端与测量探管匹配连接;
接头远离测量探管的一端在煤层瓦斯含量测量装置本体内还依次匹配连接有活塞、存储单元、压盖以及煤样罐;
该煤样罐靠近压盖的一端的壳体上匹配设置有弹簧,煤样罐在远离压盖的一端的侧壁上开设有煤样罐进煤口,煤层瓦斯含量测量装置本体上还开设有与煤样罐进煤口匹配的外壳进煤口;
活塞上设置有若干个螺纹孔,煤样罐在远离压盖的一端上还匹配设置有过水孔。
可选的,压盖设置有用于连通存储单元以及煤样罐的高精度压力传感器。
可选的,煤层瓦斯含量测量装置本体内的中心还贯穿有绝缘电缆。
可选的,存储单元外还设置有传感器保护套。
可选的,进煤口周围在煤层瓦斯含量测量装置本体的外壳上设置有至少2圈的螺旋绕带。
可选的,螺旋绕带为倒梯形结构。
可选的,煤层瓦斯含量测量装置本体内在远离煤样罐的一端上还匹配设置有滑套,该滑套与过水孔匹配连通。
可选的,煤样罐进煤口外侧在煤样罐壳体上还匹配设置有密封胶条。
一种基于定向钻机的煤层瓦斯含量测量方法,应用如上述的一种基于定向钻机的煤层瓦斯含量测量装置,包括以下步骤:
A、正常钻进时,高压水泵提供的高压水经通缆钻杆到达定向钻机用瓦斯含量测量装置,经活塞上的螺纹孔流入煤层瓦斯含量测量装置本体内,并经过水孔流出供给孔底马达,此时弹簧处于松弛状态,煤样罐进煤口与外壳进煤口错开;
B、当钻进到需要测量的部位时,提高高压水泵的压力,高压水推动活塞,活塞带动煤样罐压缩弹簧,此时煤样罐进煤口和外壳进煤口对正,煤屑经过外壳进煤口进入煤样罐,完成取样后,关闭高压泵,煤样罐在弹簧作用下回位,煤样罐进煤口与外壳进煤口错开;
C、进入煤样罐的煤屑被封闭在煤样罐中,煤屑开始解析瓦斯,高精度压力传感器开始采集数据,并将测量数据传输至孔口监视器中或将数据保存在存储单元中。
可选的,在B步骤中,当设定的水压不足以推动煤样罐时,封堵螺纹孔,从而降低推动煤样罐前移所需的水压。
本发明的有益效果在于:本发明提供了一种基于定向钻机的煤层瓦斯含量测量装置及方法,通过在定向钻机瓦斯含量测量装置的中心设置绝缘线缆的方式,使其可以与定向钻机配套使用,实现真正意义上的定点取样;并通过在定向钻机瓦斯含量测量装置中设置高精度传感器等测量元件,将测量数据通过绝缘线缆传输至孔口监视器的方式,实现了随钻随测,大大提高了瓦斯含量测量效率。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述,并且在某种程度上,基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的,或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作优选的详细描述,其中:
图1为本发明一种基于定向钻机的煤层瓦斯含量测量装置及方法的总体结构示意图;
图2为本发明一种基于定向钻机的煤层瓦斯含量测量装置本体的结构示意图;
图3为本发明一种基于定向钻机的煤层瓦斯含量测量装置本体工作时结构示意图;
图4为本发明螺旋绕带的横截面示意图。
附图标记:高压水泵1、钻机2、通缆钻杆3、孔底马达4、测量探管5、煤层瓦斯含量测量装置本体6、接头601、活塞602、传感器保护套603、高精度压力传感器604、压盖605、绝缘电缆606、弹簧607、煤样罐608、密封胶条609、煤样罐进煤口610、滑套611、外壳进煤口612、螺旋绕带613、螺纹孔614、过水孔615、孔口监视器7。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是,以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中,附图仅用于示例性说明,表示的仅是示意图,而非实物图,不能理解为对本发明的限制;为了更好地说明本发明的实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;对本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件;在本发明的描述中,需要理解的是,若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明,不能理解为对本发明的限制,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1~图4,为一种基于定向钻机的煤层瓦斯含量测量装置,与定向钻机匹配安装,该定向钻机由钻机2、通缆钻杆3、高压水泵1、孔底马达4、测量探管5及孔口监视器7匹配连接组成,包括煤层瓦斯含量测量装置本体6,该煤层瓦斯含量测量装置本体6的一端通过接头601与通缆钻杆3固定连接,另一端与测量探管5匹配连接,不影响定向钻机孔底马达4的正常使用;接头601远离测量探管5的一端在煤层瓦斯含量测量装置本体6内还依次匹配连接有活塞602、存储单元、压盖605以及煤样罐608,煤层瓦斯含量测量装置本体6内的中心还贯穿有绝缘电缆606,保证了测量探管5的正常使用;压盖605设置有用于连通存储单元以及煤样罐608的高精度压力传感器604,存储单元外还设置有传感器保护套603,该存储单元还包括设置的电路板(此为公知常识,故不赘述);该煤样罐608靠近压盖605的一端的壳体上匹配设置有弹簧607,煤样罐608在远离压盖605的一端的侧壁上开设有煤样罐进煤口610,煤样罐进煤口610外侧在煤样罐608壳体上还匹配设置有密封胶条609,正常钻进时防止水进入煤样罐608,测量时防止瓦斯解吸气体溢出,煤层瓦斯含量测量装置本体6上还开设有与煤样罐进煤口610匹配的外壳进煤口612,进煤口周围在煤层瓦斯含量测量装置本体6的外壳上设置有至少2圈的螺旋绕带613,该螺旋绕带613为倒梯形结构;活塞602上设置有若干个螺纹孔614,煤样罐608在远离压盖605的一端上还匹配设置有过水孔615,保证在正常钻进和取样时,高压水能进入孔底马达4中;煤层瓦斯含量测量装置本体6内在远离煤样罐608的一端上还匹配设置有滑套611,用于正常钻进时防止煤屑进入,该滑套611与过水孔615匹配连通。
一种基于定向钻机的煤层瓦斯含量测量方法,应用如上述的一种基于定向钻机的煤层瓦斯含量测量装置,包括以下步骤:
A、正常钻进时,高压水泵1提供的高压水经通缆钻杆3到达定向钻机用瓦斯含量测量装置,经活塞602上的螺纹孔614流入煤层瓦斯含量测量装置本体6内,并经过水孔615流出供给孔底马达4,此时弹簧607处于松弛状态,煤样罐进煤口610与外壳进煤口612错开;
B、当钻进到需要测量的部位时,提高高压水泵1的压力,高压水推动活塞602,活塞602带动煤样罐608压缩弹簧607,此时煤样罐进煤口610和外壳进煤口612对正,煤屑经过外壳进煤口612进入煤样罐608,完成取样后,关闭高压泵,煤样罐608在弹簧607作用下回位,煤样罐进煤口610与外壳进煤口612错开;
C、进入煤样罐608的煤屑被封闭在煤样罐608中,煤屑开始解析瓦斯,高精度压力传感器604开始采集数据,并将测量数据传输至孔口监视器7中或将数据保存在存储单元中。
可选的,在B步骤中,当设定的水压不足以推动煤样罐608时,封堵螺纹孔614,从而降低推动煤样罐608前移所需的水压。
本发明提供了一种基于定向钻机的煤层瓦斯含量测量装置及方法,通过在定向钻机瓦斯含量测量装置的中心设置绝缘线缆的方式,使其可以与定向钻机配套使用,实现真正意义上的定点取样;并通过在定向钻机瓦斯含量测量装置中设置高精度传感器等测量元件,将测量数据通过绝缘线缆传输至孔口监视器7的方式,实现了随钻随测,大大提高了瓦斯含量测量效率。
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)

1.一种基于定向钻机的煤层瓦斯含量测量装置,与定向钻机匹配安装,该定向钻机由钻机、通缆钻杆、高压水泵、孔底马达、测量探管及孔口监视器匹配连接组成,其特征在于:包括煤层瓦斯含量测量装置本体,该煤层瓦斯含量测量装置本体的一端通过接头与通缆钻杆固定连接,另一端与测量探管匹配连接;
接头远离测量探管的一端在煤层瓦斯含量测量装置本体内还依次匹配连接有活塞、存储单元、压盖以及煤样罐;
该煤样罐靠近压盖的一端的壳体上匹配设置有弹簧,煤样罐在远离压盖的一端的侧壁上开设有煤样罐进煤口,所述煤层瓦斯含量测量装置本体上还开设有与煤样罐进煤口匹配的外壳进煤口;
所述活塞上设置有若干个螺纹孔,煤样罐在远离压盖的一端上还匹配设置有过水孔。
2.根据权利要求1所述的一种基于定向钻机的煤层瓦斯含量测量装置,其特征在于:所述压盖设置有用于连通存储单元以及煤样罐的高精度压力传感器。
3.根据权利要求1所述的一种基于定向钻机的煤层瓦斯含量测量装置,其特征在于:所述煤层瓦斯含量测量装置本体内的中心还贯穿有绝缘电缆。
4.根据权利要求1所述的一种基于定向钻机的煤层瓦斯含量测量装置,其特征在于:所述存储单元外还设置有传感器保护套。
5.根据权利要求1所述的一种基于定向钻机的煤层瓦斯含量测量装置,其特征在于:所述进煤口周围在煤层瓦斯含量测量装置本体的外壳上设置有至少2圈的螺旋绕带。
6.根据权利要求1所述的一种基于定向钻机的煤层瓦斯含量测量装置,其特征在于:所述螺旋绕带为倒梯形结构。
7.根据权利要求1所述的一种基于定向钻机的煤层瓦斯含量测量装置,其特征在于:所述煤层瓦斯含量测量装置本体内在远离煤样罐的一端上还匹配设置有滑套,该滑套与过水孔匹配连通。
8.根据权利要求1所述的一种基于定向钻机的煤层瓦斯含量测量装置,其特征在于:所述煤样罐进煤口外侧在煤样罐壳体上还匹配设置有密封胶条。
9.一种基于定向钻机的煤层瓦斯含量测量方法,应用如权利要求1~8任一所述的一种基于定向钻机的煤层瓦斯含量测量装置,其特征在于,包括以下步骤:
A、正常钻进时,高压水泵提供的高压水经通缆钻杆到达定向钻机用瓦斯含量测量装置,经活塞上的螺纹孔流入煤层瓦斯含量测量装置本体内,并经过水孔流出供给孔底马达,此时弹簧处于松弛状态,煤样罐进煤口与外壳进煤口错开;
B、当钻进到需要测量的部位时,提高高压水泵的压力,高压水推动活塞,活塞带动煤样罐压缩弹簧,此时煤样罐进煤口和外壳进煤口对正,煤屑经过外壳进煤口进入煤样罐,完成取样后,关闭高压泵,煤样罐在弹簧作用下回位,煤样罐进煤口与外壳进煤口错开;
C、进入煤样罐的煤屑被封闭在煤样罐中,煤屑开始解析瓦斯,高精度压力传感器开始采集数据,并将测量数据传输至孔口监视器中或将数据保存在存储单元中。
10.根据权利要求9所述的一种基于定向钻机的煤层瓦斯含量测量方法,其特征在于:在B步骤中,当设定的水压不足以推动煤样罐时,封堵螺纹孔,从而降低推动煤样罐前移所需的水压。
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