CN113107460B - 瓦斯抽采钻孔智能监测装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种瓦斯抽采钻孔智能监测装置及其使用方法，所述智能监测装置包括抽采管、抽采质量检测装置、封孔质量检测装置和控制阀，所述抽采质量检测装置包括数据线路集成器和多个传感器，所述抽采质量检测装置用于检测所述抽采管内瓦斯的抽采效果，所述封孔质量检测装置用于检测钻孔的封孔质量，所述控制阀根据所述抽采质量检测装置和所述封孔质量检测装置的检测结果控制所述抽采管的通断。根据本发明实施例的本发明实施例的瓦斯抽采钻孔智能监测装置，可通过抽采质量检测装置对钻孔的抽采效果进行实时监测，当瓦斯抽采效果不达标时，还可以通过封孔质量检测装置对封孔质量进行检测，以提高瓦斯抽采效率，保证瓦斯的抽采效果。

Description

瓦斯抽采钻孔智能监测装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及瓦斯抽采技术领域，尤其涉及一种瓦斯抽采钻孔智能监测装置及其使用方法。

背景技术

煤层瓦斯是一种易燃易爆性气体，在煤层开采过程中，瓦斯灾害不仅严重造成了的人身安全与财产损失，还制约了矿井的安全生产。近年来，随着煤炭开采技术的不断提升，开采强度及开采深度也随之增加，随之也出现了瓦斯灾害问题。尤其是近年来煤炭开采逐渐进入深部，煤炭开采面临着“三高一低”的技术难题，瓦斯灾害问题对矿井安全生产的威胁更加严重。因此，要消除瓦斯事故发生的根源，需要在煤层开采前对赋存与煤层内的瓦斯进行抽采。瓦斯抽采监测作为瓦斯抽采效果达标的一种重要评价手段，起到了重要的作用。在瓦斯抽采监测过程中，传统的监测方式仅仅是获取抽采管路中的平均值，对于煤层内部存在的瓦斯积聚现象并不能及时分辨，为后期的施工留下了安全隐患。

除此之外，相关技术中，缺乏对瓦斯抽采钻孔的动态监控设备，基本上都需要人为采集数据，且操作流程繁琐，费时费力，不能满足现代智能化矿山生产的需求。因此，瓦斯抽采钻孔智能监测装置的研发尤为重要。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种瓦斯抽采钻孔智能监测装置及其使用方法，所述智能监测装置可以对抽采钻孔进行实时监测，从而保证抽采效果。

根据本发明实施例的瓦斯抽采钻孔智能监测装置包括抽采管、抽采质量检测装置、封孔质量检测装置和控制阀，所述抽采管伸入钻孔内以抽取所述钻孔内的瓦斯，所述抽采质量检测装置包括数据线路集成器和多个传感器，所述多个传感器均设在所述抽采管上，所述多个传感器均与所述数据线路集成器相连，所述抽采质量检测装置用于检测所述抽采管内瓦斯的抽采效果，所述封孔质量检测装置用于根据所述抽采质量检测装置检测结果检测钻孔的封孔质量，所述控制阀设在所述抽采管上，且所述控制阀位于所述抽采质量检测装置远离所述钻孔的一侧，所述控制阀根据所述抽采质量检测装置和所述封孔质量检测装置的检测结果控制所述抽采管的通断。

根据本发明实施例的本发明实施例的瓦斯抽采钻孔智能监测装置，可通过抽采质量检测装置对钻孔的抽采效果进行实时监测，当瓦斯抽采效果不达标时，还可以通过封孔质量检测装置对封孔质量进行检测，保证可以及时发现问题和解决问题，有效提高了瓦斯抽采效率，保证了瓦斯的抽采效果。

在一些实施例中，所述多个传感器包括瓦斯流量传感器、瓦斯浓度传感器和负压传感器。

在一些实施例中，所述封孔质量检测装置包括封堵件、第一孔段、进气管、排气管、示踪气体浓度传感器和便携式示踪气体检测仪，所述封堵件位于所述钻孔内以封堵所述钻孔的孔口，所述钻孔内设有用于封堵所述钻孔的封孔段，所述封孔段与所述封堵件间隔布置，所述第一孔段为所述封堵件与所述封孔段之间的部分，所述进气管穿过所述封堵件伸入所述第一孔段，以向所述第一孔段内注入示踪气体，所述进气管上设有进气管阀门，所述排气管穿过所述封堵件并伸入所述第一孔段，所述排气管上设有排气管阀门，所述示踪气体浓度传感器设在所述抽采管上且位于所述钻孔外，所述示踪气体浓度传感器与所述数据线路集成器相连，所述便携式示踪气体检测仪设在所述排气管位于所述钻孔外侧一端的管口处。

在一些实施例中，

所述钻孔为上行孔，所述进气管伸入所述第一孔段的一端与所述封堵件之间的距离为5cm，所述排气管伸入所述第一孔段的一端与所述封孔段之间的距离为5cm。

在一些实施例中，

所述钻孔为水平孔或下行孔，所述进气管伸入所述第一孔段的一端与所述封孔段之间的距离为5cm，所述排气管伸入所述第一孔段的一端与所述封堵件之间的距离为5cm。

在一些实施例中，所述封堵件的材料为聚氨酯。

根据本发明另一方面实施例的智能监测装置的使用方法包括：

使用抽采质量检测装置对瓦斯抽采效果进行检测，如果检测到的瓦斯浓度和瓦斯流量均在在阈值内，且抽采负压达到阈值，则表示瓦斯抽采效果达标，继续抽采；如果瓦斯浓度不在阈值内，或者瓦斯流量不在阈值内，或者抽采负压达不到阈值，则表示瓦斯抽采效果不达标，停止抽采并使用封孔质量检测装置对钻孔封孔质量进行检测；如果所述钻孔的封孔质量出现问题，则停止瓦斯抽采对钻孔进行二次封孔或者关闭钻孔；如果所述钻孔的封孔质量未出现问题，则继续抽采，并对钻孔进行重点监测以对钻孔实施下一步措施。

在一些实施例中，瓦斯浓度不在阈值内为瓦斯浓度在10天内连续下降至50％以下且10天之后瓦斯浓度不再上升并有继续下降的趋势；瓦斯流量不在阈值内为瓦斯流量在10天内连续下降至0.003m³/min以下且10天之后瓦斯流量不再上升并有继续下降的趋势；抽采负压达不到阈值为瓦斯抽采钻孔内的抽采负压在抽采过程中，其负压值偏离设计值的±5％以上并有持续的衰减变化。

在一些实施例中，封孔质量检测方法包括：关闭控制阀，使用封堵件对瓦斯抽采钻孔的孔口进行封堵；在封堵件上分别插入进气管和排气管，打开进气管阀门和排气管阀门，通过所述进气管向所述钻孔的第一孔段内注入示踪气体，直至便携式示踪气体检测仪检测到所述排气管排出示踪气体，关闭进气管阀门和排气管阀门；打开控制阀，使用抽采管进行瓦斯抽采，并使用示踪气体浓度传感器对抽出的气体进行检测，如果检测出示踪气体且示踪气体浓度在阈值内，则判定所述钻孔的封孔质量出现问题，如果未检测出示踪气体，则判定所述钻孔的封孔质量未出现问题。

在一些实施例中，示踪气体浓度在阈值内为所述控制阀打开后的60小时内，所述示踪气体浓度传感器在一段时间内能持续检测出示踪气体，且示踪气体的浓度不小于300ppm。

附图说明

图1是根据本发明实施例的瓦斯抽采钻孔智能监测装置的示意图；

图2是根据本发明实施例的封孔装置的示意图。

附图标记：

钻孔1，第一孔段11，第二孔段12，

抽采管2，

封孔段3，

抽采质量检测装置4，数据线路集成器41，瓦斯流量传感器42，瓦斯浓度传感器44，负压传感器44，

封孔质量检测装置5，封堵件51，进气管52，进气管阀门521，排气管53，排气管阀门531，示踪气体浓度传感器54，

控制阀6。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1和图2所示，根据本发明实施例的瓦斯抽采钻孔智能监测装置包括抽采管2、抽采质量检测装置4、封孔质量检测装置5和控制阀6。

其中，抽采管2伸入钻孔1内以用于抽采钻孔1内的瓦斯。

抽采质量检测装置4设在抽采管2上，抽采质量检测装置4用于检测抽采管2内瓦斯的抽采效果，并且可以实时监测。具体地，抽采质量检测装置4包括数据线路集成器41和多个传感器，多个传感器均设在抽采管2上，多个传感器用于对瓦斯的抽采效果进行检测，且多个传感器均与数据线路集成器41相连，传感器将采集到的数据通过数据线路集成器41传递至外界并进行储存，数据更加直观，工作人员根据采集到的数据对抽采效果进行评判，判断结果更加准确。

封孔质量检测装置5用于根据抽采质量检测装置4检测结果检测钻孔1的封孔质量，当抽采质量检测装置4检测出的抽釆效果不达标，则需要使用封孔质量检测装置5对封孔质量进行检测。

控制阀6设在抽采管2上，且控制阀6位于抽采质量检测装置4远离钻孔1的一侧，控制阀6根据抽采质量检测装置4和封孔质量检测装置5的检测结果控制抽采管2的通断，如果抽采质量检测装置4检测出的抽采效果达标，则打开控制阀6并继续抽采，如果抽采效果不达标，则关闭控制阀6，停止抽采，并进行钻孔1封孔质量检测，从而实现对钻孔1的监控。

根据本发明实施例的瓦斯抽采钻孔智能监测装置，可通过抽采质量检测装置4对钻孔1的抽采效果进行实时监测，当瓦斯抽采效果不达标时，还可以通过封孔质量检测装置5对封孔质量进行检测，保证可以及时发现问题和解决问题，有效提高了瓦斯抽采效率，保证了瓦斯的抽采效果。

在一些实施例中，多个传感器包括瓦斯流量传感器42、瓦斯浓度传感器44和负压传感器44，瓦斯流量传感器42用于采集抽采管2内瓦斯的流量，瓦斯浓度传感器44用于采集抽采管2内瓦斯的浓度，负压传感器44用于采集抽采管2内的负压，工作人员根据这三个传感器采集的数据即可对瓦斯的抽采效果进行评判。

在一些实施例中，封孔质量检测装置5包括封堵件51、第一孔段11、进气管52、排气管53、示踪气体浓度传感器54和便携式示踪气体检测仪。

钻孔1内还设有封孔段3，封孔段3用于封堵钻孔1，封堵件51位于钻孔1内且与封孔段3间隔开以封堵钻孔1的孔口，封堵件51和封孔段3之间的孔段为第一孔段11，封孔段3远离第一孔段11的一侧为第二孔段12，抽采管2穿过封堵件51和封孔段3以伸入位于封孔段3内侧的第二孔段12内，并从第二孔段12内抽取瓦斯。

进气管52穿过封堵件51伸入封堵件51和封孔段3之间的第一孔段11内，以向第一孔段11内注入示踪气体，排气管53穿过封堵件51并伸入第一孔段11，当进气管52向第一孔段11内注入示踪气体时，第一孔段11内的空气可通过排气管53向外界排出，进气管52上设有进气管阀门521，排气管53上设有排气管阀门531。

示踪气体浓度传感器54设在抽采管2上且位于钻孔1外，且示踪气体浓度传感器54与数据线路集成器41相连，在使用封孔质量检测装置5对封孔质量进行检测时，先通过进气管52向第一孔段11内注入示踪气体，直至排气管53向外界排出示踪气体，表示第一孔段11内已充满示踪气体，此时使用抽采管2抽取第二孔段12内的瓦斯，如果示踪气体浓度传感器54检测到抽采管2抽出的瓦斯内存在示踪气体，则代表钻孔1的封孔质量存在问题，钻孔1周围存在漏气通道，此时应停止抽采并进行二次封孔或者关闭钻孔1，如果示踪气体浓度传感器54未从抽采管2抽出的瓦斯内检测到示踪气体，则可以继续抽采，并需要重点监测钻孔1内瓦斯抽采的其他指标以对钻孔1实施下一步措施。

便携式示踪气体检测仪设在排气管53位于钻孔1外侧一端的管口处，当便携式示踪气体检测仪检测到排气管53有示踪气体排出时，则表示第一孔段11内已充满示踪气体，此时，可以停止充气，便携式示踪气体检测仪可以随用随取，且检测结果准确。

封孔质量检测装置5通过示踪气体浓度传感器54来检测钻孔1是否存在漏气通道，相对于人工检测，结果更加准确，并且封孔质量检测装置5的结构和操作流程简单，大大提高了钻孔1封孔质量的检测效率。

在一些实施例中，进气管52伸入第一孔段11，排气管53伸入第一孔段11。

示踪气体的密度均大于空气密度，进气管52送入示踪气体，可以从第一孔段11底部使空气全部被置换出来，待排气管53内出现失踪气体时，即可证明第一孔段11内完全充满示踪气体。

进气管52和排气管53伸入第一孔段11内的位置可以根据钻孔1的方位进行调节。具体地，当钻孔为水平孔和下行孔时，进气管5伸入第一孔段11的一端与封孔段3之间的距离为5cm，排气管6伸入第一孔段11的一端与封堵件4之间的距离为5cm；当钻孔为上行孔时，进气管5伸入第一孔段11的一端与封堵件4之间的距离为5cm，排气管6伸入第一孔段11的一端与封孔段3之间的距离为5cm。

在一些实施例中，封堵件51的材料为聚氨酯。

本发明的实施例还提出一种智能监测装置的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：

1)使用抽采质量检测装置4对瓦斯抽采效果进行检测，如果检测到的瓦斯浓度和瓦斯流量均在在阈值内，且抽采负压达到阈值，则表示瓦斯抽采效果达标，继续抽采，如果瓦斯浓度不在阈值内，或者瓦斯流量不在阈值内，或者抽采负压达不到阈值，则表示瓦斯抽采效果不达标，停止抽采并使用封孔质量检测装置5对钻孔1封孔质量进行检测；

2)如果钻孔1的封孔质量出现问题，则停止瓦斯抽采并对钻孔进行二次封孔或者关闭钻孔，如果钻孔1的封孔质量未出现问题，则继续抽采。

根据本发明实施例的智能监测装置的使用方法可对钻孔1的抽采效果进行实时监测，当瓦斯抽采效果不达标时，还可对封孔质量进行检测，保证可以及时发现问题和解决问题，有效提高了瓦斯抽采效率，保证了瓦斯的抽采效果。

在一些实施例中，瓦斯浓度不在阈值内是指瓦斯浓度在10天内连续下降至50％以下且10天之后瓦斯浓度不再上升并有继续下降的趋势。瓦斯流量不在阈值内是指瓦斯流量在10天内连续下降至0.003m³/min以下且10天之后瓦斯流量不再上升并有继续下降的趋势。抽采负压达不到阈值是指瓦斯抽采钻孔内的抽采负压在抽采过程中，其负压值偏离设计值的±5％以上并有持续的衰减变化。

封孔质量检测方法包括以下步骤：

1)关闭控制阀6，使用聚氨酯材料作封堵件51对瓦斯抽采钻孔的孔口进行封堵；

2)待聚氨酯材料微硬化后，在封堵件51上分别插入进气管52和排气管53，打开进气管阀门521和排气管阀门531，进气管52和排气管53进入封堵件51的距离根据钻孔的方位进行调节，通过进气管52向钻孔1的第一孔段11注入示踪气体，直至排气管53排出示踪气体，关闭进气管阀门521和排气管阀门531；

3)打开控制阀6，使用抽采管2进行瓦斯抽采，并使用示踪气体浓度传感器54对抽出的气体进行检测，如果在控制阀6打开后的60小时内，示踪气体浓度传感器54在一段时间内能持续检测出示踪气体，且示踪气体的浓度不小于300ppm，则判定钻孔1的封孔质量出现问题，如果未检测出示踪气体，则打开控制阀6继续对钻孔1进行瓦斯抽采，需要重点监测钻孔1内瓦斯抽采的其他指标以对钻孔1实施下一步措施。

所述封孔质量检测方法不仅检测流程简单，检测效率高，可节省人力物力，还通过示踪气体浓度传感器54进行检测，检测结果更加准确，可以最大程度上满足现代智能化矿山安全生产的需求。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种瓦斯抽采钻孔智能监测装置，其特征在于，包括：

抽采管，所述抽采管伸入钻孔内以抽取所述钻孔内的瓦斯；

抽采质量检测装置，所述抽采质量检测装置包括数据线路集成器和多个传感器，所述多个传感器均设在所述抽采管上，所述多个传感器均与所述数据线路集成器相连，所述抽采质量检测装置用于检测所述抽采管内瓦斯的抽采效果；

封孔质量检测装置，所述封孔质量检测装置用于根据所述抽采质量检测装置检测结果检测钻孔的封孔质量；

控制阀，所述控制阀设在所述抽采管上，且所述控制阀位于所述抽采质量检测装置远离所述钻孔的一侧，所述控制阀根据所述抽采质量检测装置和所述封孔质量检测装置的检测结果控制所述抽采管的通断；

所述封孔质量检测装置包括：

封堵件，所述封堵件位于所述钻孔内以封堵所述钻孔的孔口；

第一孔段，所述钻孔内设有用于封堵所述钻孔的封孔段，所述封孔段与所述封堵件间隔布置，所述第一孔段为所述封堵件与所述封孔段之间的部分；

进气管，所述进气管穿过所述封堵件伸入所述第一孔段，以向所述第一孔段内注入示踪气体，所述进气管上设有进气管阀门；

排气管，所述排气管穿过所述封堵件并伸入所述第一孔段，所述排气管上设有排气管阀门；

示踪气体浓度传感器，所述示踪气体浓度传感器设在所述抽采管上且位于所述钻孔外，所述示踪气体浓度传感器与所述数据线路集成器相连；

便携式示踪气体检测仪，所述便携式示踪气体检测仪设在所述排气管位于所述钻孔外侧一端的管口处。

2.根据权利要求1所述的瓦斯抽采钻孔智能监测装置，其特征在于，所述多个传感器包括瓦斯流量传感器、瓦斯浓度传感器和负压传感器。

3.根据权利要求1所述的瓦斯抽采钻孔智能监测装置，其特征在于，所述钻孔为上行孔，所述进气管伸入所述第一孔段的一端与所述封堵件之间的距离为5cm，所述排气管伸入所述第一孔段的一端与所述封孔段之间的距离为5cm。

4.根据权利要求1所述的瓦斯抽采钻孔智能监测装置，其特征在于，所述钻孔为水平孔或下行孔，所述进气管伸入所述第一孔段的一端与所述封孔段之间的距离为5cm，所述排气管伸入所述第一孔段的一端与所述封堵件之间的距离为5cm。

5.根据权利要求1所述的瓦斯抽采钻孔智能监测装置，其特征在于，所述封堵件的材料为聚氨酯。

6.一种瓦斯抽采钻孔智能监测装置的使用方法，其特征在于，包括：

使用抽采质量检测装置对瓦斯抽采效果进行检测，如果检测到的瓦斯浓度和瓦斯流量均在阈值内，且抽采负压达到阈值，则表示瓦斯抽采效果达标，继续抽采；

如果瓦斯浓度不在阈值内，或者瓦斯流量不在阈值内，或者抽采负压达不到阈值，则表示瓦斯抽采效果不达标，停止抽采并使用封孔质量检测装置对钻孔封孔质量进行检测；

如果所述钻孔的封孔质量出现问题，则停止瓦斯抽采并对钻孔进行二次封孔或者关闭钻孔；

如果所述钻孔的封孔质量未出现问题，则继续抽采，并对钻孔进行重点监测以对钻孔实施下一步措施；

其中封孔质量检测方法包括：

关闭控制阀，使用封堵件对瓦斯抽采钻孔的孔口进行封堵；

在封堵件上分别插入进气管和排气管，打开进气管阀门和排气阀门，通过所述进气管向所述钻孔的第一孔段注入示踪气体，直至便携式示踪气体检测仪检测到所述排气管排出示踪气体，关闭进气管阀门和排气管阀门；

打开控制阀，使用抽采管进行瓦斯抽采，并使用示踪气体浓度传感器对抽出的气体进行检测，如果检测出示踪气体且示踪气体浓度在阈值内，则判定所述钻孔的封孔质量出现问题，如果未检测出示踪气体，则判定所述钻孔的封孔质量未出现问题。

7.根据权利要求6所述的智能监测装置的使用方法，其特征在于，瓦斯浓度不在阈值内为瓦斯浓度在10天内连续下降至50％以下且10天之后瓦斯浓度不再上升并有继续下降的趋势；瓦斯流量不在阈值内为瓦斯流量在10天内连续下降至0.003m³/min以下且10天之后瓦斯流量不再上升并有继续下降的趋势；抽采负压达不到阈值为瓦斯抽采钻孔内的抽采负压在抽采过程中，其负压值偏离设计值的±5％以上并有持续的衰减变化。

8.根据权利要求6所述的智能监测装置的使用方法，其特征在于，示踪气体浓度在阈值内为所述控制阀打开后的60小时内，所述示踪气体浓度传感器在一段时间内能持续检测出示踪气体，且示踪气体的浓度不小于300ppm。

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