CN103953331A - 一种自钻式煤层瓦斯压力原位测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种自钻式煤层瓦斯压力原位测定装置。能够在不抽出钻杆前提下实现煤层瓦斯压力测定，特别适用于测定易塌孔煤层瓦斯压力。包括钻进***、封孔***、测压***。在钻进达到设计钻孔深度后，退出钻机并将钻杆退后超过封隔胶囊槽宽度的一段距离，连通供液和排液管路，连接瓦斯压力测定导线及仪器，封闭冷却水通道和封隔钻杆外周与钻孔壁间空隙，形成封闭空间。开启瓦斯压力测定仪，测定封闭空间中瓦斯压力变化，稳定压力即为该钻孔原位瓦斯压力。最后，通过对胶囊活塞、封隔胶囊、套管胶囊的操作，恢复冷却水通道的连通，封闭瓦斯压力探头腔体，恢复滑动螺纹套管螺纹位置，拆除钻杆外供液和排液管路及瓦斯压力测定装置，拔出钻杆或继续钻进。

Description

一种自钻式煤层瓦斯压力原位测定装置

技术领域

本发明涉及一种自钻式煤层瓦斯压力原位测定装置，可原位测定煤层瓦斯压力，特别适用于测定易塌孔松软煤层瓦斯压力。

背景技术

煤层瓦斯压力是瓦斯喷出和煤与瓦斯突出的动力，与煤层瓦斯含量存在正向关系。煤层瓦斯压力测定是防治煤矿瓦斯灾害的一项基础工作，也是检验突出煤层经抽放后是否消突的重要手段。目前测试煤层瓦斯压力，多采用煤炭行业标准AQ10478－2007《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法的规定》所规定的注浆泵封孔的被动式方法。测试原理为，利用煤层中瓦斯的自然渗透原理测定在钻孔揭露处达到平衡的瓦斯压力，该测试利用穿层钻孔将导气管放置在煤层中，导气管与孔口压力表相接，煤层瓦斯流体的压力变化通过测压管反映在外接压力表上，每天观察压力值的变化，待压力值达到稳定一周后完成该孔的煤层瓦斯压力测试，测试一个孔的周期一般为30d左右。

目前，对煤层进行瓦斯压力测定主要采用先打钻孔，而后将测压装置送入钻孔深部，最后进行封孔测压。在成孔后撤出钻杆的过程会导致钻孔周围一定范围煤体内的瓦斯迅速释放，且封孔工序又延长了钻孔周围煤体内瓦斯的释放时间，从而导致需要用更长的测定时间才能测到真实的瓦斯压力值；另外，在对松软煤层进行钻孔测压时，常常出现钻孔垮塌、堵塞现象，这样一来就导致了接下来的测压工作无法进行。

由于现在采掘技术与装备的进步，煤巷掘进速度越来越快，而防突的压力也越来越大，只有通过不断缩短各项预防突出指标的测试时间来弥补防突带来的生产效率损失。按照现有的防突规程，除了煤层瓦斯压力以外的防突指标测试基本可以做到随钻随测，当天就可以得到各种测试指标数据。

为缓解煤层瓦斯压力测定与掘进之间的时间矛盾，且便于测定易于塌孔软煤瓦斯压力，提出了一种自钻式煤层瓦斯压力测定装置，可以做到随钻随测，大大缩短煤层瓦斯压力测定的时间。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种自钻式煤层瓦斯压力原位测定装置，该装置可适用于大多数煤层瓦斯压力的测定，特别是对于钻孔易塌、易堵的松软煤层，可大幅度提高测定效率，并且由于采用双排封孔胶囊封孔大大提高测定压力值的可靠性。

本发明提供一种自钻式煤层瓦斯压力原位测定装置。该装置包括钻进***，封孔***和测压***。

所述钻进***包括螺纹钻杆、钻头、冷却水通道，螺纹钻杆通过钻头破坏煤体，通过钻杆螺纹排渣，通过向冷却水通道供水提供降温和辅助排渣功能。所述钻杆包括杆体、螺纹、供液通道（1）、供液通道（2）、供液通道（3）、导线通道、活动螺纹套管、封隔胶囊槽、套管滑动机构、钻头、冷却水通道（1）和冷却水通道（2）、胶囊活塞（1）和胶囊活塞（2）、瓦斯探头腔体。

所述封孔***包括供液泵、真空泵、高压管路、四通阀、开关、三通阀、高压铝塑管、压力表组成的钻杆外供液或排液***、供液通道、胶囊活塞、套管滑动***、封隔胶囊。供液泵和真空泵通过2个四通阀和3个三通阀控制3条供液通道液体的供给和排出，共有3条供液管和3条排液管，分别有6个开关控制其连通与否，3个压力表用于观察3个供液通道液体的实时压力。供液通道（1）、供液通道（3）、套管滑动机构、封隔胶囊（1）和封隔胶囊（2）控制钻杆与孔壁间空气的封隔；所述封隔胶囊（1）和封隔胶囊（2）为环状胶囊；所述套管滑动机构包括套管肋板、套管滑动环板、套管胶囊（1）、套管胶囊（2）、活动螺纹套管。当供液通道（1）增压，供液通道（3）减压，则套管胶囊（1）增压伸长、套管胶囊（2）减压缩短，套管滑动环板借助套管肋板带动活动螺纹套管向孔底方向沿套管胶囊滑动轴滑动，直到完全打开封隔胶囊槽，使封隔胶囊（1）和封隔胶囊（2）暴露于孔壁。最后使供液通道（2）增压，使封隔胶囊（1）和封隔胶囊（2）增压伸长，压紧孔壁，隔绝孔内外的气体流通联系。供液通道（2）、胶囊活塞（1）控制封隔冷却水通道，当供液通道（2）增压、则胶囊活塞（1）增压伸长，使胶囊活塞（1）封隔冷却水通道；完成封孔工作。正常钻进情况下，封隔胶囊（1）和封隔胶囊（2）减压收缩，滑动套管与钻杆螺纹和钻杆杆体紧密接触，套管胶囊（2）增压伸长，套管胶囊（1）减压收缩，胶囊活塞（2）增压伸长，胶囊活塞（1）减压收缩。测压状态下，套管胶囊（1）增压伸长，套管胶囊（2）减压收缩，胶囊活塞（2）减压收缩，胶囊活塞（1）增压伸长，封隔胶囊（1）和封隔胶囊（2）增压伸长。

所述测压***包括胶囊活塞（2）、供液通道（3）、瓦斯压力探头、测定导线、瓦斯压力测定仪。所述瓦斯压力测试探头安装于瓦斯压力测试探头腔体内，由导线通道内导线、压力测定导线连接到瓦斯压力测定仪。供液通道（3）压力降低时，胶囊活塞（2）收缩，瓦斯压力探头腔体出口打开，瓦斯气体由冷却水通道进入瓦斯压力探头腔体，由瓦斯探头测定瓦斯压力，数据经瓦斯压力测定导线传到瓦斯压力测定仪。

附图说明

图1是本发明一种自钻式煤层瓦斯压力原位测定装置剖面示意图。

图中：1为瓦斯压力测定仪；2为瓦斯压力测定导线；3为真空泵；4为高压铝塑管（1）；5为四通阀（1）；6为高压铝塑管（2）；7为开关（1）； 8为三通阀（1）；9 为高压铝塑管（3）； 10为压力表（1）；11为高压铝塑管（4）；12为开关（2）；13为三通阀（2）；14 为压力表（2）； 15 为高压铝塑管（5）；16 为开关（3）；17 为高压软管（6）； 18为三通阀（3）；19为高压铝塑管（7）；20为压力表（3）； 21为供液泵；22为高压铝塑管（8）；23为四通阀（2）； 24为开关（4）； 25为高压铝塑管（9）；26为开关（5）；27为高压铝塑管（10）；28为开关（6）；29为高压铝塑管（11）；30为钻杆螺纹；31为钻杆杆体；32为煤体；33为钻孔；34为供液通道（1）； 35为供液通道（2）；36为冷却水通道（1）；37为瓦斯压力测定导线通道；38为供液通道（3）；39为冷却水通道（2）；40为胶囊活塞（1）；41为瓦斯压力测试探头；42为测试探头腔体；43为胶囊活塞（2）；44为封隔胶囊（1）；45为封隔胶囊槽；46为封隔胶囊（2）；47为活动螺纹套管；48为套管胶囊（1）；49为套管胶囊轴；50为套管滑动环板；51为套管胶囊（2）；52为集气空间；53为钻头； 54为套管肋板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

本发明提供一种自钻式煤层瓦斯压力原位测定装置。

如图1所示，本发明的具体步骤如下。

（1）钻进到设定深度后，将钻杆向钻孔口方向移动，移动距离大于封隔胶囊槽宽度，小于封隔胶囊槽宽度的2倍。钻机退后一段距离，从钻机上退出钻杆。

（2）连接高压铝塑管（7）19和供液通道（1）34、高压铝塑管（5）15和供液通道（2）35、高压铝塑管（3）9和供液通道（3）38、瓦斯压力测定导线2和瓦斯压力测定导线通道37内的导线。

（3）关闭开关（2）12、开关（3）16、开关（4）24、开关（5）26，打开开关（1）7和开关（6）28，开动供液泵21和真空泵3。供液泵21通过高压铝塑管（8）22、四通阀（2）23、开关（6）28、高压铝塑管（11）29、三通阀（3）18、高压铝塑管（7）19、供液通道（1）34控制套管胶囊（1）48；真空泵3通过高压铝塑管（1）4、四通阀（1）5、高压铝塑管（2）6、开关（1）7、三通阀（1）8、高压铝塑管（3）9，供液通道（3）38控制胶囊活塞（2）43和套管胶囊（2）51；压力表（1）10读数降低，压力表（3）20读数升高。胶囊活塞（2）43收缩，使瓦斯压力探头与冷却水通道（2）39连通，感受集气空间52的气体压力。套管胶囊（2）51减压收缩、套管胶囊（1）48增压伸长，沿套管胶囊轴49滑动收缩，推动套管滑动环板50、套管肋板54、和活动螺纹套管47向孔底方向滑动，使封隔胶囊（1）44和封隔胶囊（2）46暴露出来。

（4）关闭开关（2）12、开关（3）16、开关（4）24、开关（6）28、开关（1）7，打开开关（5）26，关闭真空泵3，继续开动供液泵21。供液泵21通过高压铝塑管（8）22、四通阀（2）23、开关（5）26、高压铝塑管（10）27、三通阀（2）13、高压铝塑管（5）15、供液通道（2）35控制胶囊活塞（1）40、封隔胶囊（1）44和封隔胶囊（2）46；压力表（2）14读数增加，胶囊活塞（1）40增压伸长，封堵冷却水通道（1）36，隔绝钻杆内冷却水通道（1）36与冷却水通道（2）39间的气体流通联系；供液泵向封隔胶囊（1）44和封隔胶囊（2）46供液增压，封隔胶囊（1）44和封隔胶囊（2）46增压伸长，压紧孔壁，隔绝钻杆与孔壁间封隔胶囊内外的气体流通联系；完成封孔工作。

（5）开动测压仪1，实时读取测压探头41数据，当数据保持稳定时，可认为测压完成。

（6）测压工作完成后，关闭开关（1）7、开关（3）16、开关（4）24、开关（5）26、开关（6）28，打开开关（2）12，关闭供液泵21，开启真空泵3。真空泵3通过高压铝塑管（1）4、四通阀（1）5、高压铝塑管（4）11、三通阀（2）13、高压铝塑管（5）15、供液通道（2）35，控制胶囊活塞（1）40、封隔胶囊（1）44和封隔胶囊（2）46。压力表（2）14读数降低，胶囊活塞（1）40收缩，冷却水通道（1）36和冷却水通道（2）39恢复连通；封隔胶囊（1）44和封隔胶囊（2）46收缩，离开孔壁，紧贴杆体。

（7）关闭开关（5）26、开关（6）28、开关（1）7、开关（2）12，打开开关（3）16、开关（4）24，同时打开供液泵21，并维持真空泵3运行。真空泵3通过高压铝塑管（1）4、四通阀（1）5、高压铝塑管（6）17、三通阀（1）18、高压铝塑管（7）19、供液通道（1）34控制套管胶囊（1）48，使套管胶囊（1）48收缩；供液泵21通过高压铝塑管（8）22、四通阀（2）23、高压铝塑管（9）25、三通阀（1）8、高压铝塑管（3）9、供液通道（3）38控制胶囊活塞（2）43和套管胶囊（2）51。压力表（1）10读数增加，压力表（3）20读数降低。胶囊活塞（2）43增压伸长，封堵压力探头腔体42，使瓦斯探头41不受到正常钻进时冷却水通道中水的影响；套管胶囊（2）51增压沿套管胶囊轴49伸长，套管胶囊（1）48沿套管胶囊轴49收缩，推动套管滑动环板50、套管肋板54和活动螺纹套管47向孔口方向滑动，保持钻杆螺纹的连续性，并使封隔胶囊（1）44和封隔胶囊（2）46与孔壁隔离。

（8）断开高压铝塑管（7）19和供液通道（1）34、高压铝塑管（5）15和供液通道（2）35、高压铝塑管（3）9和供液通道（3）38、瓦斯压力测定导线2和瓦斯压力测定导线通道37内的导线。

（9）退出钻杆，或连接钻机与钻杆继续钻进。

（10）钻进其他钻孔或继续钻进达到设计钻孔深度后，需要测定瓦斯压力时，重复步骤（1）~（9）。

Claims (1)

1.一种自钻式煤层瓦斯压力原位测定装置，包括钻进***、封孔***、测压***，其特征在于，

1）所述钻进***包括螺纹钻杆、钻头、冷却水通道，螺纹钻杆通过钻头破坏煤体，通过钻杆螺纹排渣，通过向冷却水通道供水提供降温和辅助排渣功能；所述钻杆包括杆体、螺纹、供液通道（1）、供液通道（2）、供液通道（3）、导线通道、活动螺纹套管、封隔胶囊槽、套管滑动机构、钻头、冷却水通道（1）和冷却水通道（2）、胶囊活塞（1）和胶囊活塞（2）、瓦斯探头腔体；

2）所述封孔***包括供液泵、真空泵、高压管路、四通阀、开关、三通阀、高压铝塑管、压力表组成的钻杆外供液或排液***、供液通道、胶囊活塞、套管滑动***、封隔胶囊；所述供液泵和真空泵通过2个四通阀和3个三通阀控制3条供液通道液体的供给和排出，共有3条供液管和3条排液管，分别有6个开关控制其连通与否，3个压力表用于观察3个供液通道液体的实时压力；所述供液通道（1）、供液通道（3）、套管滑动机构、封隔胶囊（1）和封隔胶囊（2）控制钻杆与孔壁间空气的封隔；所述封隔胶囊（1）和封隔胶囊（2）为环状胶囊；所述套管滑动机构包括套管肋板、套管滑动环板、套管胶囊（1）、套管胶囊（2）、活动螺纹套管，当供液通道（1）增压，供液通道（3）减压，则套管胶囊（1）增压伸长、套管胶囊（2）减压缩短，套管滑动环板借助套管肋板带动活动螺纹套管向孔底方向沿套管胶囊滑动轴滑动，直到完全打开封隔胶囊槽，使封隔胶囊（1）和封隔胶囊（2）暴露于孔壁；最后使供液通道（2）、封隔胶囊（1）和封隔胶囊（2）增压伸长，压紧孔壁，隔绝孔内外的气体流通联系；所述供液通道（2）、胶囊活塞（1）控制封隔冷却水通道，当供液通道（2）增压、则胶囊活塞（1）增压伸长，使胶囊活塞（1）封隔冷却水通道，完成封孔工作；正常钻进情况下，封隔胶囊（1）和封隔胶囊（2）减压收缩，滑动套管与钻杆螺纹和钻杆杆体紧密接触，套管胶囊（2）增压伸长，套管胶囊（1）减压收缩，胶囊活塞（2）增压伸长，胶囊活塞（1）减压收缩；测压状态下，套管胶囊（1）增压伸长，套管胶囊（2）减压收缩，胶囊活塞（2）减压收缩，胶囊活塞（1）增压伸长，封隔胶囊（1）和封隔胶囊（2）增压伸长；

3）所述测压***包括胶囊活塞（2）、供液通道（3）、瓦斯压力探头、测定导线、瓦斯压力测定仪；所述瓦斯压力探头安装于瓦斯探头腔体内，由导线通道内导线、压力测定导线连接到瓦斯压力测定仪；供液通道（3）压力降低时，胶囊活塞（2）减压收缩，瓦斯压力探头腔体出口打开，瓦斯气体由冷却水通道进入瓦斯压力探头腔体，由瓦斯探头测定瓦斯压力，数据经瓦斯压力测定导线传到瓦斯压力测定仪。