CN116717245A - 一种深部精准定点取样及测压一体化方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深部精准定点取样及测压一体化装置，属于煤层瓦斯领域，包括钻机、中空带孔钻杆、中空钻头，所述中空带孔钻杆内设有可拆卸地螺纹送样器；所述螺纹送样器与中空带孔钻杆滑动连接；所述钻机的输出接头分为内外两部分，接头内部与螺纹送样器连接，接头外部与中空带孔钻杆连接；接头内外两部分的转速不同；所述中空钻头与中空带孔钻杆内部中空，中空带孔钻杆的钻杆壁上设有中空孔。

Description

一种深部精准定点取样及测压一体化方法及装置

技术领域

本发明属于煤层瓦斯领域，涉及一种深部精准定点取样及测压一体化方法及装置。

背景技术

在高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井等高危地下采动空间活动中，测定井下深部煤样的瓦斯含量和瓦斯压力是区域预测判定和措施效果检验的必要前提，深部定点取样方法各异，对取样后煤样瓦斯含量解析的拟合计算是检验煤体是否处于危险区域的重要标志，但现有实际操作中对于深部定点取样方式基本有两种，一种是采用钻干到达预定区域，退出钻杆安装取样钻头取样，这种取样方式操作复杂、费时费力。另一种是采用双层钻杆，达到预定区域采用压风方式，将煤粉用强风吹出，这种取样方式取出煤样基本都是直径较小颗粒，且较小颗粒所暴露的自由面相对较大，采用强风吹出并不能保证煤样从煤体被破坏后处于自然解析状态(煤样在较为破碎状态下，风压对自然解析的影响)。而事实是煤样前期的自然解析受影响后，对后期测定煤样瓦斯含量的数值拟合计算结果有一定影响(特别处于临界值边缘的数值)，进而影响煤体危险性精准预测。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种保证煤样在自然解析条件下的深部定点取样及测压一体化方法及装置，并在多功能钻杆上实现对深部定点取样及测压方法。本发明通过保证深部煤样在煤体破坏后处于自然解析条件下，进而保证煤样瓦斯含量测定的准确程度和煤样瓦斯含量的精确拟合计算的准确程度，此外对于煤层危险性指标(瓦斯含量)处于临界值边缘的煤层进行准确定性。在保证取样的同时，进行测压，大大缩短测压周期。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一方面，本发明提供一种深部精准定点取样及测压一体化装置，包括钻机、中空带孔钻杆、中空钻头，所述中空带孔钻杆内设有可拆卸地螺纹送样器；所述螺纹送样器与中空带孔钻杆滑动连接；所述钻机的输出接头分为内外两部分，接头内部与螺纹送样器连接，接头外部与中空带孔钻杆连接；接头内外两部分的转速不同；所述中空钻头与中空带孔钻杆内部中空，中空带孔钻杆的钻杆壁上设有中空孔。

进一步，所述钻机接头内部采用卡接方式与螺纹送样器连接，接头外部采用活动式的销接方式与中空带孔钻杆连接。

进一步，每两组中空带孔钻杆与中空带孔钻杆间，螺纹送样器与螺纹送样器间分别通过螺纹连接加长。

另一方面，本发明提供一种深部精准定点取样及测压一体化方法，包括以下步骤：

S1：通过中空带孔钻杆将中空钻头带入钻孔中，到达预定取样地点；

S2：取下钻机接头外部与中空带孔钻杆间的销子，钻机接头内部单独转动，通过螺纹取样器排空格管内的煤渣；

S3：用销子将中空带孔钻杆与接头外部连接，钻机接头内部和外部均转动，利用中空带孔钻杆掘进的同时通过螺纹取样器取样；

S4：取样完毕后取下钻机接头外部与中空带孔钻杆间的销子，再次令钻机接头内部单独转动，通过螺纹取样器排空格管内的煤渣，最后取出螺纹取样器；

S5：将测压管伸入中空带孔钻杆内，在中空带孔钻杆内设定封孔段，在封孔段的两端用袋装聚氨酯进行封堵，待发泡封孔袋、膨胀并凝结后，再开启注浆阀，通过注浆管对两端聚氨酯封堵段之间的钻孔段进行注浆，在注浆压力的作用下，浆液向中空带孔钻杆壁上的中空孔外渗透并填充钻孔周围裂缝，然后将测压管端部处的中空孔作为测压孔，利用测压管尾部的压力表进行测压。

进一步，所述通过螺纹取样器排空格管内的煤渣，具体包括：

钻机接头内部单独以每秒一圈的速度带动螺纹取样器转动，使格管内的煤渣顺着螺纹通路到达中空带孔钻杆末端，从中空孔中倒出。

本发明的有益效果在于：本发明可以实现钻杆一孔多用，多功能钻杆具备深部定点取样、瓦斯压力测定。多功能钻杆，减小井下施工危险性，提高利用效率。本发明专利在深部定点取样保证煤样不受压风作用影响，(煤样一直处于自然解析状态)，取样后，保留外部钻杆位置不动，利用钻机旋转螺纹送样器清除管内煤渣，最后取出管内的螺纹送样器。在管内安装测压管同时进行深部封孔，利用两堵一注技术使浆液透过钻杆中空孔堵住煤壁周围裂隙达到封孔目的，保证测压的准确性。

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为中空钻头平面图；

图2为中空带孔钻杆剖面图；

图3为钻杆内螺纹送样器剖面图；

图4为测压管及两堵一注原理图；

图5为钻杆末端接样示意图；

图6中(a)-(c)为取样及测压方法流程图。

附图标记：中空钻头1、中空带孔钻杆2、中空孔3、测压孔31、散浆孔32、排渣孔33、螺纹取样器4、注浆阀5、注浆管6、测压管7、压力表8、第一风钻9、第二风钻10、煤样罐11。

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。

如图1-6所示，一方面，本发明提供一种深部精准定点取样及测压一体化装置，包括钻机、中空带孔钻杆2、中空钻头1，中空带孔钻杆2内设有可拆卸地螺纹送样器；螺纹送样器与中空带孔钻杆2滑动连接；钻机的输出接头分为内外两部分，接头内部与螺纹送样器连接，接头外部与中空带孔钻杆2连接；接头内外两部分的转速不同；中空钻头1与中空带孔钻杆2内部中空，中空带孔钻杆2的钻杆壁上设有中空孔3，中空孔3有多个用处，可作为测压孔31、散浆孔32、排渣孔33，中空带孔钻杆2底部上的中空孔3作为测压孔31，对钻孔进行测压；注浆段的中空孔3作为散浆孔32，让浆液注满煤层裂缝，保证封孔质量；而中空带孔钻杆2末端的中空孔3浆作为排渣孔33，排出煤屑。钻机接头内部采用卡接方式与螺纹送样器连接，接头外部采用活动式的销接方式与中空带孔钻杆2连接。每两组中空带孔钻杆2与中空带孔钻杆2间，螺纹送样器与螺纹送样器间分别通过螺纹连接加长。

本发明提供一种保证煤样在自然解析条件下的深部定点取样方法，主要由以下装置及步骤完成。

中空钻头1在煤体旋转同时可将破碎的煤屑通过中空钻头1送往钻杆内。中空带孔钻杆2，内嵌螺纹取样器4，两者可自由分离，二者都是通过螺纹与下一区段通过螺纹自由连接。钻杆内的螺纹送样器，通过钻机带动旋转，使钻杆内的煤样从钻头运送至末端。煤屑在通过钻杆末端的中空孔33时煤样落进煤样罐11。到达预定取样地点后，螺纹取样器4先转动排空煤渣(旋转速度为1s/圈)，取样开始内外钻杆同时转动(螺纹取样器4为2s/圈)(速度可调)，外部钻杆进尺为均速0.5m/min。

匹配钻机接头部分分为内外两部分，里面采用常用钻杆的卡接，外部钻杆采用活动式的销接方式，活动销子取出后，钻机只带动内部螺纹排渣，同时连接时掘进排渣。内外可以选择不同速率同时钻进。

如图6中的(a)-(c)所示，在到达预定取样地点后，1、取下销子，利用钻机(用于转动螺纹取样器4的第一风钻9单独转动，用于转动钻杆的第二风钻10不转动)排空格管内煤渣；2、用销子连接外部钻杆，利用钻机掘进，同时取样，取样完毕后；3、取下销子，利用钻机排空煤渣，并取出内置螺纹；4、采用聚氨酯深部封孔，两堵一注技术，测瓦斯压力，具体包括：将测压管7伸入中空带孔钻杆2内，在中空带孔钻杆2内设定封孔段，在封孔段的两端用袋装聚氨酯进行封堵，待发泡封孔袋、膨胀并凝结后，再开启注浆阀5，通过注浆管6对两端聚氨酯封堵段之间的钻孔段进行注浆，在注浆压力的作用下，浆液向中空带孔钻杆2壁上的中空孔3外渗透并填充钻孔周围裂缝，然后将测压管7端部处的中空孔3作为测压孔31，利用测压管7尾部的压力表8进行测压。测定完毕后用钻机退出钻杆。准备下次利用。

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 (5)

1.一种深部精准定点取样及测压一体化装置，其特征在于：包括钻机、中空带孔钻杆、中空钻头，所述中空带孔钻杆内设有可拆卸地螺纹送样器；所述螺纹送样器与中空带孔钻杆滑动连接；所述钻机的输出接头分为内外两部分，接头内部与螺纹送样器连接，接头外部与中空带孔钻杆连接；接头内外两部分的转速不同；所述中空钻头与中空带孔钻杆内部中空，中空带孔钻杆的钻杆壁上设有中空孔。

2.根据权利要求1所述的深部精准定点取样及测压一体化装置，其特征在于：所述钻机接头内部采用卡接方式与螺纹送样器连接，接头外部采用活动式的销接方式与中空带孔钻杆连接。

3.根据权利要求1所述的深部精准定点取样及测压一体化装置，其特征在于：每两组中空带孔钻杆与中空带孔钻杆间，螺纹送样器与螺纹送样器间分别通过螺纹连接加长。

4.一种深部精准定点取样及测压一体化方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：通过中空带孔钻杆将中空钻头带入钻孔中，到达预定取样地点；

S2：取下钻机接头外部与中空带孔钻杆间的销子，钻机接头内部单独转动，通过螺纹取样器排空格管内的煤渣；

S3：用销子将中空带孔钻杆与接头外部连接，钻机接头内部和外部均转动，利用中空带孔钻杆掘进的同时通过螺纹取样器取样；

S4：取样完毕后取下钻机接头外部与中空带孔钻杆间的销子，再次令钻机接头内部单独转动，通过螺纹取样器排空格管内的煤渣，最后取出螺纹取样器；

S5：将测压管伸入中空带孔钻杆内，在中空带孔钻杆内设定封孔段，在封孔段的两端用袋装聚氨酯进行封堵，待发泡封孔袋、膨胀并凝结后，再通过注浆管对两端聚氨酯封堵段之间的钻孔段进行注浆，在注浆压力的作用下，浆液向中空带孔钻杆壁上的中空孔外渗透并填充钻孔周围裂缝，然后将测压管端部处的中空孔作为测压孔，利用测压管尾部的压力表进行测压。

5.根据权利要求4所述的深部精准定点取样及测压一体化方法，其特征在于：所述通过螺纹取样器排空格管内的煤渣，具体包括：

钻机接头内部单独以每秒一圈的速度带动螺纹取样器转动，使格管内的煤渣顺着螺纹通路到达中空带孔钻杆末端，从中空孔中倒出。