WO2023236631A1 - 一种瓦斯抽采钻孔封孔质量检测装置及封孔质量评价方法 - Google Patents

一种瓦斯抽采钻孔封孔质量检测装置及封孔质量评价方法 Download PDF

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WO2023236631A1
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gas
detection
borehole
drainage
sealing quality
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PCT/CN2023/084337
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English (en)
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苏伟伟
秦玉金
周睿
郑忠宇
李�杰
田富超
邹永洺
徐洋
闫循强
孙维丽
马金魁
Original Assignee
中煤科工集团沈阳研究院有限公司
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/005—Monitoring or checking of cementation quality or level

Definitions

  • the main methods for testing the sealing quality of gas drainage boreholes are: (1) By detecting the gas concentration at different locations inside the borehole and comparing them to determine the sealing quality and air leakage location of the gas drainage borehole.
  • Patent publication number is CN102900428B.
  • This device can detect and determine the location of air leakage inside the borehole under negative pressure extraction conditions.
  • the length of the detection tube needs to be continuously adjusted to detect the gas concentration at different locations inside the borehole. The first The detection time between the measuring point and the last measuring point is long, which may seriously affect the detection effect and lead to misjudgment of the sealing quality of the gas extraction borehole; (2) pressurize the wind into the gas extraction borehole and observe the inside of the borehole.
  • Patent Publication No. CN102680187A Pressure changes are used to judge the sealing quality.
  • This judgment method can only roughly classify the sealing quality of extraction boreholes based on pressure changes, and cannot accurately analyze the location of air leakage; (3) Inject water into the borehole and use an ultrasonic detector to detect the sealing quality (patent publication number is CN110985106A). This method is cumbersome to operate, and the resolution of the ultrasonic reflected signal is low and there are many influencing factors; (4) According to The concentration changes of the gas extraction and the use of tracer gas to judge the sealing quality of the gas extraction boreholes (patent publication number is CN113107466A).
  • This method is complex to operate, has high cost and can only It is necessary to judge whether there is air leakage in the entire sealing section, but it is impossible to accurately determine the location of the air leakage; (5) Classify the extraction concentration, extraction scalar, attenuation coefficient and abnormal phenomena of the extraction boreholes, and classify them according to various indicators.
  • the weight comprehensively evaluates the sealing quality of gas drainage boreholes (patent publication number is CN110424948A).
  • the accuracy of this method is very limited, and there are many factors that can affect on-site drainage, such as drainage negative pressure, drainage pipes diameter etc. Therefore, there is a need for a device and method that is simple to operate, highly accurate, and capable of quantitatively evaluating the sealing quality of gas drainage boreholes.
  • the object of the present invention is to provide a gas extraction borehole sealing quality detection device and a sealing quality evaluation method.
  • the present invention also provides a method for evaluating the quality of gas drainage borehole sealing, which is implemented using the gas drainage borehole sealing quality detection device and includes the following steps:
  • Step 4 After the assembly is completed, start the control switch and conduct a pre-test test on the gas extraction drilling and sealing quality detection device. Under normal circumstances, under the action of the negative pressure ejector, each suction port and Each exhaust port will work simultaneously;
  • the sealing quality grades of gas drainage boreholes are divided, and corresponding treatment suggestions are put forward.
  • the sealing quality grades and recommended treatment measures are as shown in Table 1:
  • step 7 also includes evaluating the hole sealing quality of different drilling groups.
  • the drilling group consists of multiple gas extraction drilling holes
  • the air leakage drilling ratio ⁇ and the average air leakage of the drilling group are evaluated. Evaluation is carried out using rate ⁇ ;
  • Figure 5 is a schematic diagram of the overall appearance and structure of the waterproof device of the gas extraction drilling and sealing quality detection device in the embodiment of the present invention.
  • the switch 102 is used to start and close the negative pressure ejector inside the detection host 1.
  • the second interface of the tee 4 is connected to the drainage pipe 9.
  • the drainage pipe 9 is placed in the gas drainage borehole 7.
  • the tee 4 The third interface of the detection pipe 2 is connected to the extraction pipeline 6.
  • One end of the detection pipe 2 is connected to the air inlet of the detection host 1.
  • the other end of the detection pipe 2 passes through the first interface of the tee 4 and then automatically
  • the second interface passes through and is placed in the drainage pipe 9 and the gas drainage borehole 7.
  • a seal 5 is provided at the connection between the first interface of the detection pipe 2 and the tee 4.
  • the seal 5 is used to seal the detection pipe.
  • Tee 4 is a flame-retardant PVC pipe fitting or PE pipe fitting.
  • the structure of the seal 5 is similar to that of the waterproof device 3, both are hollow tubular, one end of which can be directly connected to the first interface of the tee 4, and the other end is also tightened with the nut and squeezed the square teeth to connect the seal 5 with the detection Tube 2 is closely connected.
  • the detection tube 2 includes a hollow tube body 204, a plurality of suction ports 202, a support frame 203, and a plurality of suction tubes 201.
  • the hollow tube body 204 is provided with a plurality of spaced suction tubes.
  • the mouth 202 and the hollow tube body 204 are in the shape of a hollow cylinder.
  • the front end of the hollow tube body 204 is designed to be tapered to facilitate its advancement in the gas drainage borehole 7 and effectively reduce the propulsion resistance.
  • Each through hole 2031 can pass through one suction pipe 201, and the plurality of suction pipes 201 can pass through it.
  • One end passes through the through hole 2031 on the self-supporting frame 203 and is connected one-to-one with the suction port 202 on the hollow tube body 204.
  • a section of the other end of each suction tube 201 is placed on the hollow tube body 204. Externally, it is connected one-to-one with the air inlet 104 on the detection host 1 when in use.
  • the number of the suction ports 202 is 12, and the number of the suction pipes 201 is 12. That is, the lengths of the 12 suction pipes 201 inside the detection pipe 2 are different.
  • a plurality of waterproof devices 3 are also installed on the detection tube.
  • the waterproof devices 3 are set on the hollow tube body 204 and placed behind each suction port 202 .
  • the present invention can raise the position of each suction port 202 to prevent the suction port 202 from being in direct contact with water, thereby preventing the water in the gas extraction borehole 7 from being sucked into the suction pipe 201, causing Detection errors or damage to the instrument.
  • the waterproof device 3 includes a casing body 301, a first nut 302 and a second nut 303.
  • the casing body 301 includes a first hollow cylindrical section 3011. There are two ends of the first hollow cylindrical section 3011 respectively.
  • the second hollow cylindrical section 3012 and the third hollow cylindrical section 3013 are provided with a first external thread 3014 and a first square tooth 3015 on the outer circumferential surface of the second hollow cylindrical section 3012, and on the outer circumferential surface of the third hollow cylindrical section 3013 Provided with a second external thread 3016 and a second square tooth 3017, the casing body 301 is placed outside the hollow pipe body 204, and first nuts are installed on the second hollow cylindrical section 3012 and the third hollow cylindrical section 3013 respectively.
  • 302 and the second nut 303 is a first hollow cylindrical section 3011.
  • the first nut 302 and the second nut 303 are tightened on the first external thread 3014 and the second external thread 3016 respectively. During the tightening process, the first square teeth are continuously squeezed. 3015 and the second square teeth 3017 to tightly fix the casing body 301 to the outside of the hollow tube body 204.
  • the casing body 301, the first nut 302 and the second nut 303 are all made of flame-retardant plastic material.
  • the negative pressure injector in the detection host 1 of the present invention can simultaneously produce negative pressure and suction effects on the suction pipes 201 connected to the 12 air inlets 104.
  • the functions of the air inlet 104 and the exhaust port 103 are respectively through Connecting the air suction pipe 201 to the air inlet 104 can suck the gas in the gas extraction borehole 7 into the interior of the detection host 1, and discharge it to the outside of the detection host 1 or the gas collection device through the corresponding exhaust port 103.
  • a method for evaluating the quality of gas drainage borehole sealing which is implemented using the gas drainage borehole sealing quality detection device in Embodiment 1, and includes the following steps:
  • Step 1 First, it is necessary to investigate the actual sealing section depth L 1 of the gas drainage borehole 7, the sealing method and the total length L 2 of the drainage pipe 9 used in the gas drainage borehole 7; and according to the drainage pipe 9. Detect before and after the connection between 9 and the extraction pipe 9, within the width of the loose ring of the tunnel and other locations where air leakage may occur, and determine the number and location of measuring points that need to be detected (the number of measuring points is n, n ⁇ 12), Each measuring point along the gas flow direction is recorded as JC 1 , JC 2 ...JC n respectively;
  • Step 2 Use a gas flow detection device to detect the mixed volume Q of the extraction gas that needs to be detected in the gas extraction borehole 7;
  • the detection method can choose an orifice plate, related detector or pitot tube 13 to detect the extraction gas mixing volume Q.
  • the detection end of the pitot tube 13 is placed into the extraction tube through the detection hole reserved on the drainage pipe 9 (located at the opening of the gas drainage borehole 7).
  • the extraction pipe 9 is connected to the extraction pipeline 6 through the elbow 15, and the connection port at the end of the pitot tube 13 is connected to the U-shaped differential pressure gauge 14 through the hose 16 to maintain the extraction state and record the U-shaped pressure.
  • K p is the flow coefficient of the pitot tube 13, Pa -0.5 m/min;
  • Y is the function of the maximum Reynolds number R ⁇ in the center of the drainage pipe 9, and the value can be found in Table 2;
  • D is the diameter of the drainage pipe 9 ,m.
  • Step 3 Assemble the gas drainage borehole sealing quality inspection device: first connect the second interface and the third interface of the tee 4 to the drainage pipe 9 and the drainage pipeline 6 respectively, and then according to the measuring points determined in step 1
  • the number and location of the detection suction ports 202 are reserved on the hollow tube body 204 of the detection tube 2.
  • the other suction ports 202 are blocked, and the points connected to the blocked suction ports 202 are marked.
  • the suction pipe 201 is no longer connected to the air inlet 104 during detection.
  • a waterproof device 3 is installed next to each suction port 202 for detection. Remove the detection pipe 2 with the waterproof device 3 installed.
  • the first interface of Tee 4 is quickly put into the gas drainage borehole 7, and the seal 5 is installed at the connection between the first interface of Tee 4 and the detection pipe 2. At this time, the gas drainage borehole 7 will enter the normal pumping state. In the mining state, connect the other end of the detection suction pipe 201 to the air inlet 104 of the detection host 1 in sequence. After the connection is completed, use the air duct 11 to connect the detection host 1 to the downhole compressed air pipeline 12 in order to provide Detect host 1 internal negative Pressure ejector provides power;
  • Step 4 After the assembly is completed, start the control switch 102 and conduct a pre-test test on the gas extraction drilling and sealing quality detection device. Under normal circumstances, under the action of the negative pressure ejector, each suction valve on the host 1 is detected. The port 202 and each exhaust port 103 will work simultaneously;
  • Step 5 After the test is completed, turn off the control switch 102, connect each exhaust port 103 on the detection host 1 used to the rubber bladder for collecting gas, and then start the control switch 102, and the gas extraction borehole 7 will The gas will simultaneously enter each suction pipe 201 in the detection tube 2 through each suction port 202 on the detection tube 2, and finally enter each gas inlet 104 through the corresponding exhaust port 103 on the detection host 1.
  • the control switch 102 After a predicted quantitative amount of gas is collected in each rubber bladder, the control switch 102 is turned off, and then the gas concentration in each rubber bladder is measured using the underground gas detection equipment (optical gas identifier), or the gas concentration in the rubber bladder is measured.
  • Each rubber bladder is brought to the ground to measure the gas gas concentration using a chromatograph and other devices, and the gas gas concentration ND 1 , ND 2 ... ND n at each measuring point is obtained;
  • Step 6 Repeat step 5 in this cycle until the sealing quality of all gas drainage boreholes 7 is measured
  • the ratio of air leakage boreholes ⁇ is the ratio of the number m of 7 gas drainage boreholes with air leakage to the total number of boreholes N in the entire evaluation, that is
  • the evaluation of the sealing quality of drilling groups is based on the evaluation of single holes, and is evaluated by the air leakage drilling ratio ⁇ and the average air leakage rate eta of each drilling group.
  • the sealing quality of drilling groups is mostly used in different sealing methods. Comparison of sealing quality.
  • the air leakage drilling ratio ⁇ and the average air leakage rate ⁇ of the two drilling groups are both smaller than the first drilling group, that is, the second drilling group
  • the sealing quality of holes drilled using the cement mortar sealing method is significantly higher than the sealing quality of the first group of holes drilled using the polyurethane sealing method.

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Abstract

一种瓦斯抽采钻孔封孔质量检测装置，包括检测主机（1）、检测管（2）、密封件（5）及三通（4），在检测主机（1）上方设有多个进气口（104）及多个排气口（103），检测主机（1）内部设有负压引射器，检测主机（1）上还设有快速接头（101）及控制开关（102），快速接头（101）用于与井下的风管（11）相连接，井下的风管（11）另外连接至井下压风管路（12），控制开关（102）用于启动和关闭检测主机（1）内部的负压引射器，在负压引射器的作用下，检测主机（1）上的各个吸气口（104）和各个排气口（103）将同时工作。本申请同时提供一种基于检测装置的瓦斯抽采钻孔封孔质量评价方法。检测装置和评价方法有效避免由于时间差而引起钻孔内瓦斯浓度变化而最终导致检测结果脱离实际的问题，操作简单、精确度高，能够定量评价瓦斯抽采钻孔封孔质量。

Description

一种瓦斯抽采钻孔封孔质量检测装置及封孔质量评价方法 技术领域
本发明涉及煤矿瓦斯抽采技术领域，特别涉及一种瓦斯抽采钻孔封孔质量检测装置及封孔质量评价方法。
背景技术
瓦斯抽采技术作为煤矿瓦斯问题的根本治理措施之一已经被广泛应用于国内外众多煤矿，而瓦斯抽采钻孔的封孔质量是保障瓦斯抽采效果的关键因素之一，因此，为保障瓦斯抽采钻孔的抽采效果必须保证瓦斯抽采钻孔的封孔质量。瓦斯抽采钻孔的封孔质量通常是指封孔段能够有效抵抗从孔壁、围岩等处向孔内漏风的程度及其时效性和稳定性，影响封孔质量的因素主要与钻孔、围岩、封孔材料、封孔工艺的留取及人员操作等有关。目前，针对于瓦斯抽采钻孔的封孔质量检测方法主要有：(1)通过检测钻孔内部不同位置的抽采瓦斯浓度并进行对比来判断瓦斯抽采钻孔的封孔质量和漏风位置(专利公开号为CN102900428B)，该装置可以在负压抽采条件下检测和判断钻孔内部漏风位置，但是需要不断调整探测管的长度以便探测钻孔内部不同位置处的瓦斯浓度，第一个测点和最后一个测点检测时间相距较长，从而可能严重影响检测效果，导致瓦斯抽采钻孔封孔质量判断失误；(2)向瓦斯抽采钻孔内压风，通过观测钻孔内部压力变化来判断封孔质量(专利公开号为CN102680187A)，这种判断方法只能粗糙的根据压力的变化对抽采钻孔的封孔质量进行等级划分，并且无法准确分析漏风位置；(3)向钻孔内注水并借助超声波检测仪对封孔质量进行检测(专利公开号为CN110985106A)，这种方法操作比较繁琐，并且超声波反射信号分辨率较低，受影响因素较多；(4)根据抽采瓦斯浓度变化及借助示踪气体来对瓦斯抽采钻孔的封孔质量进行判断(专利公开号为CN113107466A)，这种方法操作复杂，成本较高并且只能 对封孔段整体是否存在漏风情况进行判断，无法准确判断漏风位置；(5)将抽采钻孔的抽采浓度、抽采纯量、衰减系数及异常现象进行等级划分，并根据各项指标的权重综合评价瓦斯抽采钻孔的封孔质量(专利公开号为CN110424948A)，这种方法判断准确性非常有限，能够对现场抽采进行影响的因素很多，比如抽采负压、抽采管径等。因此，需要一种操作简单、精确度高、能够定量评价瓦斯抽采钻孔封孔质量的装置和方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种瓦斯抽采钻孔封孔质量检测装置及封孔质量评价方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种瓦斯抽采钻孔封孔质量检测装置，包括检测主机、检测管、密封件及三通，在检测主机上方设有多个进气口及多个排气口，检测主机内部设有负压引射器，检测主机上还设有快速接头及控制开关，快速接头用于与井下的风管相连接，井下的风管另外连接至井下压风管路，控制开关用于启动和关闭检测主机内部的负压引射器，三通的第二接口与抽采管相连接，抽采管置于瓦斯抽采钻孔内，三通第三接口与抽采管路相连接，检测管的一端与检测主机的进气口相连接，检测管的另一端自三通的第一接口穿入三通后自第二接口穿出并置于抽采管及瓦斯抽采钻孔内，在检测管与三通的第一接口的连接处设有密封件，密封件用于密封检测管与三通的第一接口之间的空隙；
所述检测管包括中空管体、多个吸气口、支撑骨架、多个吸气管，在中空管体上设有多个间隔设置的吸气口，在中空管体内部设有支撑骨架，支撑骨架上设有多个用于吸气管穿过的通孔，每个通孔内可穿过一个吸气管，多个吸气管的一端自支撑骨架上的通孔穿过并分别与中空管体上的吸气口一对一连接，每个吸气管的另一端的一段置于中空管体的外部，在使用时与检测主机上的进气口一对一连接。
进一步地，所述吸气口的数量为12个，吸气管的数量为12根。
进一步地，所述中空管体、支撑骨架采用铝塑材质制成，所述吸气管采用阻燃PE材质制成。
进一步地，所述检测管上还安装有多个防水装置，防水装置套装在中空管体上并置于每个吸气口的后方。
进一步地，所述防水装置包括套管本体、第一螺帽及第二螺帽，所述套管本体包括第一中空圆柱段，在第一中空圆柱段的两端分别设有第二中空圆柱段和第三中空圆柱段，在第二中空圆柱段的外周面上设有第一外螺纹及第一方齿，在第三中空圆柱段的外周面上设有第二外螺纹及第二方齿，将套管本体套装在中空管体外部，通过在第二中空圆柱段和第三中空圆柱段上分别安装第一螺帽及第二螺帽，第一螺帽与第二螺帽分别旋紧在第一外螺纹和第二外螺纹处，将套管本体固定在中空管体外部。
本发明同时还提供一种瓦斯抽采钻孔封孔质量评价方法，采用所述瓦斯抽采钻孔封孔质量检测装置实现，包括以下步骤：
步骤1，首先需要对瓦斯抽采钻孔的实际封孔段深度L1、封孔方法和瓦斯抽采钻孔内所用抽采管的总长度L2进行调查；并根据抽采管与抽采管之间的连接处前后、巷道松动圈宽度内及其他可能出现漏风的位置进行检测，确定需要进行检测的测点数量及位置，各测点沿气体流通方向分别记为JC1、JC2……JCn；
步骤2，利用气体流量检测装置对需要检测瓦斯抽采钻孔的抽采气体混量Q进行检测；
步骤3，组装瓦斯抽采钻孔封孔质量检测装置：首先将三通的第二接口和第三接口分别与抽采管和抽采管路连接，然后根据步骤1确定的测点数量及位置，在检测管的中空管体上留取相应位置及数量的检测用吸气口，其他吸气口进行封堵，标记与封堵吸气口相连接的吸气管，在检测时不再将其与进 气口相连接，同时在使用的各检测用吸气口旁安装好防水装置，将安装好防水装置的检测管自三通的第一接口迅速放入瓦斯抽采钻孔内，并在三通的第一接口与检测管的连接处安装好密封件，此时瓦斯抽采钻孔将进入正常抽采状态，将检测用吸气管另一端分别依次连接至检测主机的进气口上，连接完成后，利用风管将检测主机与井下压风管路进行连接，以便为检测主机内部负压引射器提供动力；
步骤4，组装完成后，启动控制开关，对瓦斯抽采钻孔封孔质量检测装置进行测试前试验，正常情况下，在负压引射器的作用下，检测主机上的各个吸气口和各个排气口将同时工作；
步骤5，试验完毕后，关闭控制开关，将所使用的检测主机上的各排气口与收集气体的橡胶球胆进行连接，然后启动控制开关，瓦斯抽采钻孔内的气体将通过检测管上的各吸气口同时进入到检测管内的各吸气管内，并通过检测主机上的各进气口自对应的排气口最终进入各橡胶球胆内，待各橡胶球胆内收集到预检测的气体后，关闭控制开关，然后利用井下瓦斯检测设备对各橡胶球胆内气体瓦斯浓度进行测定，或者将各橡胶球胆带到地面利用色谱仪等装置对气体瓦斯浓度进行测定，得到各测点的气体瓦斯浓度ND1、ND2……NDn；
步骤6，重复步骤5，以此循环，直至所有瓦斯抽采钻孔的封孔质量全部测定完毕；
步骤7，利用单孔的钻孔总漏风率K来对每个瓦斯抽采钻孔的封孔质量进行评价。
进一步地，所述步骤7对每个瓦斯抽采钻孔的封孔质量进行评价的具体步骤为：
根据步骤2得到的瓦斯抽采钻孔内的抽采气体混量Q值及步骤5得到的ND1、ND2……NDn，依据瓦斯抽采钻孔内各处瓦斯纯量相同的原理，则瓦斯 抽采钻孔内各处瓦斯纯量CL均为Q×NDn，依据Qi＝CL/NDi(i＝1、2、…n)推算出各测点处的抽采瓦斯气体混量Qi，则瓦斯抽采钻孔总漏风量QL＝Q-Q1＝Qn-Q1，钻孔总漏风率或
进一步地，所述瓦斯抽采钻孔封孔质量的评价方法还包括，在步骤7之后进行步骤8，步骤8具体为：
根据钻孔总漏风率K的值，对瓦斯抽采钻孔封孔质量的等级进行划分，并提出相应的处理建议，封孔质量等级及建议处理措施具体如表1所示：
表1封孔质量等级及建议处理措施
进一步地，所述步骤7还包括对不同钻孔组的封孔质量进行评价，当钻孔组由多个瓦斯抽采钻孔组成时，通过对钻孔组的漏风钻孔比例λ和平均漏风率η来进行评价；
其中：漏风钻孔比例λ为出现漏风瓦斯抽采钻孔个数m与整个评价钻孔总数N的比值，即
平均漏风率η为整个评价钻孔中出现漏风瓦斯抽采钻孔的钻孔总漏风率K之和与出现漏风瓦斯抽采钻孔个数m的比值，即
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明的瓦斯抽采钻孔封孔质量检测装置能够在瓦斯抽采钻孔正常抽采条件下进行使用；能够同时对抽采钻孔内的多个测点(测点数量n≤12)进行 气体采集，有效避免由于时间差而引起钻孔内瓦斯浓度变化而最终导致检测结果脱离实际的问题；同时，该装置的防水装置能够有效避免抽采钻孔内的小股水流进入到检测装置内部；此外，该装置的检测管可塑性强，具有一定强度，方便携带和使用；另外该装置的动力可由井下压风管路提供，无需电子设备，安全可靠。本发明的封孔质量评价方法能够通过计算漏风率实现对单个钻孔封孔质量的定量评价，以及钻孔组整体封孔质量之间的对比，进而能够实现不同种封孔方法之间封孔质量的对比。本发明具有操作简单、精确度高的优点，并且能够定量评价瓦斯抽采钻孔封孔质量。
附图说明
图1为本发明实施例中瓦斯抽采钻孔封孔质量检测装置的结构示意图；
图2为图1中A-A处的剖面结构示意图；
图3为本发明实施例中瓦斯抽采钻孔封孔质量检测装置的检测管上吸气口分布示意图；
图4为本发明实施例中瓦斯抽采钻孔封孔质量检测装置的防水装置结构示意图；
图5为本发明实施例中瓦斯抽采钻孔封孔质量检测装置的防水装置的整体外观结构示意图；
图6为本发明实施例中瓦斯抽采钻孔封孔质量评价方法中的皮托管测定抽采钻孔抽采气体混量示意图；
图中：
1、检测主机；101、快速接头；102、控制开关；103、排气口；104、进
气口；2、检测管；201、吸气管；202、吸气口；203、支撑骨架；2031、通孔；204、中空管体；3、防水装置；301、套管本体；3011、第一中空圆柱段；3012、第二中空圆柱段；3013、第三中空圆柱段；3014、第一外螺纹；3015、第一方齿；3016、第二外螺纹；3017、第二方齿；302、第一螺帽；303、第 二螺帽；4、三通；5、密封件；6、抽采管路；7、瓦斯抽采钻孔；8、煤层；9、抽采管；10、封孔材料；11、风管；12、井下压风管路；13、皮托管；14、U型压差计；15、弯头；16、软管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在煤层8中施工瓦斯抽采钻孔7，施工完毕后，在瓦斯抽采钻孔7内放入抽采管9，然后注浆封孔，用封孔材料10将抽采管9和瓦斯抽采钻孔7之间的空隙密封，本发明的瓦斯抽采钻孔封孔质量检测装置及封孔质量评价方法是实现对煤层8的瓦斯抽采钻孔7密封质量进行检测及评价。
实施例一
请参阅图1-图5，一种瓦斯抽采钻孔封孔质量检测装置，包括检测主机1、检测管2、密封件5及三通4，在检测主机1上方设有多个进气口104及多个排气口103(本实施例中共设置12个进气口104和12个排气口103)，其排列分布可根据检测主机1的实际形状进行调整，检测主机1内部设有负压引射器，检测主机1上还设有快速接头101及控制开关102，快速接头101用于与井下的风管11相连接，井下的风管11另外连接至井下压风管路12，控制开关102用于启动和关闭检测主机1内部的负压引射器，三通4的第二接口与抽采管9相连接，抽采管9置于瓦斯抽采钻孔7内，三通4的第三接口与抽采管路6相连接，检测管2的一端与检测主机1的进气口相连接，检测管2的另一端自三通4的第一接口穿入三通4后自第二接口穿出并置于抽采管9及瓦斯抽采钻孔7内，在检测管2与三通4的第一接口的连接处设有密封件5，密封件5用于密封检测管2与三通4的第一接口之间的空隙，防止巷道内空 气进入瓦斯抽采钻孔7，从而影响检测结果。三通4中与密封件5相连接的第一接口孔径为固定，一般为φ50mm，第二接口和第三接口的孔径可以根据现场实际所用抽采管路6及抽采管9的管径而调整，一般为φ50mm。三通4为阻燃的PVC管件或PE管件。密封件5的结构与防水装置3相似，均为中空的管状，其一端可与三通4的第一接口直接相连，另一端也是通过旋紧螺帽并挤压方齿使密封件5与检测管2紧密相连。
参阅图3，所述检测管2包括中空管体204、多个吸气口202、支撑骨架203、多个吸气管201，在中空管体204上设有多个间隔设置的吸气口202，中空管体204为中空圆柱体形状，中空管体204前端端头设计为锥形，方便其在瓦斯抽采钻孔7内推进时有效减少推进阻力，在中空管体204内部设有支撑骨架203，支撑骨架203上设有多个用于吸气管201穿过的通孔2031，每个通孔2031内可穿过一个吸气管201，多个吸气管201的一端自支撑骨架203上的通孔2031穿过并分别与中空管体204上的吸气口202一对一连接，每个吸气管201的另一端的一段置于中空管体204的外部，在使用时与检测主机1上的进气口104一对一连接。所述吸气口202的数量为12个，吸气管201的数量为12根。即检测管2内部的12根吸气管201长度是不相同的，考虑到当前瓦斯抽采钻孔7的封孔长度一般在10-20m之间，本实施例提供的检测管2的中空管体204总长度L3为35m，所有吸气管201在中空管体204末端的外露部分长度L5均为5m，本实施例中，12个吸气口202分布为：在中空管体204前端与锥形端头前端距离L6为1m处设有1个吸气口202，另外11个吸气口202以间距H为1.8m平均分布在中空管体204上，最后端的1个吸气口202与中空管体204末端面之间的距离L4为4.5m。
所述中空管体204、支撑骨架203采用易弯曲、质量轻、耐腐蚀性强、阻燃的铝塑材质制成，所述吸气管201采用容易弯曲、质量轻且不易在负压作用下被吸瘪的阻燃PE材质制成。
参阅图2，本发明的支撑骨架203包括多个横梁和多个纵梁，多个横梁和多个纵梁之间相互垂直固定后形成多个用于吸气管201穿过的通孔2031，多个横梁和多个纵梁的末端分别固定在检测管2的中空管体204的内壁面上。支撑骨架203的长度为沿中空管体204的末端至中空管体204前端的第1个吸气口202中心之间的距离，即L3-L6，本实施例中L3-L6＝(35-1)m＝34m。
所述检测管上还安装有多个防水装置3，防水装置3套装在中空管体204上并置于每个吸气口202的后方。本发明通过设置防水装置3能够抬高各吸气口202的位置进而避免吸气口202直接与水相接触，进而防止瓦斯抽采钻孔7内的水被吸进吸气管201内，造成检测误差或损坏仪器。
所述防水装置3包括套管本体301、第一螺帽302及第二螺帽303，所述套管本体301包括第一中空圆柱段3011，在第一中空圆柱段3011的两端分别设有第二中空圆柱段3012和第三中空圆柱段3013，在第二中空圆柱段3012的外周面上设有第一外螺纹3014及第一方齿3015，在第三中空圆柱段3013的外周面上设有第二外螺纹3016及第二方齿3017，将套管本体301套装在中空管体204外部，通过在第二中空圆柱段3012和第三中空圆柱段3013上分别安装第一螺帽302及第二螺帽303，第一螺帽302与第二螺帽303分别旋紧在第一外螺纹3014和第二外螺纹3016处，在旋紧的过程中，不断挤压第一方齿3015和第二方齿3017，实现将套管本体301抱紧固定在中空管体204外部。套管本体301、第一螺帽302及第二螺帽303均为阻燃的塑料材质制成。
本发明检测主机1中的负压引射器能够同时对12个进气口104所连接的吸气管201产生负压和吸抽作用，进气口104和排气口103的作用分别是通过在进气口104连接吸气管201可将瓦斯抽采钻孔7内的气体吸进检测主机1内部，并通过相对应的排气口103排出到检测主机1外部或气体收集装置。快速接头101的作用是与井下的风管11进行快速连接，并通过检测主机1内部装置将正压风能转变为负压引射器的动力，供负压引射器工作使用；控制 开关102的作用是启动和关闭检测主机1内部的负压引射器。检测管2的作用主要是伸入瓦斯抽采钻孔7内部为采集钻孔内部气体提供流通通道。
实施例2
一种瓦斯抽采钻孔封孔质量评价方法，采用实施例1中的瓦斯抽采钻孔封孔质量检测装置实现，包括以下步骤：
步骤1，首先需要对瓦斯抽采钻孔7的实际封孔段深度L1、封孔方法和瓦斯抽采钻孔7内所用抽采管9的总长度L2进行调查；并根据抽采管9与抽采管9之间的连接处前后、巷道松动圈宽度内及其他可能出现漏风的位置进行检测，确定需要进行检测的测点数量及位置(测点数量为n，n≤12)，各测点沿气体流通方向分别记为JC1、JC2……JCn；
步骤2，利用气体流量检测装置对需要检测瓦斯抽采钻孔7的抽采气体混量Q进行检测；
检测方法可选择孔板、相关检测仪或皮托管13进行抽采气体混量Q的检测。参照图6，以皮托管13检测为例，检测时通过在抽采管9上预留的检测孔(位于瓦斯抽采钻孔7孔口处)，将皮托管13检测端放入抽采管9内，抽采管9通过弯头15与抽采管路6相连，并将皮托管13尾部的连接口通过软管16与U型压差计14连接，保持抽采状态，记录U型压差计14所显示的压差值Δh和速压值Hv(皮托管13手握端与U型压差计14之间通过2个软管16连接，当检测时，两个软管16都与皮托管13相连时，测的是压差值Δh；当皮托管13手握端右侧的软管16断开时，与其相连的皮托管13手握端右侧及U型压差计14右侧均与大气相连，只有皮托管13手握端左侧的软管16与U型压差计14左侧相连，此时测得的是速压值Hv)，并根据以下计算公式计算出瓦斯抽采钻孔7内的抽采气体混量Q值：
式中，Kp为皮托管13的流量系数，Pa-0.5m/min；Y为抽采管9管道中心最大雷诺数R∞的函数，取值可参照表2；D为抽采管9直径，m。
式中，D为抽采管9直径，m；μ为气体运动粘性系数，可取1.51×10-5m2/s；ν为抽采管9管道内中心点的流速，m/s，ν可由下式得到：
式中，ρ为气体的密度，kg/m3；Hv为抽采管9中心点的速压值，Pa。
表2瓦斯抽采管中心最大雷诺数R∞与Y值关系
压差值Δh测定结束后，回收皮托管13和U型压差计14，并将抽采管9上的预留检测孔封闭，将弯头从抽采管9与抽采管路6上拆卸下来，开始封孔质量检测装置的连接；
步骤3，组装瓦斯抽采钻孔封孔质量检测装置：首先将三通4的第二接口和第三接口分别与抽采管9和抽采管路6连接，然后根据步骤1确定的测点数量及位置，在检测管2的中空管体204上留取相应位置及数量的检测用吸气口202，其他吸气口202进行封堵，并标记与封堵吸气口202相连接的吸气管201，在检测时不再将其与进气口104相连接，同时在使用的各检测用吸气口202旁安装好防水装置3，将安装好防水装置3的检测管2自三通4第一接口迅速放入瓦斯抽采钻孔7内，并在三通4的第一接口与检测管2的连接处安装好密封件5，此时瓦斯抽采钻孔7将进入正常抽采状态，将检测用吸气管201另一端分别依次连接至检测主机1的进气口104上，连接完成后，利用风管11将检测主机1与井下压风管路12进行连接，以便为检测主机1内部负 压引射器提供动力；
步骤4，组装完成后，启动控制开关102，对瓦斯抽采钻孔封孔质量检测装置进行测试前试验，正常情况下，在负压引射器的作用下，检测主机1上的各个吸气口202和各个排气口103将同时工作；
步骤5，试验完毕后，关闭控制开关102，将所使用的检测主机1上的各排气口103与收集气体的橡胶球胆进行连接，然后启动控制开关102，瓦斯抽采钻孔7内的气体将通过检测管2上的各吸气口202同时进入到检测管2内的各吸气管201内，并通过检测主机1上的各进气口104自对应的排气口103最终进入各橡胶球胆内，待各橡胶球胆内收集到预测定量的气体后，关闭控制开关102，然后利用井下瓦斯检测设备(光学瓦斯鉴定器)对各橡胶球胆内气体瓦斯浓度进行测定，或者将各橡胶球胆带到地面利用色谱仪等装置对气体瓦斯浓度进行测定，得到各测点的气体瓦斯浓度ND1、ND2……NDn；
步骤6，重复步骤5，以此循环，直至所有瓦斯抽采钻孔7的封孔质量全部测定完毕；
步骤7，利用单孔的钻孔总漏风率K来对每个瓦斯抽采钻孔7的封孔质量进行评价，具体步骤为：
根据步骤2得到的瓦斯抽采钻孔7内的抽采气体混量Q值及步骤5得到的ND1、ND2……NDn，依据瓦斯抽采钻孔7内各处瓦斯纯量相同的原理，则瓦斯抽采钻孔7内各处瓦斯纯量CL均为Q×NDn，各测点处的抽采瓦斯气体混量Qi为：Qi＝CL/NDi(i＝1、2、…n)，则瓦斯抽采钻孔总漏风量QL＝Q-Q1＝Qn-Q1(检测抽采气体混量Q值的检测孔位置与孔口处的第n个检测点JCn位置之间的距离较小，且两者所检测的气体位于同一段抽采管9内，因此可以将抽采气体混量Q值当做JCn测点处的抽采气体混量Qn，即Q＝Qn)，钻孔总漏风率或
以瓦斯抽采钻孔7内依次布置了6个检测点为例(瓦斯抽采钻孔7最深处检测点为JC1，孔口处为JC6)，即检测管2上使用了6个吸气口202，各测点的瓦斯浓度及抽采气体混量Q检测值如表3所示。
表3各测点的瓦斯浓度及抽采气体混量Q检测值
依据瓦斯抽采钻孔7内各处瓦斯纯量相同的原理，则瓦斯抽采钻孔7内各处瓦斯纯量CL均为Q×NDn，则CL＝Q×ND6＝1.2×60％＝0.72m3/min；据此可以推算出各测点处的抽采气体混量Qi，Qi＝CL/NDi(i＝1、2、…n)，如表4所示。
表4各测点处的抽采气体混量Qi值
则瓦斯抽采钻孔7总漏风量QL为测点6(JC6)的抽采气体混量减去测点1(JC1)的抽采气体混量，即QL＝Q6-Q1＝1.2-0.9＝0.3m3/min；进而钻孔总漏风率K为：
根据钻孔总漏风率K的值，对瓦斯抽采钻孔7封孔质量的等级进行划分，并提出相应的处理建议，封孔质量等级及建议处理措施具体如表1所示：
表1封孔质量等级及建议处理措施
根据表1，钻孔总漏风率K为25％，钻孔封孔质量等级属于大量漏风，为保障工作区域所有瓦斯抽采钻孔7的整体抽采效果建议对其进行二次封孔。
所述步骤7还包括对不同钻孔组的封孔质量进行评价，当钻孔组由多个瓦斯抽采钻孔7组成时，通过对钻孔组的漏风钻孔比例λ和平均漏风率η来进行评价；
其中：漏风钻孔比例λ为出现漏风瓦斯抽采钻孔7个数m与整个评价钻孔总数N的比值，即
平均漏风率η为整个评价钻孔中出现漏风瓦斯抽采钻孔7的钻孔总漏风率K之和与出现漏风瓦斯抽采钻孔7个数m的比值，即
钻孔组封孔质量评价是在单孔评价的基础上，通过对各钻孔组的漏风钻孔比例λ和平均漏风率η来进行评价，钻孔组封孔质量多用于不同封孔方法之间封孔质量的对比。
本实施例中假设有两组钻孔组(各组钻组的瓦斯抽采钻孔7数量为5个，第一组钻孔组的各瓦斯抽采钻孔7封孔方法采用聚氨酯，第二组钻孔组中的各瓦斯抽采钻孔7封孔方法采用水泥砂浆)，采用本发明的瓦斯抽采钻孔封孔质量检测装置对每组钻孔组的每个瓦斯抽采钻孔7的封孔质量进行评价，两组钻孔组各钻孔总漏风率K值如表5所示。
表5两组钻孔组各瓦斯抽采钻孔总漏风率K值
根据表中数据及漏风钻孔比例λ和平均漏风率η的计算公式计算：
第一组钻孔组的漏风钻孔比例第一组钻孔组的平均漏风率
第二组钻孔组的漏风钻孔比例第二组钻孔组的平均漏风率
通过对比两组钻孔组的漏风钻孔比例λ和平均漏风率η可知，第二组钻孔组的漏风钻孔比例λ和平均漏风率η均小于第一组钻孔组，即第二组采用水泥砂浆封孔方法钻孔的封孔质量要明显高于第一组采用聚氨酯封孔方法钻孔的封孔质量。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

  1. 一种瓦斯抽采钻孔封孔质量检测装置，其特征在于，包括检测主机、检测管、密封件及三通，在检测主机上方设有多个进气口及多个排气口，检测主机内部设有负压引射器，检测主机上还设有快速接头及控制开关，快速接头用于与井下的风管相连接，井下的风管另外连接至井下压风管路，控制开关用于启动和关闭检测主机内部的负压引射器，三通的第二接口与抽采管相连接，抽采管置于瓦斯抽采钻孔内，三通第三接口与抽采管路相连接，检测管的一端与检测主机的进气口相连接，检测管的另一端自三通的第一接口穿入三通后自第二接口穿出并置于抽采管及瓦斯抽采钻孔内，在检测管与三通的第一接口的连接处设有密封件，密封件用于密封检测管与三通的第一接口之间的空隙；
    所述检测管包括中空管体、多个吸气口、支撑骨架、多个吸气管，在中空管体上设有多个间隔设置的吸气口，在中空管体内部设有支撑骨架，支撑骨架上设有多个用于吸气管穿过的通孔，每个通孔内可穿过一个吸气管，多个吸气管的一端自支撑骨架上的通孔穿过并分别与中空管体上的吸气口一对一连接，每个吸气管的另一端的一段置于中空管体的外部，在使用时与检测主机上的进气口一对一连接。
  2. 如权利要求1所述的一种瓦斯抽采钻孔封孔质量检测装置，其特征在于，所述吸气口的数量为12个，吸气管的数量为12根。
  3. 如权利要求1所述的一种瓦斯抽采钻孔封孔质量检测装置，其特征在于，所述中空管体、支撑骨架采用铝塑材质制成，所述吸气管采用阻燃PE材质制成。
  4. 如权利要求1所述的一种瓦斯抽采钻孔封孔质量检测装置，其特征在于，所述检测管上还安装有多个防水装置，防水装置套装在中空管体上并置于每个吸气口的后方。
  5. 如权利要求4所述的一种瓦斯抽采钻孔封孔质量检测装置，其特征在 于，所述防水装置包括套管本体、第一螺帽及第二螺帽，所述套管本体包括第一中空圆柱段，在第一中空圆柱段的两端分别设有第二中空圆柱段和第三中空圆柱段，在第二中空圆柱段的外周面上设有第一外螺纹及第一方齿，在第三中空圆柱段的外周面上设有第二外螺纹及第二方齿，将套管本体套装在中空管体外部，通过在第二中空圆柱段和第三中空圆柱段上分别安装第一螺帽及第二螺帽，第一螺帽与第二螺帽分别旋紧在第一外螺纹和第二外螺纹处，将套管本体固定在中空管体外部。
  6. 一种瓦斯抽采钻孔封孔质量评价方法，采用如权利要求1-5中任意一项所述的瓦斯抽采钻孔封孔质量检测装置实现，其特征在于，包括以下步骤：
    步骤1，首先需要对瓦斯抽采钻孔的实际封孔段深度L1、封孔方法和瓦斯抽采钻孔内所用抽采管的总长度L2进行调查；并根据抽采管与抽采管之间的连接处前后、巷道松动圈宽度内及其他可能出现漏风的位置进行检测，确定需要进行检测的测点数量及位置，各测点沿气体流通方向分别记为JC1、JC2……JCn；
    步骤2，利用气体流量检测装置对需要检测瓦斯抽采钻孔的抽采气体混量Q进行检测；
    步骤3，组装瓦斯抽采钻孔封孔质量检测装置：首先将三通的第二接口和第三接口分别与抽采管和抽采管路连接，然后根据步骤1确定的测点数量及位置，在检测管的中空管体上留取相应位置及数量的检测用吸气口，其他吸气口进行封堵，标记与封堵吸气口相连接的吸气管，在检测时不再将其与进气口相连接，同时在使用的各检测用吸气口旁安装好防水装置，将安装好防水装置的检测管自三通第一接口迅速放入瓦斯抽采钻孔内，并在三通的第一接口与检测管的连接处安装好密封件，此时瓦斯抽采钻孔将进入正常抽采状态，将检测用吸气管另一端分别依次连接至检测主机的进气口上，连接完成后，利用风管将检测主机与井下压风管路进行连接，以便为检测主机内部负 压引射器提供动力；
    步骤4，组装完成后，启动控制开关，对瓦斯抽采钻孔封孔质量检测装置进行测试前试验，正常情况下，在负压引射器的作用下，检测主机上的各个吸气口和各个排气口将同时工作；
    步骤5，试验完毕后，关闭控制开关，将所使用的检测主机上的各排气口与收集气体的橡胶球胆进行连接，然后启动控制开关，瓦斯抽采钻孔内的气体将通过检测管上的各吸气口同时进入到检测管内的各吸气管内，并通过检测主机上的各进气口自对应的排气口最终进入各橡胶球胆内，待各橡胶球胆内收集到预检测的气体后，关闭控制开关，然后利用井下瓦斯检测设备对各橡胶球胆内气体瓦斯浓度进行测定，或者将各橡胶球胆带到地面利用色谱仪等装置对气体瓦斯浓度进行测定，得到各测点的气体瓦斯浓度ND1、ND2……NDn；
    步骤6，重复步骤5，以此循环，直至所有瓦斯抽采钻孔的封孔质量全部测定完毕；
    步骤7，利用单孔的钻孔总漏风率K来对每个瓦斯抽采钻孔的封孔质量进行评价。
  7. 如权利要求6所述的一种瓦斯抽采钻孔封孔质量评价方法，其特征在于，所述步骤7对每个瓦斯抽采钻孔的封孔质量进行评价的具体步骤为：
    根据步骤2得到的瓦斯抽采钻孔内的抽采气体混量Q值及步骤5得到的ND1、ND2……NDn，依据瓦斯抽采钻孔内各处瓦斯纯量相同的原理，则瓦斯抽采钻孔内各处瓦斯纯量CL均为Q×NDn，依据Qi＝CL/NDi(i＝1、2、…n)推算出各测点处的抽采瓦斯气体混量Qi，则抽采钻孔总漏风量QL＝Q-Q1＝Qn-Q1，钻孔总漏风率或
  8. 如权利要求6所述的一种瓦斯抽采钻孔封孔质量评价方法，其特征在 于，所述瓦斯抽采钻孔封孔质量的评价方法还包括，在步骤7之后进行步骤8，步骤8具体为：
    根据钻孔总漏风率K的值，对瓦斯抽采钻孔封孔质量的等级进行划分，并提出相应的处理建议，封孔质量等级及建议处理措施具体如表1所示：
    表1封孔质量等级及建议处理措施
  9. 如权利要求6所述的一种瓦斯抽采钻孔封孔质量评价方法，其特征在于，所述步骤7还包括对不同钻孔组的封孔质量进行评价，当钻孔组由多个瓦斯抽采钻孔组成时，通过对钻孔组的漏风钻孔比例λ和平均漏风率η来进行评价；
    其中：漏风钻孔比例λ为出现漏风瓦斯抽采钻孔个数m与整个评价钻孔总数N的比值，即
    平均漏风率η为整个评价钻孔中出现漏风瓦斯抽采钻孔的钻孔总漏风率K之和与出现漏风瓦斯抽采钻孔个数m的比值，即
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