CN114624071A - 一种煤层瓦斯含量随钻多点自动测定装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种煤层瓦斯含量随钻多点自动测定装置及方法，属于煤炭开采及煤矿安全技术领域，位于定向钻机的测量探管与孔底马达之间，包括管体，管体内设有能够沿其轴向运动的煤样采集装置，以及使煤样采集装置复位的复位机构；煤样采集装置包括自管体靠近测量探管一端顺次设置且固定连接的活塞、煤样罐和滑套；活塞的空腔内设有与定向钻机的孔口监视器连接的压力传感器；活塞上开设有连通其空腔与煤样罐的透气孔；煤样罐的周向设有煤样罐进煤口和煤样罐排煤口，煤样罐排煤口处设有活动盖板，活动盖板连接有可使其向外打开的打开机构；管体对应滑套的位置设有呈错开布置的管体进煤口和管体排煤口。本发明实现了煤层瓦斯含量的随钻多点自动测定。
Description
技术领域
本发明属于煤炭开采及煤矿安全技术领域，涉及一种煤层瓦斯含量随钻多点自动测定装置及方法。
背景技术
煤与瓦斯突出，即破碎的煤、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，是在煤矿生产中不可忽略的自然灾害，严重威胁着煤矿的安全生产。
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指标之一，煤层瓦斯含量采样，最常使用的是通过钻孔取出的煤样装入密封罐，从中取出部分借助解析仪器测定煤样中瓦斯解析量，但此方法在钻取过程中煤样因暴露而损失的瓦斯量难以估计，而造成较大的误差。
随着定向钻进技术的成熟，在定向钻进中集成煤层瓦斯含量随钻多点自动测定技术，可达到更准确高效的煤层定量瓦斯含量测量的目的。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种煤层瓦斯含量随钻多点自动测定装置及方法，以实现煤层瓦斯含量的随钻多点自动测定。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种煤层瓦斯含量随钻多点自动测定装置，位于定向钻机的测量探管与孔底马达之间，包括两端分别与通缆钻杆和孔底马达连接的管体，管体内设有能够沿其轴向运动的煤样采集装置，以及使煤样采集装置复位的复位机构；煤样采集装置包括自管体靠近测量探管一端顺次设置且固定连接的活塞、煤样罐和滑套；活塞具有空腔，空腔内设有与定向钻机的孔口监视器连接的压力传感器；活塞靠近煤样罐一端开设有连通活塞空腔与煤样罐的透气孔；煤样罐的周向设有煤样罐进煤口和煤样罐排煤口，煤样罐排煤口处设有活动盖板，活动盖板连接有可使其向外打开的打开机构；管体对应滑套的位置设有管体进煤口和管体排煤口；管体进煤口和管体排煤口错开设置，且管体进煤口靠近煤样罐；活塞在水压压力N1作用下向孔底马达移动以使煤样罐进煤口与管体进煤口对齐；活塞在水压压力N2作用下向孔底马达移动以使煤样罐排煤口与管体排煤口对齐，且N2＞N1。
可选地，所述活塞包括顺次设置且固定连接的活塞本体、隔水罩、压盖和活塞杆；活塞本体呈盘状且外径与管体内径匹配，活塞本体上开设有至少一个活塞本体过水孔；隔水罩包括外径小于管体内径的筒体和设置在筒体内的横向隔板以将筒体分割为两个腔体，朝向活塞本体一侧的腔体与活塞本体围成过水腔，过水腔的侧壁上设有至少一个过水腔过水孔，过水腔过水孔与设置在管体壁中的通水孔连通，通水孔的另一端与孔底马达的进水口连通；另一腔体与压盖围成保护腔，压力传感器位于保护腔内；压盖的最大径与管体内径匹配。
可选地，所述复位机构包括套设在活塞杆上的复位弹簧，复位弹簧一端通过压盖限位，另一端通过固定在在管体内壁的限位环限位。
可选地，所述打开机构为扭簧。
可选地，所述透气孔处设有防水防尘透气膜。
可选地，所述管体进煤口处设置有双层煤样过筛网。
一种煤层瓦斯含量随钻多点自动测定方法，应用上述所述的一种煤层瓦斯含量随钻多点自动测定装置，包括以下步骤：
A、正常钻进，用于提供高压水的高压水泵处于低压状态，高压水经通缆钻杆到达煤层瓦斯含量随钻多点自动测定装置，高压水无法推动活塞，煤样罐处于初始状态，此时煤样罐进煤口被封闭；
B、当钻进到指定瓦斯测量位置时，将高压水泵调至中压状态，高压水推动活塞前进，至煤样罐被推到管体进煤口处，以使煤屑进入煤样罐内；经过一定时间，煤样罐内的煤屑质量到达设定值，此时将高压水泵调至低压状态，活塞复位，煤样罐回到初始位置，煤屑在封闭的环境中解析瓦斯，且通过压力传感器采集数据并将数据传输至孔口监视器；
C、待完成数据收集存储后，将高压水泵调至高压状态，高压水推动活塞前进，至煤样罐被推到管体排煤口，煤样罐的活动盖板打开，通过管体排煤口将已解吸过的煤屑排出；随后将高压水泵调至低压位，活塞复位，煤样罐回到初始位置；
D、重复顺次执行步骤A、B、C，直至完成所有点位的煤层瓦斯含量随钻自动测定。
本发明的有益效果在于：实现了煤层瓦斯含量随钻多点自动测定，具有效率高、可靠性高的优势。
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为本发明的随钻多点自动测定装置的应用示意图；
图2为本发明的随钻多点自动测定装置的初始状态示意图一；
图3为本发明的随钻多点自动测定装置的初始状态示意图二；
图4为本发明的随钻多点自动测定装置的进煤状态结构示意图；
图5为本发明的随钻多点自动测定装置的排煤状态结构示意图。
附图标记：高压水泵1、孔口监视器2、钻机本体3、通缆钻杆4、随钻多点自动测定装置5、测量探管6、孔底马达7、接头501、活塞本体502、隔水罩503、压力传感器504、压盖505、弹簧506、防水防尘透气膜507、双层煤样过筛网508、滑套509、螺旋槽510、活塞本体过水孔511、煤样罐512、活动盖板513、管体排煤口514。
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。
参阅图1～5，一种煤层瓦斯含量随钻多点自动测定装置5，位于定向钻机的测量探管6与孔底马达7之间，包括两端分别与通缆钻杆4和孔底马达7连接的管体，管体内设有能够沿其轴向运动的煤样采集装置，以及使煤样采集装置复位的复位机构；煤样采集装置包括自管体靠近测量探管6一端顺次设置且固定连接的活塞、煤样罐512和滑套509；活塞本体具有空腔，空腔内设有与定向钻机的孔口监视器2连接的压力传感器504；活塞本体靠近煤样罐512一端开设有连通活塞空腔与煤样罐512的透气孔；煤样罐512的周向设有煤样罐进煤口和煤样罐排煤口，煤样罐排煤口处设有活动盖板513，活动盖板513连接有可使其向外打开的打开机构；管体对应滑套509的位置设有管体进煤口和管体排煤口514；管体进煤口和管体排煤口514错开设置，且管体进煤口靠近煤样罐512；活塞本体在水压压力N1作用下向孔底马达7移动以使煤样罐进煤口与管体进煤口对齐；活塞本体在水压压力N2作用下向孔底马达7移动以使煤样罐排煤口与管体排煤口514对齐，且N2＞N1。
本发明的随钻多点自动测定装置5与定向钻机匹配安装。定向钻机由钻机本体3、通缆钻杆4、高压水泵1、孔底马达7、测量探管6及孔口监视器2组成，其中，测量探管6位于通缆钻杆4内。该随钻多点自动测定装置5一端与通缆钻杆4连接固定，另一端与孔底马达7连接匹配。本发明的管体可为分体结构，包括螺纹连接的管体本体和接头501，接头501的另一端与通缆钻杆4螺纹连接，管体本体的另一端与孔底马达7连接匹配。
本发明的多点自动测定装置与定向钻机配套安装，能够实现多点自动测定瓦斯含量的目的；并通过在随钻多点自动测定装置5中设置包括高精度压力传感器504等测量原件，实现了自动随钻随测，进而实现更准确高效地测定煤层定量瓦斯含量的目的。
可选地，活塞包括顺次设置且固定连接的活塞本体502、隔水罩503、压盖505和活塞杆；活塞本体502呈盘状且外径与管体内径匹配，活塞本体502上开设有至少一个活塞本体过水孔511；隔水罩503包括外径小于管体内径的筒体和设置在筒体内的横向隔板以将筒体分割为两个腔体，朝向活塞本体502一侧的腔体与活塞本体502围成过水腔，过水腔的侧壁上设有至少一个过水腔过水孔，过水腔过水孔与设置在管体壁中的通水孔连通，通水孔为高压水的输送通道，通水孔的另一端与孔底马达7的进水口连通；另一腔体与压盖505围成保护腔，压力传感器504位于保护腔内；压盖505为阶梯轴，最大径与管体内径匹配，两端伸入被连接件内且与其固定连接。
可选地，复位机构包括套设在活塞杆上的复位弹簧506，复位弹簧506一端通过压盖505限位，另一端通过固定在在管体内壁的限位环限位。
可选地，打开机构为扭簧。本发明的活动盖板513向管体外侧打开，扭簧套设在活动盖板513的转动轴上，由于扭簧在排煤前一直处于被压缩状态，因此活动盖板513一直存在向管体外侧打开的趋势。
可选地，透气孔处设有防水防尘透气膜507。
可选地，管体进煤口处设置有双层煤样过筛网508。
可选地，管体外侧周向具有螺旋槽510，螺旋槽510的横截面为倒梯形结构。
一种煤层瓦斯含量随钻多点自动测定方法，应用上述所述的一种煤层瓦斯含量随钻多点自动测定装置5，包括以下步骤：
A、正常钻进，高压水泵1提供的高压水经通缆钻杆4到达煤层瓦斯含量随钻多点自动测定装置，经过水孔流入煤层瓦斯含量随钻多点自动测定装置本体内，此时高压水泵1处于低压状态，高压水无法推动活塞本体，弹簧506未被压缩，煤样罐512处于初始状态，此时煤样罐进煤口被封闭。
B、当钻进到指定瓦斯测量位置时，定向钻机的控制系统将高压水泵1调至中压状态，以提高高压水泵1的压力到达中压工作状态，活塞本体推动压缩弹簧506，煤样罐512被推到管体进煤口处，煤屑通过双层煤样过筛网508到达煤样罐512内，经过一定时间，煤样罐512内的煤屑质量到达设定值，此时将高压水泵1调到低压，弹簧506反推活塞本体，煤样罐512回到初始位置，煤屑在封闭的环境中，煤屑开始解析瓦斯，压力高精度压力传感器504开始收集数据，并将测量数据传输至孔口监视器2。
C、完成数据收集存储后，定向钻机的控制系统将高压水泵1调至高压状态，活塞本体推动压缩弹簧506，将煤样罐512推到管体排煤口514，煤样罐512下侧的活动盖板513打开，通过管体排煤口514将已解吸过的煤屑排出。随后高压水泵1调到低压挡位，煤样罐512回到初始位置。至此完成一个点位的煤层瓦斯含量测定
D、重复顺次执行步骤A、B、C，直至完成所有点位的煤层瓦斯含量随钻自动测定。
本发明通过在定向钻进技术中集成煤层瓦斯含量随钻多点自动测定装置，实现了自动随钻随测，进而实现更准确高效地测定煤层定量瓦斯含量的目的。
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 (7)
1.一种煤层瓦斯含量随钻多点自动测定装置，其特征在于：位于定向钻机的测量探管与孔底马达之间，包括两端分别与通缆钻杆和孔底马达连接的管体，管体内设有能够沿其轴向运动的煤样采集装置，以及使煤样采集装置复位的复位机构；煤样采集装置包括自管体靠近测量探管一端顺次设置且固定连接的活塞、煤样罐和滑套；活塞具有空腔，空腔内设有与定向钻机的孔口监视器连接的压力传感器；活塞靠近煤样罐一端开设有连通活塞空腔与煤样罐的透气孔；煤样罐的周向设有煤样罐进煤口和煤样罐排煤口，煤样罐排煤口处设有活动盖板，活动盖板连接有可使其向外打开的打开机构；管体对应滑套的位置设有管体进煤口和管体排煤口；管体进煤口和管体排煤口错开设置，且管体进煤口靠近煤样罐；活塞在水压压力N1作用下向孔底马达移动以使煤样罐进煤口与管体进煤口对齐；活塞在水压压力N2作用下向孔底马达移动以使煤样罐排煤口与管体排煤口对齐，且N2＞N1。
2.根据权利要求1所述的一种煤层瓦斯含量随钻多点自动测定装置，其特征在于：所述活塞包括顺次设置且固定连接的活塞本体、隔水罩、压盖和活塞杆；活塞本体呈盘状且外径与管体内径匹配，活塞本体上开设有至少一个活塞本体过水孔；隔水罩包括外径小于管体内径的筒体和设置在筒体内的横向隔板以将筒体分割为两个腔体，朝向活塞本体一侧的腔体与活塞本体围成过水腔，过水腔的侧壁上设有至少一个过水腔过水孔，过水腔过水孔与设置在管体壁中的通水孔连通，通水孔的另一端与孔底马达的进水口连通；另一腔体与压盖围成保护腔，压力传感器位于保护腔内；压盖的最大径与管体内径匹配。
3.根据权利要求2所述的一种煤层瓦斯含量随钻多点自动测定装置，其特征在于：所述复位机构包括套设在活塞杆上的复位弹簧，复位弹簧一端通过压盖限位，另一端通过固定在在管体内壁的限位环限位。
4.根据权利要求1所述的一种煤层瓦斯含量随钻多点自动测定装置，其特征在于：所述打开机构为扭簧。
5.根据权利要求1所述的一种煤层瓦斯含量随钻多点自动测定装置，其特征在于：所述透气孔处设有防水防尘透气膜。
6.根据权利要求1所述的一种煤层瓦斯含量随钻多点自动测定装置，其特征在于：所述管体进煤口处设置有双层煤样过筛网。
7.一种煤层瓦斯含量随钻多点自动测定方法，应用如权利要求1-6任一所述的一种煤层瓦斯含量随钻多点自动测定装置，其特征在于，包括以下步骤：
A、正常钻进，用于提供高压水的高压水泵处于低压状态，高压水经通缆钻杆到达煤层瓦斯含量随钻多点自动测定装置，高压水无法推动活塞，煤样罐处于初始状态，此时煤样罐进煤口被封闭；
B、当钻进到指定瓦斯测量位置时，将高压水泵调至中压状态，高压水推动活塞前进，至煤样罐被推到管体进煤口处，以使煤屑进入煤样罐内；经过一定时间，煤样罐内的煤屑质量到达设定值，此时将高压水泵调至低压状态，活塞复位，煤样罐回到初始位置，煤屑在封闭的环境中解析瓦斯，且通过压力传感器采集数据并将数据传输至孔口监视器；
C、待完成数据收集存储后，将高压水泵调至高压状态，高压水推动活塞前进，至煤样罐被推到管体排煤口，煤样罐的活动盖板打开，通过管体排煤口将已解吸过的煤屑排出；随后将高压水泵调至低压位，活塞复位，煤样罐回到初始位置，至此完成一个点位的煤层瓦斯含量测定；
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|---|---|---|---|---|
| CN115824701A (zh) * | 2022-12-22 | 2023-03-21 | 太原理工大学 | 一种冲击式煤层随钻定点无损取样装置及方法 |
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| CN115824701A (zh) * | 2022-12-22 | 2023-03-21 | 太原理工大学 | 一种冲击式煤层随钻定点无损取样装置及方法 |
| CN115824701B (zh) * | 2022-12-22 | 2023-08-15 | 太原理工大学 | 一种冲击式煤层随钻定点无损取样装置及方法 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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