CN114961696A - 一种本煤层定向长钻孔孔内瓦斯参数检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种本煤层定向长钻孔孔内瓦斯参数检测方法，包括步骤一、在本煤层轨道顺槽侧施工定向长钻孔；二、在本煤层的皮带顺槽侧施工多个均与定向长钻孔交叉设置的辅助测试钻孔；三、设置定向长钻孔内的瓦斯参数检测点；四、将传感器检测组件通过钻机推送至瓦斯参数检测点；五、采用封孔组件将辅助测试钻孔密封；六、通过传感器检测组件实时检测定向长钻孔内的瓦斯参数，并通过测得的参数变化情况分析煤层瓦斯赋存规律。本发明能够对整个定向长钻孔的孔内瓦斯特征参数进行监测，为定向长钻孔的最佳长度、位置与钻进工艺等关键参数的确定提供基础和依据，以及利用特征参数变化情况分析煤层瓦斯赋存规律，效果显著，便于推广。
Description
技术领域
本发明属于煤矿瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种本煤层定向长钻孔孔内瓦斯参数检测方法。
背景技术
矿井瓦斯灾害是威胁煤矿安全生产的重大灾害之一，但同时瓦斯又是一种储量非常丰富的清洁能源。现今，我国大多数煤矿都在通过抽采来防治瓦斯灾害，这不仅可以保障煤炭资源的安全开采、促进矿井瓦斯这一高效洁净能源的利用，还可以保护环境，实现煤矿瓦斯抽采与利用的多重效益。
目前煤矿井下定向钻进技术得到广泛应用和发展，对于本煤层瓦斯的区域、大面积抽采的治理，采用采前预抽瓦斯的方法，但随着定向长钻孔长度的不断增加，煤层内的各个区域的瓦斯赋存不尽相同，以及瓦斯抽采所受到复杂地质环境的影响，使得各钻孔的瓦斯抽采效果存在差异，其单孔孔内各区段的瓦斯抽采效果也难以估量。现有技术中，由于井下技术条件的制约，传统的瓦斯抽采监测系统已无法满足实际的工程需要，缺乏直接监测数据的依据，使其对于瓦斯抽采定向长钻孔的关键特征参数掌握的不到位，具体的特征参数如孔内不同深度的抽采负压、孔内温度、瓦斯浓度等参数，缺乏对于定向长钻孔孔内关键瓦斯参数的检测方法。
另外，煤层透气性、钻孔直径、封孔深度、孔口负压等是影响煤矿瓦斯抽采效果的众多因素。定向长钻孔长度的合理设计会直接影响到预抽瓦斯的抽采效果，如果能在孔内的某个区间进行监测，借用所监测的数据可以判别瓦斯抽采效果，进一步对定向长钻孔最佳长度的设计工艺提供科学依据。因此掌握瓦斯抽采系统中定向长钻孔孔内的关键特征参数显得极为重要，其各参数之间的协调相适应，才会使瓦斯抽采达到理想的效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种本煤层定向长钻孔孔内瓦斯参数检测方法，其方法步骤简单，设计合理，实现方便，能够对整个定向长钻孔的孔内瓦斯特征参数进行监测，利用所得的监测数据，为定向长钻孔的最佳长度、位置与钻进工艺等关键参数的确定提供基础和依据，以及利用特征参数变化情况分析煤层瓦斯赋存规律，效果显著，便于推广。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种本煤层定向长钻孔孔内瓦斯参数检测方法，包括以下步骤：
步骤一、在本煤层轨道顺槽侧施工定向长钻孔；
步骤二、在本煤层的皮带顺槽侧施工多个均与定向长钻孔交叉设置的辅助测试钻孔；
步骤三、设置定向长钻孔内的瓦斯参数检测点；
步骤四、将传感器检测组件通过钻机推送至所述瓦斯参数检测点；
步骤五、采用封孔组件将辅助测试钻孔密封；
步骤六、通过传感器检测组件实时检测定向长钻孔内的瓦斯参数，并通过测得的参数变化情况分析煤层瓦斯赋存规律。
上述的一种本煤层定向长钻孔孔内瓦斯参数检测方法，步骤二中所述辅助测试钻孔在皮带顺槽钻场内开孔，在本煤层中钻进，且辅助测试钻孔面向工作面内。
上述的一种本煤层定向长钻孔孔内瓦斯参数检测方法，所述辅助测试钻孔的孔径为94mm。
上述的一种本煤层定向长钻孔孔内瓦斯参数检测方法，相邻所述辅助测试钻孔的间距根据所述定向长钻孔的长度和定向长钻孔内瓦斯参数检测需求进行划分。
上述的一种本煤层定向长钻孔孔内瓦斯参数检测方法，步骤三中所述定向长钻孔内的瓦斯参数检测点位于定向长钻孔与辅助测试钻孔交叉处的长钻孔孔内，且所述瓦斯参数检测点与皮带顺槽的水平距离大于30m。
上述的一种本煤层定向长钻孔孔内瓦斯参数检测方法，步骤四中所述传感器检测组件包括用于伸入煤层钻孔内的传感器固定舱和设置在煤层钻孔外的数据处理器，所述传感器固定舱内设置有用于检测煤层钻孔内瓦斯参数的多种传感器，所述传感器固定舱的一端连接有穿线管，所述穿线管内贯穿有信号线缆，所述信号线缆的一端与传感器连接，所述信号线缆的另一端与数据处理器的输入端连接，所述数据处理器的输出端连接有显示器。
上述的一种本煤层定向长钻孔孔内瓦斯参数检测方法，所述传感器固定舱的形状为椭球形，所述传感器固定舱上设置有多个透气孔。
上述的一种本煤层定向长钻孔孔内瓦斯参数检测方法，所述多种传感器包括用于检测煤层钻孔内瓦斯压力的压力传感器、用于检测煤层钻孔内瓦斯流量的流量传感器和用于检测煤层钻孔内瓦斯浓度的浓度传感器，所述压力传感器、流量传感器和浓度传感器均通过信号线缆与数据处理器的信号输入端连接。
上述的一种本煤层定向长钻孔孔内瓦斯参数检测方法，所述信号线缆的数量为多根，且每根信号线缆对应一个传感器，多根所述信号线缆通过弹性橡胶管严密包裹；所述穿线管采用弹性橡胶管，且在弹性橡胶管的外层设置抗磨保护层。
上述的一种本煤层定向长钻孔孔内瓦斯参数检测方法，步骤六中所述通过传感器检测组件实时检测定向长钻孔内的瓦斯参数，并通过测得的参数变化情况分析煤层瓦斯赋存规律的具体过程包括：所述定向长钻孔内的瓦斯气体经过透气孔进入传感器固定舱内，所述压力传感器、流量传感器和浓度传感器实时检测瓦斯压力、瓦斯流量和瓦斯浓度，并通过信号线缆传输至孔外的数据处理器，进行数据存储和显示，生成瓦斯参数检测点处的孔内关键特征参数的变化曲线；所述数据处理器不断存储记录随时间变化的各个特征参数，分析各个特征参数的分布规律。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明方法步骤简单，设计合理，实现方便。
2、本发明能够检测定向长钻孔中不同位置的孔内抽采负压、瓦斯流量、瓦斯浓度等关键参数，能够真实反应瓦斯抽采效果。
3、本发明密封性好，检测精度高，能够实现对煤层钻孔内瓦斯关键参数的实时监测。
4、本发明能够基于瓦斯渗流和应力平衡特征，并以所在煤层的煤吸附特性为基础，建立几何模型，模拟煤层中的定向长钻孔的真实分布，通过辅助测试钻孔所测的孔内关键特征参数的监测数据进一步去验证所建模型的准确性和有效性，为定向长钻孔设计和瓦斯抽采提供科学指导，保证煤矿安全高效开采的目的。
5、本发明所施工的辅助测试钻孔深度小，施工难度与施工周期大幅降低，同时缩短了测量时间，便于对定向长钻孔孔内不同位置的多种特征参数的测定，能够对整个定向长钻孔的孔内任意区间的瓦斯特征参数进行监测，利用所得的监测数据，可以为定向长钻孔的最佳长度、位置与钻进工艺等关键参数的确定提供基础和依据，以及利用特征参数变化情况分析煤层瓦斯赋存规律，效果显著，便于推广。
综上所述，本发明方法步骤简单，设计合理，实现方便，能够对整个定向长钻孔的孔内瓦斯特征参数进行监测，利用所得的监测数据，为定向长钻孔的最佳长度、位置与钻进工艺等关键参数的确定提供基础和依据，以及利用特征参数变化情况分析煤层瓦斯赋存规律，效果显著，便于推广。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明孔内瓦斯参数检测示意图；
图3为本发明传感器检测组件的检测原理框图。
附图标记说明:
1—传感器固定舱； 2—数据处理器； 3—穿线管；
4—显示器； 5—透气孔； 6—压力传感器；
7—流量传感器； 8—浓度传感器； A—定向长钻孔；
B—辅助测试钻孔； 11—注浆管； 12—出浆管；
13—囊袋； 14—注浆填充材料。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明的本煤层定向长钻孔孔内瓦斯参数检测方法，包括以下步骤：
步骤一、在本煤层轨道顺槽侧施工定向长钻孔A；
步骤二、在本煤层的皮带顺槽侧施工多个均与定向长钻孔A交叉设置的辅助测试钻孔B；
步骤三、设置定向长钻孔A内的瓦斯参数检测点；
步骤四、将传感器检测组件通过钻机推送至所述瓦斯参数检测点；
步骤五、采用封孔组件将辅助测试钻孔密封；
具体实施时，所述封孔组件包括注浆管11、出浆管12、囊袋13和注浆填充材料14，传感器检测组件安装完毕后，需对辅助测试钻孔B的始孔和终孔进行封孔，采用现有的囊袋式两堵一封技术进行注浆封孔，如图2所示，使囊袋13与辅助测试钻孔B孔壁紧密接触，注入注浆填充材料14实现严密的封孔，防止辅助测试钻孔区域内的瓦斯流动到定向长钻孔内，避免对测试结果造成影响。封孔之后进行适当的测量等候期，待孔内测试点的瓦斯压力恢复原有的测量环境，达到原有的平衡后再进行测量，实现精准测量。
步骤六、通过传感器检测组件实时检测定向长钻孔内的瓦斯参数，并通过测得的参数变化情况分析煤层瓦斯赋存规律。
本实施例中，步骤二中所述辅助测试钻孔在皮带顺槽钻场内开孔，在本煤层中钻进，且辅助测试钻孔面向工作面内。
本实施例中，所述辅助测试钻孔的孔径为94mm。
具体实施时，根据封孔难度和孔内密闭性，以及传感器检测组件的直径，辅助测试钻孔的孔径设计为94mm。
本实施例中，相邻所述辅助测试钻孔的间距根据所述定向长钻孔的长度和定向长钻孔内瓦斯参数检测需求进行划分。
具体实施时，相邻辅助测试钻孔的间距范围设计为8m～12m，优选10m，具体间距值根据定向长钻孔的长度和定向长钻孔内瓦斯参数检测需求进行调整。
本实施例中，步骤三中所述定向长钻孔内的瓦斯参数检测点位于定向长钻孔与辅助测试钻孔交叉处的长钻孔孔内，且所述瓦斯参数检测点与皮带顺槽的水平距离大于30m。
具体实施时，采用现有的钻孔精准对接技术，启动高精度随钻DGS测量系统，使定向钻机按设计方位向本煤层定向长钻孔目标轨迹处钻进，将辅助测试钻孔的终孔位置打到预定的瓦斯参数检测点，即可终止钻进。
本实施例中，如图2所示，步骤四中所述传感器检测组件包括用于伸入煤层钻孔内的传感器固定舱1和设置在煤层钻孔外的数据处理器2，所述传感器固定舱1内设置有用于检测煤层钻孔内瓦斯参数的多种传感器，所述传感器固定舱1的一端连接有穿线管3，所述穿线管3内贯穿有信号线缆，所述信号线缆的一端与传感器连接，所述信号线缆的另一端与数据处理器2的输入端连接，所述数据处理器2的输出端连接有显示器4。
具体实施时，在瓦斯参数检测点设置完毕后，将传感器固定舱1及信号线缆通过钻机推送至瓦斯参数检测点，使传感器固定舱1位于定向长钻孔与辅助测试钻孔交叉处的瓦斯参数检测点处。
本实施例中，所述传感器固定舱1的形状为椭球形，所述传感器固定舱1上设置有多个透气孔5。
本实施例中，如图3所示，所述多种传感器包括用于检测煤层钻孔内瓦斯压力的压力传感器6、用于检测煤层钻孔内瓦斯流量的流量传感器7和用于检测煤层钻孔内瓦斯浓度的浓度传感器8，所述压力传感器6、流量传感器7和浓度传感器8均通过信号线缆与数据处理器2的信号输入端连接。
具体实施时，传感器种类也可根据实际测量需要进行更换。
本实施例中，所述信号线缆的数量为多根，且每根信号线缆对应一个传感器，多根所述信号线缆通过弹性橡胶管严密包裹；所述穿线管3采用弹性橡胶管，且在弹性橡胶管的外层设置抗磨保护层。
具体实施时，穿线管3采用延展性优、抗剪切性能高、高性能阻燃的复合橡胶材料，防止触发瓦斯爆炸，为进一步提高耐磨性，在穿线管3的外部设计添加一层抗磨保护层的弹性橡胶，该保护层与穿线管3紧密接触，防止瓦斯气体泄漏，实现密封。
本实施例中，步骤六中所述通过传感器检测组件实时检测定向长钻孔内的瓦斯参数，并通过测得的参数变化情况分析煤层瓦斯赋存规律的具体过程包括：所述定向长钻孔内的瓦斯气体经过透气孔5进入传感器固定舱1内，所述压力传感器6、流量传感器7和浓度传感器8实时检测瓦斯压力、瓦斯流量和瓦斯浓度，并通过信号线缆传输至孔外的数据处理器2，进行数据存储和显示，生成瓦斯参数检测点处的孔内关键特征参数的变化曲线；所述数据处理器2不断存储记录随时间变化的各个特征参数，分析各个特征参数的分布规律。
具体实施时，利用所测得的瓦斯参数，可以基于瓦斯渗流和应力平衡特征，以现场测得煤层数据及所在煤层的煤吸附特性为基础，利用模拟软件对现场煤层和定向长钻孔进行建模，将工作面相应的定向长钻孔的长度及其边界条件作为约束建立几何模型，模拟煤层中的定向长钻孔的真实分布，依据模型的建立，对单个定向长钻孔进行研究分析，重点研究定向长钻孔对瓦斯抽采量的影响，并确定该煤层定向长钻孔的最佳长度，将抽采负压作为定量，其定向长钻孔长度为变量，模拟得出其瓦斯抽采量与定向长钻孔之间的关系，进而确定其定向长钻孔的最佳长度，通过辅助测试钻孔所测的孔内关键特征参数的监测数据进一步去验证所建模型的准确性和有效性，为定向长钻孔设计和瓦斯抽采提供科学指导。
另外，通过将各个监测点进行整合，建立本煤层定向长钻孔孔内关键特征参数的动态监测系统，该监测系统能够设计为分布式结构，分为井上和井下两个部分，井下部分的监测点对瓦斯浓度、瓦斯流量等参数进行数据的实时采集，各监测点对信号的频率以及电流进行预处理，并将各个监测点的数据信息传输到信息接口，并上传至地面监控中心，基于井下安全要求，应将本安电路和非本安电路在信号传输过程中必须要有隔离设计，信息传输接口的作用是将各个监测点出所采集的数据进行汇总，将该监测数据转换为地面计算机可读取的数据类型，实时发送给信息接收端即地面监测中心，地面监测中心可根据定向长钻孔孔内瓦斯关键特征参数进行程序设计，从而实现本煤层瓦斯参数的动态监测以及对比分析基于应力平衡和瓦斯渗流规律模型的验证。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种本煤层定向长钻孔孔内瓦斯参数检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在本煤层轨道顺槽侧施工定向长钻孔；
步骤二、在本煤层的皮带顺槽侧施工多个均与定向长钻孔交叉设置的辅助测试钻孔；
步骤三、设置定向长钻孔内的瓦斯参数检测点；
步骤四、将传感器检测组件通过钻机推送至所述瓦斯参数检测点；
步骤五、采用封孔组件将辅助测试钻孔密封；
步骤六、通过传感器检测组件实时检测定向长钻孔内的瓦斯参数，并通过测得的参数变化情况分析煤层瓦斯赋存规律。
2.按照权利要求1所述的一种本煤层定向长钻孔孔内瓦斯参数检测方法，其特征在于，步骤二中所述辅助测试钻孔在皮带顺槽钻场内开孔，在本煤层中钻进，且辅助测试钻孔面向工作面内。
3.按照权利要求1所述的一种本煤层定向长钻孔孔内瓦斯参数检测方法，其特征在于，所述辅助测试钻孔的孔径为94mm。
4.按照权利要求1所述的一种本煤层定向长钻孔孔内瓦斯参数检测方法，其特征在于，相邻所述辅助测试钻孔的间距根据所述定向长钻孔的长度和定向长钻孔内瓦斯参数检测需求进行划分。
5.按照权利要求1所述的一种本煤层定向长钻孔孔内瓦斯参数检测方法，其特征在于，步骤三中所述定向长钻孔内的瓦斯参数检测点位于定向长钻孔与辅助测试钻孔交叉处的长钻孔孔内，且所述瓦斯参数检测点与皮带顺槽的水平距离大于30m。
6.按照权利要求1所述的一种本煤层定向长钻孔孔内瓦斯参数检测方法，其特征在于：步骤四中所述传感器检测组件包括用于伸入煤层钻孔内的传感器固定舱(1)和设置在煤层钻孔外的数据处理器(2)，所述传感器固定舱(1)内设置有用于检测煤层钻孔内瓦斯参数的多种传感器，所述传感器固定舱(1)的一端连接有穿线管(3)，所述穿线管(3)内贯穿有信号线缆，所述信号线缆的一端与传感器连接，所述信号线缆的另一端与数据处理器(2)的输入端连接，所述数据处理器(2)的输出端连接有显示器(4)。
7.按照权利要求6所述的一种本煤层定向长钻孔孔内瓦斯参数检测方法，其特征在于：所述传感器固定舱(1)的形状为椭球形，所述传感器固定舱(1)上设置有多个透气孔(5)。
8.按照权利要求6所述的一种本煤层定向长钻孔孔内瓦斯参数检测方法，其特征在于：所述多种传感器包括用于检测煤层钻孔内瓦斯压力的压力传感器(6)、用于检测煤层钻孔内瓦斯流量的流量传感器(7)和用于检测煤层钻孔内瓦斯浓度的浓度传感器(8)，所述压力传感器(6)、流量传感器(7)和浓度传感器(8)均通过信号线缆与数据处理器(2)的信号输入端连接。
9.按照权利要求8所述的一种本煤层定向长钻孔孔内瓦斯参数检测方法，其特征在于：所述信号线缆的数量为多根，且每根信号线缆对应一个传感器，多根所述信号线缆通过弹性橡胶管严密包裹；所述穿线管(3)采用弹性橡胶管，且在弹性橡胶管的外层设置抗磨保护层。
10.按照权利要求8所述的一种本煤层定向长钻孔孔内瓦斯参数检测方法，其特征在于，步骤六中所述通过传感器检测组件实时检测定向长钻孔内的瓦斯参数，并通过测得的参数变化情况分析煤层瓦斯赋存规律的具体过程包括：所述定向长钻孔内的瓦斯气体经过透气孔(5)进入传感器固定舱(1)内，所述压力传感器(6)、流量传感器(7)和浓度传感器(8)实时检测瓦斯压力、瓦斯流量和瓦斯浓度，并通过信号线缆传输至孔外的数据处理器(2)，进行数据存储和显示，生成瓦斯参数检测点处的孔内关键特征参数的变化曲线；所述数据处理器(2)不断存储记录随时间变化的各个特征参数，分析各个特征参数的分布规律。
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