CN111561309B - 一种煤矿井下孔内参数检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤矿井下瓦斯抽采钻孔内参数检测装置及方法。包括：传感器舱室，其上设置有若干气体交换孔，其内装有若干个传感器，其两端分别设置与钢丝绳相连的前向导头和后向导头。该方法能客观反应瓦斯抽采效果，能根据需要随时改变传感器组件在孔内的位置，实现快速检测孔内任意位置处瓦斯抽采参数的目的，能检测孔口负压作用下真实瓦斯抽采钻孔中的参数。本发明所用传感器组件有多个舱室，可安装多个传感器，同时检测孔内多个参数，且可根据需求更换传感器种类，简单灵活，操作方便。

Description

一种煤矿井下孔内参数检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种参数检测装置及方法，属于煤矿开采技术领域，具体是涉及一种煤矿井下孔内参数检测装置及方法。

背景技术

煤炭在我国能源格局中占主导地位，对我国能源安全具有重大战略意义。随着我国煤矿开采深度和强度的增加，矿井瓦斯问题日益突出。我国政府和各煤炭企业对煤矿安全问题高度重视，把瓦斯抽采作为防治煤矿瓦斯灾害事故的根本措施，提出了“先抽后采，以风定产，监测监控”的煤矿瓦斯治理十二字方针。近年来，随着瓦斯抽采量的增加，我国煤矿瓦斯事故发生起数及死亡人数呈现下降趋势，煤矿瓦斯治理总体呈现逐步向好的基本态势。

在瓦斯抽采技术方面，随着大功率定向钻探技术与装备和抽采设备的推广应用，煤矿井下瓦斯抽采钻孔施工能力和抽采负压显著提升，煤炭企业为了追求瓦斯治理效果，不断提高瓦斯抽采钻孔深度，增加瓦斯抽采钻孔布置密度，增大瓦斯抽采负压，煤矿井下瓦斯抽采有向长钻孔、密集抽、高负压发展的趋势。然而，在长钻孔、密集抽、高负压的背景下，并没有达到预期瓦斯抽采效果，可见，钻孔深度和抽采负压大小已经不再是瓦斯抽采效果的最大制约因素。

随着钻孔深度的增加，煤矿井下瓦斯抽采出现了很多新的问题，主要体现在：抽采负压沿钻孔深度衰减明显，瓦斯抽采效果沿钻孔深度方向出现明显分区，不同孔深处有效抽采半径差异较大，当钻孔深度增加到一定程度后，瓦斯抽采效果随着钻孔深度的增加改善不明显，导致长钻孔瓦斯抽采利用率较低。此外，受制于煤矿井下条件，瓦斯抽采钻孔孔内气体压力、温度、瓦斯浓度等参数获取难度较大，缺乏定向长钻孔孔内参数测试手段，导致对定向长钻孔瓦斯抽采效果的评价缺乏依据，瓦斯抽采钻孔布置盲目性大，对煤矿安全生产存在一定隐患。

此外，煤矿瓦斯抽采效果受煤层透气性、钻孔长度、钻孔直径、封孔深度、孔口负压等众多因素影响，瓦斯抽采系统各参数需协调匹配，才能达到理想抽采效果。掌握抽采钻孔内气体压力、温度、浓度等参数是评价抽采系统各参数是否协调匹配的最直接最有效方法，也是研究瓦斯在煤层和抽采钻孔中的扩散、解吸、渗流过程，建立抽采参数沿钻孔深度变化数学模型的基础。现阶段瓦斯抽采钻孔孔内参数检测难度较大，现有的检测方法，如束管法等只适用于较浅钻孔，且属于间接监测，误差大；对于定向长钻孔，缺乏相应的测试手段，导致定向长钻孔瓦斯抽采效果评价缺乏依据，抽采系统参数普遍存在不匹配的现象，抽采效果不佳，长钻孔利用率不高。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术中的不足，提供一种矿井下孔内参数检测装置及方法。该装置及方法可监测瓦斯抽采钻孔内不同位置处气体压力、温度、瓦斯浓度等参数，所得数据可用于评价钻孔瓦斯抽采效果，反馈煤矿井下瓦斯抽采系统参数设置，优化瓦斯抽采效果，此外，所得数据还可为煤矿井下长钻孔瓦斯抽采孔内参数分布规律研究提供实测数据，指导瓦斯抽采钻孔布置。

本发明还有一目的在于针对现有技术中的不足，提供一种矿井下孔内参数检测装置及方法。该方法及装置能有效解决抽采负压沿钻孔深度衰减而造成长钻孔利用率低的问题，所测参数可为煤矿井下瓦斯抽采长钻孔孔内参数分布规律研究提供实测数据，指导煤矿井下瓦斯抽采钻孔精细化布置，为抽采参数设置提供依据，评价不同负压下的抽采效果，达到优化瓦斯抽采参数，保障煤矿安全高效开采的目的。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种煤矿井下孔内参数检测装置，包括：传感器舱室，其上设置有若干气体交换孔，其内装有若干个传感器，其两端分别设置与钢丝绳相连的前向导头和后向导头。

优选的，上述的一种煤矿井下孔内参数检测装置，所述前向导头连接万向旋转环，所述万向旋转环通过连接扣与钢丝绳相连。

优选的，上述的一种煤矿井下孔内参数检测装置，所述后向导头上设置有线缆孔，连接所述传感器的传感器导线从所述线缆孔穿出后与所述钢丝绳绕成一束。

优选的，上述的一种煤矿井下孔内参数检测装置，还包括一孔内固定装置，所述孔内固定装置包括锚定器以及连接于所述锚定器后方的定滑轮，所述前向导头连接的钢丝绳绕于所述定滑轮后折回；所述锚定器上设置有可张开的弹卡。

一种煤矿井下工作面对穿长钻孔孔内参数检测方法，在煤矿井下施工穿透工作面的定向长钻孔，利用钢丝绳连接传感器舱室的两端，通过拖动钢丝绳带动传感器舱室在孔中移动，通过传感器舱室中设置的传感器检测长钻孔中不同位置处的参数。

优选的，上述的一种煤矿井下工作面对穿长钻孔孔内参数检测方法，所述定向长钻孔布置在工作面煤层中并穿透工作面。

优选的，上述的一种煤矿井下工作面对穿长钻孔孔内参数检测方法，通过施工对穿钻孔时，在出露的钻具上连接钢丝绳，通过回拉钻杆拖动钢丝绳使传感器舱室进入钻孔内。

一种煤矿井下瓦斯抽采钻孔孔内参数检测方法，包括：将孔内固定装置送入钻孔底部，打开孔内固定装置的弹卡以在钻孔内固定所述孔内固定装置，利用连接于所述定滑轮的钢丝绳拖动传感器舱室在钻孔内移动，利用传感器舱室内的传感器检测在孔口负压作用下长钻孔中不同位置处的相关参数。

优选的，上述的一种煤矿井下工作面对穿长钻孔孔内参数检测方法，通过钻机将钻杆推送至钻孔底部，在钻杆内通入高压水并回撤钻杆实现孔内固定装置在钻孔内的安装。

优选的，上述的一种煤矿井下工作面对穿长钻孔孔内参数检测方法，采用三通孔口管在钻井孔口进行封孔，并在钻井孔口提供负压抽采瓦斯。本发明具有以下优点：

1、该方法能检测孔口负压作用下瓦斯抽采钻孔中某一位置的真实参数，相比较数值模拟和相似模拟所获得数据更真实，更能客观反应瓦斯抽采效果。

2、该方法能通过拖动孔口钢丝绳带动传感器组件在钻孔内移动，根据需要随时改变传感器组件在孔内的位置，实现快速检测孔内任意位置处瓦斯抽采参数的目的。

3、该方法能检测孔口负压作用下真实瓦斯抽采钻孔中的参数，相比较数值模拟和相似模拟所获得数据更真实，更能客观反应瓦斯抽采效果，且可通过拖动两端孔口钢丝绳带动传感器组件在钻孔内移动，根据需要随时改变传感器组件在孔内的位置，实现快速检测孔内任意位置处瓦斯抽采参数的目的。

4、该方法中所用传感器组件有多个舱室，可安装多个传感器，同时检测孔内多个参数，且可根据需求更换传感器种类，简单灵活，操作方便。

附图说明

并入本文并形成说明书的一部分的附图例示了本发明的实施例，并且附图与说明书一起进一步用于解释本发明的原理以及使得所属领域技术人员能够制作和使用本公开。

图1为本发明的钻孔内参数检测装置与方法示意图；

图2为本发明的钻孔内参数测试装置安装示意图；

图3为本发明的孔内固定装置示意图；

图4为本发明的孔内固定装置部件示意图；

图5为本发明的传感器组件示意图；

图6为本发明的传感器舱室剖面图；

图7为本发明的三通孔口管示意图；

图8为本发明的对穿长钻孔孔内参数检测装置与方法示意图。

将参照附图描述本发明的实施例。

具体实施方式

如图1、2所示，所述一种煤矿井下瓦斯抽采钻孔孔内参数检测装置与方法，在煤层1中施工定向钻孔2后，将孔内固定装置4和传感器组件3安装在大通孔钻杆8内，通过钻机7推送至钻孔2底部，在钻杆8内通入高压水并回撤钻杆实现孔内固定装置4和传感器组件3在钻孔2内的安装，并在孔口安装三通封孔装置6，通过拖动传感器组件3上的钢丝绳31带动传感器组件3在钻孔中移动，检测孔口负压作用下长钻孔中不同位置处的参数。

如图3、4所示，上述孔内固定装置由锚定器41、定滑轮组成42。锚定器41由导向头411、锚体412、弹卡413、销轴414、扭力弹簧415和连接扣416组成，弹卡413可在扭力弹簧415作用下张开，当弹卡413张开时锚定器41直径略大于钻孔2直径，弹卡413压缩时锚定器41直径略小于大通孔钻杆8内径，保证锚定器41只能向孔底方向移动，为增加锚定效果，设置两组相互垂直的弹卡串联。定滑轮42通过锚定器41的连接扣416固定在锚定器后方，连接扣416可相对于锚定器任意转动。为防止钢丝绳脱落，在定滑轮上设置有防止钢丝绳脱落装置。

如图3、5所示，上述传感器组件由钢丝绳31、线缆32、后导向头34、传感器舱室35、前导向头37、万向旋转环38、连接扣39、传感器351等组成。传感器组件通过钢丝绳31绕过定滑轮42与锚定器41连接。

上述传感器舱室35外壁上设置有气体交换孔36，传感器351安装在传感器舱室35内，线缆32一端与传感器连接，另一端通过设置在后导向头上的线缆孔33穿出与钢丝绳31绑扎在一起，并保证线缆32长度略大于钢丝绳31长度，为防止拖动传感器组件过程中管线受损，均采用铠装线缆。传感器舱室内可安装多个传感器，同时检测孔内多个参数，也可根据需求更换传感器种类。为保证检测参数的准确可靠，针对同一参数，可在传感器舱室的不同位置安装多个传感器同时检测。

如图1、7所示，所述孔内固定装置4和传感器组件3安装完毕后，需对孔口采用三通孔口管6进行封孔，三通孔口管由三个方向的孔口以及一个孔口密封装置组成，其中第一个孔口段62放置在钻孔内，采用封孔材料和孔壁密封。传感器组件的钢丝绳和线缆穿过第一个孔口62并从第二个孔口64穿出后，在第二个孔口安装孔口密封装置63，该密封装置可保证线缆从孔口穿出且能密封，在需要活动线缆时，松开密封装置；在瓦斯抽采时，拧紧密封装置，保证密封。

所述安装三通孔口管6封孔后，在第三个孔口61提供负压抽采瓦斯，并可通过拖拽孔口钢丝绳31的两端调整传感器组件3在孔内的位置，通过在孔口线缆连接数据采集装置5，采集传感器351检测的孔内不同位置处的参数。

如图8所示，对于采用对穿工作面抽采瓦斯的长钻孔9，可在长钻孔9施工时，在出露的钻具上卸掉钻头，连接上传感器组件3，通过回拉钻杆使传感器组件进入钻孔内，并在两端孔口安装三通封孔装置6，通过拖动传感器组件上的钢丝绳31带动传感器在钻孔中移动，以检测在孔口负压作用下钻孔内不同位置处的参数。

注意到，说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”、“一些实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施例可以不必包括所述特定特征、结构或特性。而且，这样的短语不必指代同一实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，无论是否明确描述，结合其他实施例来实现这样的特征、结构或特性将在所属领域的技术人员的知识范围内。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (5)

1.一种煤矿井下孔内参数检测装置，其特征在于，包括：

传感器舱室，其上设置有若干气体交换孔，其内装有若干个传感器，其两端分别设置与钢丝绳相连的前向导头和后向导头；

孔内固定装置，所述孔内固定装置包括锚定器以及连接于所述锚定器后方的定滑轮，所述前向导头连接的钢丝绳绕于所述定滑轮后折回；所述锚定器上设置有可张开的弹卡；

所述前向导头连接万向旋转环，所述万向旋转环通过第一连接扣与钢丝绳相连；

所述后向导头上设置有线缆孔，连接所述传感器的传感器导线从所述线缆孔穿出后与所述钢丝绳绕成一束。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下孔内参数检测装置，其特征在于，锚定器由导向头、锚体、弹卡、销轴、扭力弹簧和第二连接扣组成，弹卡可在扭力弹簧作用下张开，当弹卡张开时锚定器直径略大于钻孔直径，弹卡压缩时锚定器直径略小于钻杆内径。

3.一种使用权利要求2所述的装置进行煤矿井下瓦斯抽采钻孔孔内参数检测的方法，其特征在于，包括：将孔内固定装置送入钻孔底部，打开孔内固定装置的弹卡以在钻孔内固定所述孔内固定装置，利用连接于所述定滑轮的钢丝绳拖动传感器舱室在钻孔内移动，利用传感器舱室内的传感器检测在孔口负压作用下长钻孔中不同位置处的相关参数。

4.根据权利要求3所述的煤矿井下瓦斯抽采钻孔孔内参数检测方法，其特征在于，通过钻机将钻杆推送至钻孔底部，在钻杆内通入高压水并回撤钻杆实现孔内固定装置在钻孔内的安装。

5.根据权利要求3所述的煤矿井下瓦斯抽采钻孔孔内参数检测方法，其特征在于，采用三通孔口管在钻井孔口进行封孔，并在钻井孔口提供负压抽采瓦斯。