CN112682091A - 采煤工作面顶板走向钻孔考察装置及考察方法 - Google Patents

Abstract

一种采煤工作面顶板走向钻孔考察装置及考察方法。本发明考察装置的考察管的两端通过管卡与软管固定连接；考察管水平设置，上方的管壁设置的径向通孔为考察孔；考察装置还包括压差测量器、瓦斯测量器、胶管、皮托管，压差测量器或瓦斯测量器与胶管联通；L型皮托管位于考察管内，皮托管的垂直管上端穿过考察孔与胶管联通；皮托管的垂直管长度等于考察管内径，水平管长度小于考察管直径；考察管内所测混合气体的流向与水平管开口方向相对。其有益效果是，考察装置结构设计合理，操作方便；采用多点测量方法，准确掌握工作面顶板瓦斯抽采情况，及时采取应对措施保障采煤工作面的安全回采，优化瓦斯治理设计，提高瓦斯治理效果。

Description

采煤工作面顶板走向钻孔考察装置及考察方法

技术领域

本发明涉及一种采煤工作面钻孔考察装置，尤其是涉及一种采煤工作面顶板走向钻孔考察装置及考察方法。

背景技术

考察采煤工作面顶板走向钻孔的抽采效果主要是通过考察钻场或评价单元来确定，但钻场或评价单元包含几十甚至几百个钻孔，钻孔内每一点的流量和瓦斯浓度都不相同，当流速过大时断面的流速差异性很大，当流速过慢时断面的瓦斯浓度差异性很大。目前，考察抽采钻孔主要通过孔板流量计或电子自动流量计进行测量，对单个钻孔的考察安装专用设备，对钻孔节流特别严重，最高时能达到50％左右，因此不能真实反映钻孔实际抽采情况，如果不能及时准确地掌握工作面顶板瓦斯抽采情况，将无法保障工作面的安全回采。

发明内容

为了克服现有钻孔考察装置存在的对钻孔节流严重，不能真实反映钻孔实际抽采情况，导致不能准确地掌握工作面顶板瓦斯抽采情况，无法保障工作面的安全回采的不足，本发明提供一种采煤工作面顶板走向钻孔考察装置及考察方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种采煤工作面顶板走向钻孔考察装置，包括考察管，所述考察管的两端通过管卡与软管固定连接组成抽采管路；考察管水平设置，上方的管壁设置的径向通孔为考察孔。

所述考察装置还包括压差测量器、瓦斯测量器、胶管、皮托管，压差测量器或瓦斯测量器与胶管联通；L型皮托管位于考察管内，皮托管的垂直管上端穿过考察孔与胶管联通。

所述皮托管为L型，垂直管长度等于考察管内径，水平管长度小于考察管直径；水平管轴向所在位置为测点，考察管内所测混合气体的流向与水平管开口方向相对。

进一步，沿所述垂直管轴向设置的刻度标识将垂直管轴向均分为4段或4段以上。

再进一步，所述刻度将垂直管轴向均分为8段，每段为1个单位，由上至下依次编号为1、2、3、……8。

进一步，所述皮托管与考察孔之间设置有径向密封圈。

进一步，所述压差测量器为U型水柱压差计、机械压差计、电子压差计、红油倾斜压差计中的任意一种。

进一步，当考察作业完成后，将皮托管从考察管中抽出，再将密封盖安装在所述考察孔中。

一种应用采煤工作面顶板走向钻孔考察装置的考察方法，其步骤如下：

A、将压差测量器与胶管联通，利用压差测量器测量抽采管路内的速压H；

B、拆除压差测量器，将瓦斯测量器与胶管联通，测量抽采管路内的瓦斯浓度C；

C、根据步骤A、B测量得到的速压H、瓦斯浓度C，计算测点单位面积的抽采纯量Q，

Q_n＝V_n×1×C_n 公式1

其中：V为测点气体的流速，

C为测点的瓦斯浓度，

n为测点所在位置，即：皮托管的垂直管与考察管的考察孔相交的刻度数值；

其中：V为测点气体的流速，

H为测点的速压，

n为测点所在位置，即：皮托管的垂直管与考察管的考察孔相交的刻度数值，

p为抽采管路中的空气密度，p＝1.29；

D、根据抽采管路中流速V值、瓦斯浓度C值，采用选择不同测点数量的测量方法，

当抽采管路中流速较低、瓦斯浓度分布均匀时，采用二点测量方法；

当抽采管路中流速变化大、瓦斯浓度分布不均匀时，采用四点或八点测量方法。

进一步，所述二点测量方法如下：

首先，将皮托管插入考察管内到底，再向上分别依次拔至刻度2、6，测量得到测点2、6的速压H₂、H₆以及瓦斯浓度C₂、C₆；

之后，分别计算出测点2、6的抽采纯量Q₂、Q₆；

然后，通过公式3计算出钻孔抽采纯量Q，

进一步，所述四点测量方法如下：

首先，将定制皮托管插入考察管内到底，再向上分别依次拔至刻度1、3、5、7，测量得到测点1、3、5、7的速压H₁、H₃、H₅、H₇以及瓦斯浓度C₁、C₃、C₅、C₇；

之后，分别计算出测点1、3、5、7的抽采纯量Q₁、Q₃、Q₅、Q₇；

然后，通过公式4计算出钻孔抽采纯量Q，

进一步，所述八点测量方法如下：

首先，将皮托管插入考察管内到底，再向上分别依次拔至刻度1～8个单位，测量得到8个测点的速压H₁～H₈以及瓦斯浓度C₁～C₈；

之后，分别计算出8个测点的抽采纯量Q₁～Q₈；

然后，通过公式5计算出钻孔抽采纯量Q，

本发明的有益效果是，考察装置结构设计合理，操作方便；采用多点测量方法，精确测量每一个钻孔内的瓦斯抽采纯量，准确掌握工作面顶板瓦斯抽采情况，及时采取应对措施保障采煤工作面的安全回采，优化瓦斯治理设计，提高瓦斯治理效果，避免因钻场接替不及时造成工作面上隅角瓦斯超限事故的发生。

附图说明

图1是本发明采煤工作面顶板走向钻孔考察装置的结构示意图。

图2是本发明考察方法中2个测点位置的示意图。

图3是本发明考察方法中4个测点位置的示意图。

图4是本发明考察方法中8个测点位置的示意图。

图中：1.压差测量器，2.胶管，3.皮托管，4.考察管，5.径向密封圈，6.刻度，7.软管，8.管卡，9.考察孔，10.密封盖，11.垂直管，12.水平管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。但是，本领域技术人员应该知晓的是，本发明不限于所列出的具体实施方式，只要符合本发明的精神，都应该包括于本发明的保护范围内。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“左”、“右”、“水平”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，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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在本发明中的具体含义。

参见附图1。本发明采煤工作面顶板走向钻孔考察装置，包括考察管4，所述考察管4的两端通过管卡8与软管7固定连接组成抽采管路；考察管4水平设置，上方的管壁设置的径向通孔为考察孔9，测量时，将皮托管3从考察孔9插入考察管4内，完成测量之后将皮托管3从考察孔9拔出。

所述考察装置还包括压差测量器1、瓦斯测量器、胶管2、皮托管3，胶管2的一端与压差测量器1或瓦斯测量器联通，胶管2的另一端与皮托管3联通。

所述皮托管3为L型，皮托管3的水平管12一端从考察孔9插入考察管4内，直至落到考察孔9相对应的考察管4内管壁上。皮托管3的垂直管11上端与胶管2联通。

所述L型皮托管3的垂直管11长度与考察管4内径尺寸相等；L型皮托管3的水平管12长度小于考察管4直径。水平管12的轴向所在位置为测点，考察管4内所测混合气体的流向与水平管12开口方向相对。

沿所述垂直管11轴向设置的刻度6标识将垂直管11轴向均分为4段或4段以上。优选的，所述刻度6将垂直管11轴向均分为8段，每段为1个单位，由上至下依次编号为1、2、3、……8。

所述皮托管3与考察孔9之间设置有径向密封圈5。当获得测点数据之后，将皮托管3从考察孔9抽出，然后使用密封盖10盖在所述考察孔9中，将考察孔9封闭。

进一步，所述压差测量器1为U型水柱压差计、机械压差计、电子压差计、红油倾斜压差计中的任意一种，但不限于上述所列。

一种应用采煤工作面顶板走向钻孔考察装置的考察方法，其步骤如下：

A、将压差测量器1与胶管2联通，利用压差测量器1测量抽采管路内的速压H；

B、拆除压差测量器1，将瓦斯测量器与胶管2联通，测量抽采管路内的瓦斯浓度C；

C、根据步骤A、B测量得到的速压H、瓦斯浓度C，计算测点单位面积的抽采纯量Q，

Q_n＝V_n×1×C_n 公式1

其中：V为测点气体的流速，

C为测点的瓦斯浓度，

n为测点所在位置，即：皮托管3的垂直管12与考察管4的考察孔9相交的刻度6数值；

其中：V为测点气体的流速，

H为测点的速压，

n为测点所在位置，即：皮托管3的垂直管12与考察管4的考察孔9相交的刻度6数值(以下公式中出现的下角标均为测点所在位置)，

p为抽采管路中的空气密度，p＝1.29；

D、根据抽采管路中流速V值、瓦斯浓度C值，采用选择不同测点数量的测量方法，

当抽采管路中流速较低、瓦斯浓度分布均匀时，采用二点测量方法；当抽采管路中流速变化大、瓦斯浓度分布不均匀时，采用四点或八点测量方法(参见附图2、3、4)。优选的，抽采管路中流速变化越大、瓦斯浓度分布越不均匀，采用测点数量就越多，并根据测点的数量及位置赋予不同的权重。

进一步，所述二点测量方法如下：

首先，将皮托管插入考察管内到底，再向上分别依次拔至刻度2、6，测量得到测点2、6的速压H₂、H₆以及瓦斯浓度C₂、C₆；

之后，分别计算出测点2、6的抽采纯量Q₂、Q₆；

然后，通过公式3计算出钻孔抽采纯量Q，

进一步，所述四点测量方法如下：

首先，将定制皮托管插入考察管内到底，再向上分别依次拔至刻度1、3、5、7，测量得到测点1、3、5、7的速压H₁、H₃、H₅、H₇以及瓦斯浓度C₁、C₃、C₅、C₇；

之后，分别计算出测点1、3、5、7的抽采纯量Q₁、Q₃、Q₅、Q₇；

然后，通过公式4计算出钻孔抽采纯量Q，

进一步，所述八点测量方法如下：

首先，将皮托管插入考察管内到底，再向上分别依次拔至刻度1～8个单位，测量得到8个测点的速压H₁～H₈以及瓦斯浓度C₁～C₈；

之后，分别计算出8个测点的抽采纯量Q₁～Q₈；

然后，通过公式5计算出钻孔抽采纯量Q，

本发明也可以根据实际需要，采用除2、4、8个测量点之外其他不同数量的测点。

随着采煤工作面的推进顶板逐渐垮落，但并不会立即与采空区沟通；当顶板垮落范围不断扩大，新钻孔会逐渐出现瓦斯和流量，老钻孔与采空区联通漏气，如果不及时进行抽采调整，将影响抽采效果危机工作面瓦斯安全。每个钻孔的抽采情况都不同，通过对每个钻孔精确考察，及时调整钻场接替的最佳距离、顶板控制的高度和宽度。

本发明采煤工作面顶板走向钻孔考察装置，结构设计合理，操作简单，像测单孔瓦斯浓度一样测单孔瓦斯抽采纯量；根据管路中的速压、瓦斯浓度变化情况，采用不同数量测点的方法，能够精确测量每个钻孔的瓦斯抽采纯量，减少工作量，有效节省测量时间，提高效率。

应该注意的是上述实施例是示例而非限制本发明，本领域技术人员将能够设计很多替代实施例而不脱离本专利的权利要求范围。

Claims (10)

1.一种采煤工作面顶板走向钻孔考察装置，包括考察管，其特征是：

所述考察管的两端通过管卡与软管固定连接组成抽采管路；考察管水平设置，上方的管壁设置的径向通孔为考察孔；

所述考察装置还包括压差测量器、瓦斯测量器、胶管、皮托管，压差测量器或瓦斯测量器与胶管联通；L型皮托管位于考察管内，皮托管的垂直管上端穿过考察孔与胶管联通；

所述皮托管为L型，垂直管长度等于考察管内径，水平管长度小于考察管直径；水平管轴向所在位置为测点，考察管内所测混合气体的流向与水平管开口方向相对。

2.根据权利要求1所述采煤工作面顶板走向钻孔考察装置，其特征是：沿所述垂直管轴向设置的刻度标识将垂直管轴向均分为4段或4段以上。

3.根据权利要求2所述采煤工作面顶板走向钻孔考察装置，其特征是：所述刻度将垂直管轴向均分为8段，每段为1个单位，由上至下依次编号为1、2、3、……8。

4.根据权利要求3所述采煤工作面顶板走向钻孔考察装置，其特征是：所述皮托管与考察孔之间设置有径向密封圈。

5.根据权利要求1-4任一所述采煤工作面顶板走向钻孔考察装置，其特征是：所述压差测量器为U型水柱压差计、机械压差计、电子压差计、红油倾斜压差计中的任意一种。

6.根据权利要求5所述采煤工作面顶板走向钻孔考察装置，其特征是：当考察作业完成后，将皮托管从考察管中抽出，再将密封盖安装在所述考察孔中。

7.一种应用权利要求1所述采煤工作面顶板走向钻孔考察装置的考察方法，其步骤如下：

A、将压差测量器与胶管联通，利用压差测量器测量抽采管路内的速压H；

B、拆除压差测量器，将瓦斯测量器与胶管联通，测量抽采管路内的瓦斯浓度C；

C、根据步骤A、B测量得到的速压H、瓦斯浓度C，计算测点单位面积的抽采纯量Q，

Q_n＝V_n×1×C_n 公式1

其中：V为测点气体的流速，

C为测点的瓦斯浓度，

n为测点所在位置，即：皮托管的垂直管与考察管的考察孔相交的刻度数值；

其中：V为测点气体的流速，

H为测点的速压，

n为测点所在位置，即：皮托管的垂直管与考察管的考察孔相交的刻度数值，

p为抽采管路中的空气密度，p＝1.29；

D、根据抽采管路中流速V值、瓦斯浓度C值，采用选择不同测点数量的测量方法，

当抽采管路中流速较低、瓦斯浓度分布均匀时，采用二点测量方法；

当抽采管路中流速变化大、瓦斯浓度分布不均匀时，采用四点或八点测量方法。

8.根据权利要求7所述考察方法，其特征是：所述二点测量方法如下：

首先，将皮托管插入考察管内到底，再向上分别依次拔至刻度2、6，测量得到测点2、6的速压H₂、H₆以及瓦斯浓度C₂、C₆；

之后，分别计算出测点2、6的抽采纯量Q₂、Q₆；

然后，通过公式3计算出钻孔抽采纯量Q，

9.根据权利要求7所述考察方法，其特征是：所述四点测量方法如下：

首先，将定制皮托管插入考察管内到底，再向上分别依次拔至刻度1、3、5、7，测量得到测点1、3、5、7的速压H₁、H₃、H₅、H₇以及瓦斯浓度C₁、C₃、C₅、C₇；

之后，分别计算出测点1、3、5、7的抽采纯量Q₁、Q₃、Q₅、Q₇；

然后，通过公式4计算出钻孔抽采纯量Q，

10.根据权利要求7所述考察方法，其特征是：所述八点测量方法如下：

首先，将皮托管插入考察管内到底，再向上分别依次拔至刻度1～8个单位，测量得到8个测点的速压H₁～H₈以及瓦斯浓度C₁～C₈；

之后，分别计算出8个测点的抽采纯量Q₁～Q₈；

然后，通过公式5计算出钻孔抽采纯量Q，

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