CN114320449A - 基于浓度与负压的瓦斯抽采钻孔漏气监测装置及监测方法 - Google Patents

Abstract

一种基于浓度与负压的瓦斯抽采钻孔漏气监测装置及监测方法，其中监测装置包括探测管和连通弯管，探测管内具有沿其轴向设置的分隔板，分隔板将探测管的内腔均分为至少四个并列设置的监测通道，监测通道的出气口均位于连通弯管，监测通道的进气口位于远离连通弯管的一端，连通弯管上设有与监测通道一一对应的传感器接口，传感器接口用于安装瓦斯参数监测传感器，连通弯管的内壁与探测管的外壁之间设有连通传感器接口与对应的监测通道的连通管。本发明的基于浓度与负压的瓦斯抽采钻孔漏气监测装置及监测方法结构简单，使用方便，实时瓦斯抽采负压及浓度监测，且提高了瓦斯抽采钻孔漏气监测效率。

Description

基于浓度与负压的瓦斯抽采钻孔漏气监测装置及监测方法

技术领域

本发明涉及瓦斯抽采及监测技术领域，具体涉及一种基于浓度与负压的瓦斯抽采钻孔漏气监测装置及监测方法。

背景技术

目前，随着智慧性矿山的建立，瓦斯抽采钻孔监测技术也得到了进一步的发展。煤层瓦斯抽采是防治煤与瓦斯突出的主要技术措施之一，在国内外突出矿井中得到了广泛应用。因此，亟需提出瓦斯抽采钻孔漏气实时监测技术，提高瓦斯抽采钻孔漏气检出效率，实时准确掌握瓦斯抽采钻孔漏气位置。目前，抽采钻孔漏气监测手段主要分为直接监测以及间接监测。

直接监测以瓦斯压力、浓度等测量直观反映抽采状态，推测抽采钻孔漏气原因以及位置。在直接监测方法中，根据瓦斯抽采钻孔密封段力学模型，研究瓦斯抽采钻孔内的气固两相流压力问题，并结合瓦斯压力、浓度等监测设备来判定钻孔内部情况。主要采用瓦检仪、真空表，并搭配可伸缩铜管，测试钻孔内不同位置处的瓦斯浓度、抽采负压等情况，进而根据瓦斯抽采参数，判定钻孔内漏气位置。

间接监测即通过监测裂隙，来确定可能的漏气通道。该方法中，大量学者采用声学手段对裂隙进行识别和定位，并初步探索了裂隙监测理论。此类设备主要分为两类，一类是以声发射为代表的被动监测装置；另外一类为以超声波探测为代表的主动监测装置。针对瓦斯抽采监测，采用主动方式的监测更适用于井下现场。采用主动方式监测的装置，从波速、频谱、幅值等角度研究其随裂隙扩展的演化特征，分析波速与内部裂隙的相关性，利用频谱判定钻孔的稳定性，建立反射波幅值与裂隙扩展的关系。但是这类系统存在分辨率较低的问题，直接应用于现场容易造成漏检误检。为了提高监测系统的分别率，随机信号相关技术、剪切波双折射技术被引入超声波探伤技术中，极大地提高了超声监测系统的使用范围。

上述监测方法及技术在特定的工作环境下都能发挥其应有的作用，但仍存在耗时长，监测效率低下等缺陷。因此，探究瓦斯抽采钻孔实时在线监测技术，对进一步完善瓦斯抽采系统，探查瓦斯漏气通道，提高瓦斯抽采效果，保障矿井安全高效生产，推进煤层气开发都具有重要的基础理论意义和工程应用价值。

发明内容

基于此，本发明提供了一种基于浓度与负压的瓦斯抽采钻孔漏气监测装置及监测方法，以解决现有技术的监测装置存在耗时长，监测效率低下等技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于浓度与负压的瓦斯抽采钻孔漏气监测装置，用于与瓦斯抽采管及瓦斯汇流管配合使用，其特征在于，包括探测管和连通弯管，所述连通弯管用于将所述瓦斯抽采管与所述瓦斯汇流管导通相连，所述探测管位于与所述连通弯管之外并通过一端延伸至所述连通弯管内，当所述连通弯管与所述瓦斯抽采管相连时，所述探测管位于所述连通弯管之外的部分可全部插入到所述瓦斯抽采管内，其中，连通弯管和瓦斯抽采管的内径均大于探测管的外径；

所述探测管内具有沿其轴向设置的分隔板，所述分隔板将所述探测管的内腔均分为至少四个并列设置的监测通道，所述监测通道的出气口均位于所述连通弯管内，所述监测通道的进气口位于远离所述连通弯管的一端，所述进气口由所述探测管的管壁设置筛孔形成，且每个所述监测通道的进气口的位置均不相同；

所述连通弯管上设有与所述监测通道一一对应的传感器接口，所述传感器接口用于安装瓦斯参数监测传感器，所述连通弯管的内壁与所述探测管的外壁之间设有连通所述传感器接口与对应的所述监测通道的连通管；

所述瓦斯抽采管上靠近并连接所述连通弯管的管段为封孔段，当所述连通弯管与所述瓦斯抽采管相连时，所述探测管插入所述瓦斯抽采管内，且所述探测管上距离所述连通弯管最远的一个所述监测通道的进气口位于所述封孔段的管段之外，其余所述监测通道的进气口均位于所述封孔段的管段内

作为本发明的进一步优选技术方案，所述监测通道的数量为四个，所述探测管内分隔其内腔以形成监测通道的分隔板呈十字型。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述连通管与所述监测通道相连通的位置靠近该监测通道的出气口。

作为本发明的进一步优选技术方案，所有所述传感器接口环向设置在所述连通弯管上。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述瓦斯参数监测传感器为瓦斯浓度监测传感器和/或瓦斯抽采负压监测传感器，或者为瓦斯浓度与抽采负压一体式监测传感器。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述探测管的管段中部连接有支撑结构，当所述探测管插入到所述瓦斯抽采管内时，所述支撑结构与所述瓦斯抽采管的内壁接触以对所述探测管进行支撑，以使所述探测管位于所述瓦斯抽采管的中心。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种基于浓度与负压的瓦斯抽采钻孔漏气监测装置的监测方法，包括以下步骤：

S1，按照监测通道的长度的递减顺序，将各监测通道的进气口位置分别标记为A1、A2……An，以及将各监测通道所对应的瓦斯参数监测传感器分别标记为C1、C2……Cn，其中，n为监测通道的数量，n大于或等于4，C1所对应的监测通道的长度最短，且A1位于瓦斯抽采管的封孔段的管段之外，A2-An位于瓦斯抽采管的封孔段的管段之内；

S2，实时获取所有瓦斯参数监测传感器的监测数据，所述监测数据为瓦斯浓度值和/或瓦斯抽采负压值；

S3，将C1的监测数据作为参考值，将C2-Cn的监测数据分别与该参考值进行比较：

若C2-Cn中任一监测数据小于参考值，且差值大于预设阈值，则判定为瓦斯抽采钻孔的封堵段的密封质量不合格，否则，则判定为瓦斯抽采钻孔的封堵段的密封质量合格，所述封堵段由瓦斯抽采钻孔与瓦斯抽采管的封孔段之间填充的封堵材料形成；

S4，当判定为瓦斯抽采钻孔的封堵段的密封质量不合格时，查找C2-Cn中监测数据与参考值的差值大于预设阈值的瓦斯参数监测传感器，并判定以该瓦斯参数监测传感器所对应的监测通道的进气口为起点，从该起点至瓦斯抽采钻孔的外侧孔口所对应的封堵段的区段存在漏气。

本发明的基于浓度与负压的瓦斯抽采钻孔漏气监测装置及监测方法，通过采用上述技术方案，可以达到如下有益效果：

1）本发明通过将探测管均分为多个长度均不相同的监测通道，当探测管伸入瓦斯抽采管后，各监测通道的进气口分布在瓦斯抽采管内的不同位置，在通过对每个监测通道内的瓦斯抽采负压及浓度进行实时监测，从而可对瓦斯抽采钻孔的封孔质量进行实时监测，以及对封堵段是否存在漏气进行判定；

2）本发明的基于浓度与负压的瓦斯抽采钻孔漏气监测装置结构简单，使用方便，且提高了瓦斯抽采钻孔漏气监测效率，可实时准确掌握瓦斯抽采钻孔漏气位置；

2）本发明可实时在线对瓦斯抽采浓度及负压进行监测，无需人工辅助操作，省事省力，且相比人工监测，监测数据更加可靠。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明基于浓度与负压的瓦斯抽采钻孔漏气监测装置提供的一实例的结构示意图；

图2为本发明基于浓度与负压的瓦斯抽采钻孔漏气监测装置提供的一实例的应用示意图；

图3为图2的监测装置的横截面示意图。

图中：1、瓦斯抽采钻孔，2、煤层，3、封堵段，4、瓦斯抽采管，5、探测管，6、支撑结构，7、分隔板，8、传感器接口，9、连通管，10和连通弯管，11、瓦斯汇流管。

本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。较佳实施例中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1-3所示，本发明提供了一种基于浓度与负压的瓦斯抽采钻孔漏气监测装置，用于瓦斯抽采时对煤层2中瓦斯抽采钻孔1的封孔质量进行实时监测，该封孔质量取决于瓦斯抽采钻孔1的孔壁与瓦斯抽采管4的外壁之间封堵段3的密封程度，其中瓦斯抽采管4上与该封堵段3相对应的管段定义为封孔段。

该监测装置包括探测管5和连通弯管10，所述连通弯管10的管径和所述瓦斯抽采管4的管径均大于所述探测管5的管径，所述探测管5位于所述连通弯管10外并通过一端延伸至所述连通弯管10内，所述探测管5内具有沿其轴向设置的呈十字型的分隔板7，所述分隔板7将所述探测管5的内腔均分为四个并列设置的监测通道，所述监测通道的出气口均位于所述连通弯管10，所述监测通道的进气口位于远离所述连通弯管10的一端，所述进气口由所述探测管5的管壁设置筛孔形成，且每个所述监测通道的进气口的位置均不相同，所述连通弯管10上设有与所述监测通道一一对应的传感器接口8，传感器接口8用于安装瓦斯参数监测传感器，所有所述传感器接口8环向均布设在所述连通弯管10上，该瓦斯参数监测传感器用于抽采负压与瓦斯浓度监测。

所述连通弯管10与所述探测管5之间的环形腔体之间设有连通所述传感器接口8与对应的所述监测通道的连通管9，所述连通管9与所述监测通道相连通的位置靠近该监测通道的出气口。

所述连通弯管10的一端用于瓦斯抽采时与所述瓦斯抽采管4连接，另一端用于连接瓦斯抽采系统中的瓦斯汇流管11，该瓦斯汇流管11在负压机的作用下使瓦斯汇流管11和连通弯管10、瓦斯抽采管4的管道内均产生负压，每次内的瓦斯气体在负压作用下被瓦斯抽采管4抽采出，并经连通弯管10流向瓦斯汇流管11内。

当所述连通弯管10与所述瓦斯抽采管4相连时，所述探测管5位于所述连通弯管10之外的部分全部插入到所述瓦斯抽采管4内，所述瓦斯抽采管4上靠近并连接所述连通弯管10的管段为封孔段，瓦斯抽采过程在负压作用下，瓦斯抽采管4内大部分瓦斯气流经瓦斯抽采管4与探测管5之间的环形腔体流出到连通弯管10，另外一部分则经各个监测通道流出到连通弯管10。

由于各个监测通道的进气口与出气口之间为密封的通道，并在抽采负压作用下，瓦斯参数监测传感器采集到的瓦斯气体的负压及浓度为对应监测通道的进气口的位置的负压及浓度，各监测通道的进气口分部位置不同，且至少一个监测通道的进气口穿过封孔段并位于封孔段的管段之外，从而可实现对瓦斯抽采管4内，特别是封孔段内不同位置的抽采负压及瓦斯浓度进行监测，瓦斯抽采管4内抽采负压及瓦斯浓度的分布情况与瓦斯抽采钻孔1的封孔质量有关，通过实时获取瓦斯参数监测传感器的监测数据并对监测值进行分析，从而可实现对瓦斯抽采钻孔1的封孔质量进行实时监测，以及对封堵段3是否存在漏气进行判定。

在一具体实施中，所述探测管5的管段中部连接有支撑结构6，当所述探测管5插入到所述瓦斯抽采管4内时，所述支撑结构6与所述瓦斯抽采管4的内壁接触以对所述探测管5进行支撑，保证探测管沿轴向处于瓦斯抽采管4，这样使得其处于瓦斯抽采钻孔1的中心位置，避免管道内水等杂质进入监测通道而流入到瓦斯参数监测传感器，造成监测误差以及瓦斯参数监测传感器损坏。

本发明还提供了一种基于浓度与负压的瓦斯抽采钻孔漏气监测装置的监测方法，该监测方法包括以下步骤：

S1，按照监测通道的长度的递减顺序，将各监测通道的进气口位置分别标记为A1、A2……An，以及将各监测通道所对应的瓦斯参数监测传感器分别标记为C1、C2……Cn，其中，n为监测通道的数量，n大于或等于4，C1所对应的监测通道的长度最短，且A1位于瓦斯抽采管的封孔段的管段之外，A2-An位于瓦斯抽采管的封孔段的管段之内；

S2，实时获取所有瓦斯参数监测传感器的监测数据，所述监测数据为瓦斯浓度值和/或瓦斯抽采负压值；

S3，将C1的监测数据作为参考值，将C2-Cn的监测数据分别与该参考值进行比较：

若C2-Cn中任一监测数据小于参考值，且差值大于预设阈值，则判定为瓦斯抽采钻孔的封堵段的密封质量不合格，否则，则判定为瓦斯抽采钻孔的封堵段的密封质量合格，所述封堵段由瓦斯抽采钻孔与瓦斯抽采管的封孔段之间填充的封堵材料形成；

S4，当判定为瓦斯抽采钻孔的封堵段的密封质量不合格时，查找C2-Cn中监测数据与参考值的差值大于预设阈值的瓦斯参数监测传感器，并判定以该瓦斯参数监测传感器所对应的监测通道的进气口为起点，从该起点至瓦斯抽采钻孔的外侧孔口所对应的封堵段的区段存在漏气。

例如，瓦斯参数监测传感器为四个，按照监测通道的长度的递减顺序，四个瓦斯参数监测传感器分别标记为C1、C2、C3、C4，监测通道的进气口位置分别标记为A1、A2、A3、A4，以瓦斯浓度值作为监测数据，将C1的监测数据作为参考值，将C2-C4的监测数据分别与该参考值进行比较，若C2小于C1且两者差值不大于预设阈值，而C3小于C1且两者差值大于预设阈值，则判断C3所对应位置至瓦斯抽采钻孔的外侧孔口所对应的封堵段的区段存在漏气，因存在漏气，使外部空气进入瓦斯抽采管内，从而使其内部的瓦斯浓度及抽采负压相对A1位置要有所降低。

通过多瓦斯参数监测传感器进行判断，可大致找出漏气区段位置，且瓦斯参数监测传感器数量越多，漏气位置的定位越精确，以便找到漏气位置后重新对封堵段进行加固处理。

预设阈值为瓦斯参数监测传感器C2-Cn与瓦斯参数监测传感器C1进行瓦斯浓度值和/或瓦斯抽采负压值进行比较，来判断是否超出所需范围。

在具体实施中，预设阈值可根据现场实际需求进行选取，由于各瓦斯参数监测传感器所对应的检测区段不同，会存在一定的偏差，通常阈值选比零大的数值。同样，根据对密封段中密封要求的不同，如所需密封要求较高，阈值设定相对较小，反之，如所需密封要求较低，阈值设定相对较大。阈值的具体设定，需结合上述要求并根据现场调试后的情况进行选择，在此不做详细介绍。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式做出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (7)

1.一种基于浓度与负压的瓦斯抽采钻孔漏气监测装置，用于与瓦斯抽采管及瓦斯汇流管配合使用，其特征在于，包括探测管和连通弯管，所述连通弯管用于将所述瓦斯抽采管与所述瓦斯汇流管导通相连，所述探测管位于与所述连通弯管之外并通过一端延伸至所述连通弯管内，当所述连通弯管与所述瓦斯抽采管相连时，所述探测管位于所述连通弯管之外的部分可全部插入到所述瓦斯抽采管内，其中，连通弯管和瓦斯抽采管的内径均大于探测管的外径；

所述探测管内具有沿其轴向设置的分隔板，所述分隔板将所述探测管的内腔均分为至少四个并列设置的监测通道，所述监测通道的出气口均位于所述连通弯管内，所述监测通道的进气口位于远离所述连通弯管的一端，所述进气口由所述探测管的管壁设置筛孔形成，且每个所述监测通道的进气口的位置均不相同；

所述连通弯管上设有与所述监测通道一一对应的传感器接口，所述传感器接口用于安装瓦斯参数监测传感器，所述连通弯管的内壁与所述探测管的外壁之间设有连通所述传感器接口与对应的所述监测通道的连通管；

所述瓦斯抽采管上靠近并连接所述连通弯管的管段为封孔段，当所述连通弯管与所述瓦斯抽采管相连时，所述探测管插入所述瓦斯抽采管内，且所述探测管上距离所述连通弯管最远的一个所述监测通道的进气口位于所述封孔段的管段之外，其余所述监测通道的进气口均位于所述封孔段的管段内。

2.根据权利要求1所述的基于浓度与负压的瓦斯抽采钻孔漏气监测装置，其特征在于，所述监测通道的数量为四个，所述探测管内分隔其内腔以形成监测通道的分隔板呈十字型。

3.根据权利要求1所述的基于浓度与负压的瓦斯抽采钻孔漏气监测装置，其特征在于，所述连通管与所述监测通道相连通的位置靠近该监测通道的出气口。

4.根据权利要求1所述的基于浓度与负压的瓦斯抽采钻孔漏气监测装置，其特征在于，所有所述传感器接口环向设置在所述连通弯管上。

5.根据权利要求1所述的基于浓度与负压的瓦斯抽采钻孔漏气监测装置，其特征在于，所述瓦斯参数监测传感器为瓦斯浓度监测传感器和/或瓦斯抽采负压监测传感器，或者为瓦斯浓度与抽采负压一体式监测传感器。

6.根据权利要求1所述的基于浓度与负压的瓦斯抽采钻孔漏气监测装置，其特征在于，所述探测管的管段中部连接有支撑结构，当所述探测管插入到所述瓦斯抽采管内时，所述支撑结构与所述瓦斯抽采管的内壁接触以对所述探测管进行支撑，以使所述探测管位于所述瓦斯抽采管的中心。

7.一种采用权利要求1-6任一项所述的基于浓度与负压的瓦斯抽采钻孔漏气监测装置的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，按照监测通道的长度的递减顺序，将各监测通道的进气口位置分别标记为A1、A2……An，以及将各监测通道所对应的瓦斯参数监测传感器分别标记为C1、C2……Cn，其中，n为监测通道的数量，n大于或等于4，C1所对应的监测通道的长度最短，且A1位于瓦斯抽采管的封孔段的管段之外，A2-An位于瓦斯抽采管的封孔段的管段之内；

S2，实时获取所有瓦斯参数监测传感器的监测数据，所述监测数据为瓦斯浓度值和/或瓦斯抽采负压值；

S3，将C1的监测数据作为参考值，将C2-Cn的监测数据分别与该参考值进行比较：

若C2-Cn中任一监测数据小于参考值，且差值大于预设阈值，则判定为瓦斯抽采钻孔的封堵段的密封质量不合格，否则，则判定为瓦斯抽采钻孔的封堵段的密封质量合格，所述封堵段由瓦斯抽采钻孔与瓦斯抽采管的封孔段之间填充的封堵材料形成；

S4，当判定为瓦斯抽采钻孔的封堵段的密封质量不合格时，查找C2-Cn中监测数据与参考值的差值大于预设阈值的瓦斯参数监测传感器，并判定以该瓦斯参数监测传感器所对应的监测通道的进气口为起点，从该起点至瓦斯抽采钻孔的外侧孔口所对应的封堵段的区段存在漏气。

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