矿山岩体钻孔多段式瓦斯抽采测试探头及系统技术方案

本发明专利技术公开了矿山岩体钻孔多段式瓦斯抽采测试探头及系统，它解决了现有技术中多根管路容易缠绕、封孔效率低的问题，具有密封效果好，抽采成本低的有益效果，其方案如下：瓦斯抽采测试探头，包括至少三个第一封堵单元，其中两个第一封堵单元分别设于两端，且头端的第一封堵单元与锥头连接，中部第一封堵单元与头端第一封堵单元之间的相邻两个第一封堵单元之间通过采集管连接，采集管侧壁设有若干个带有单向密封件的第二开孔；第二封堵单元，设于尾部第一封堵单元与中部第一封堵单元之间，且第二封堵单元与尾部第一封堵单元之间设置连通管；第一封堵单元包括第一管状接头，第一管状接头外部设置弹性封堵件，在第一管状接头侧壁设有第四开关。

Multi section gas extraction test probe and system for rock drilling in mine

The invention discloses a mine rock drilling mining test probe and multi segment type gas pumping system, it solves the problem of easy winding lines and sealing problem of low efficiency and has good sealing effect, extracting advantages of low cost, the plan is as follows: mining test probe gas, including at least three first sealing unit, two of which the first sealing unit are respectively arranged on the two ends, the first sealing unit and the cone head connected with the head end, between adjacent between central first plugging unit and the head end unit two of the first the first plugging plugging unit is connected through the collection tube, the collection tube side wall is provided with a plurality of one-way seal holes second second; plugging unit is arranged between the first unit and the first central tail sealing plugging unit, and the second sealing unit and the tail unit is arranged the first plugging pipe The first plugging unit includes the first tubular joint, the first tubular joint is externally arranged with elastic plugging, and a fourth switch is provided on the first pipe joint side wall.

【技术实现步骤摘要】
矿山岩体钻孔多段式瓦斯抽采测试探头及系统
本专利技术涉及矿山岩体钻孔抽采
，特别是涉及矿山岩体钻孔多段式瓦斯抽采测试探头及系统。
技术介绍
瓦斯是煤矿生产中的有害因素，它不仅污染空气，而且含量增多时，遇火会产生爆炸，瓦斯是从煤和围岩中逸出的甲烷、二氧化碳和氮等组成的混合气体，瓦斯压力和瓦斯含量是标志煤层瓦斯赋存状态的重要参数。而煤层瓦斯压力和瓦斯含量的测定，不仅有助于研究煤层瓦斯的赋存及涌出的规律，而且瓦斯抽采可以变害为利，作为煤炭伴生的资源加以开发利用。现有技术中通常在煤体上钻设设定数量的钻孔，通过真空泵来抽采，在抽采过程中需要对钻孔进行封堵，以避免瓦斯气体外溢，常采用的方法是向钻孔中充填混凝土充填材料或者在钻孔中安装2块挡板，形成密封空间，并通过单独的管道向此密封空间内灌注充填材料，现有封堵方式存在诸多缺陷，如：1)管道内封堵装置结构复杂，造成装配困难，而且容易导致封堵介质回流，进而影响到封堵速率；2)无法对采集管外钻孔进行设定的封堵，能对钻孔进行封堵的，又无法保证钻孔封堵与采集管外钻孔空腔进行有序封堵，无法保证钻孔内封堵质量；3)钻孔内瓦斯抽采管道与封堵管道相互独立，有多根管道(一般为2～3根)容易发生管道缠绕问题，不仅封孔效率低下，操作麻烦，而且稳定性较差；4)在钻孔内设置挡板是不容易的，若设置挡板后，无法保证钻孔两端的密封性能，而且单段的结构设置，无法对煤体进行有效支撑，容易出现塌孔的现象；5)封堵介质多采用固体介质，待固化后，容易发生龟裂现象或者固体材料无法对相应段的钻孔壁周围岩体裂隙进行密封，且多采用两段式密封方式，密封效果差；6)现有瓦斯抽采设备多为一次性消耗品，一般不能重复利用，间接提高了瓦斯抽采成本；7)现有抽采设备每次岩体钻孔瓦斯抽采范围较小，若进行深度瓦斯获取的话，需要其他钻孔，无疑进一步增加了抽采成本。由此可见，需要对矿山岩体钻孔多段式瓦斯抽采测试探头进行深入研究分析。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了矿山岩体钻孔多段式瓦斯抽采测试探头，该测试探头可实现对钻孔的封堵密封，而且拓宽了一次性岩体瓦斯的抽采范围或长度。矿山岩体钻孔多段式瓦斯抽采测试探头的具体方案如下：矿山岩体钻孔多段式瓦斯抽采测试探头，包括：至少三个第一封堵单元，其中两个第一封堵单元分别设于两端，且头端的第一封堵单元与锥头连接，中部第一封堵单元与头端第一封堵单元之间的相邻两个第一封堵单元之间通过采集管连接，采集管侧壁设有若干个带有单向密封件的第二开孔；第二封堵单元，设于尾部第一封堵单元与中部第一封堵单元之间，且第二封堵单元与尾部第一封堵单元之间设置连通管；第一封堵单元包括第一管状接头，第一管状接头外部设置弹性封堵件，在第一管状接头侧壁设有第四开关，封堵介质通过第一管状接头打开第四开关进入第一管状接头与弹性封堵件之间的空间，弹性封堵件胀大起到封堵作用。在该测试探头中，通过多个第一封堵单元与第二封堵单元的设置，可有效对钻孔进行多重封堵密封，避免现有技术中只有两头的封堵，保证了钻孔密封效果，能够对密封段钻孔周围岩体裂隙起到密封作用，提高了瓦斯获取的效率。所述第四开关包括纵向截面呈丁字形的盖帽，盖帽中部穿过所述第一管状接头设置，且穿过后通过耳边套有第一弹簧，在盖帽与第一管状接头之间还设置撑架，撑架与第一管状接头固定且撑架侧壁开有第一开孔，撑架与盖帽上表面都可以是圆环形状，盖帽的内部尺寸与撑架外部尺寸配合，常态下，盖帽在第一弹簧的作用下处于关闭状态，恰巧密封住第一开孔，充填封堵介质时，一定压力的封堵介质将盖帽向上顶起，与第一开孔形成通路，此时封堵介质进入第一管状接头和封堵件(封堵胶囊)的空腔内，封堵件起胀，且因第一弹簧的设置，在采集管或流通管内封堵介质回流时，避免第一封堵单元收缩。所述封堵介质为柔性封堵介质，呈流体状，可以是是乳化液+硅酸钠+水，或者其他介质。进一步地，采集管中单向密封件为椎体，椎体顶部设于采集管内，包括两段，从单向密封件椎体中垂面分开，这样在柔性封堵介质起胀阶段，避免封堵介质流向钻孔内，在采集过程中不仅可以便于瓦斯气体进入采集管，在起胀过程完成后，钻孔内采集管外的具有设定压力的封堵介质可通过单向密封件打开，进入采集管排出，以避免对瓦斯气体采集的影响。进一步地，所述第一管状接头内部两端直径大于中部直径，且第一管状接头呈两端凸起中部凹陷的结构，且第一管状接头两端凸起处各设有台阶，通过该台阶支撑封堵件，封堵件包绕并固定在所述第一管状接头中央。第一管状接头内部用于同采集管或连通管连接。进一步地，所述第二封堵单元包括第二管状接头，第二管状接头外部设置弹性封堵件，在第二管状接头侧壁设有第四开关，封堵介质通过第二管状接头打开第四开关进入第二管状接头与弹性封堵件之间的空间，弹性封堵件胀大起到封堵作用，第二管状接头外部一端用于与侧漏阀的基体管固定，另一端与采集管连接，第二管状接头中部缩径。进一步地，所述第二封堵单元一侧设置侧漏阀，用于封堵尾部第一封堵单元与侧漏阀间钻孔及周围岩体裂隙。进一步地，所述侧漏阀包括基体管，基体管一侧内部与所述第二管状接头外周紧固，基体管另一侧环向设有至少两个第三开孔，第三开孔端部设置调节螺母，调节螺母通过第二弹簧与橡胶球接触，橡胶球设于第三开孔的阶梯段处。基体管带有调节螺母的侧部与连通管连接，而且第三开孔相对于基体管的中心轴线对称设置，基体管内部设有多个台阶，其与第二管状接头连接处的内径大于其与连通管连接处的内径，第三开孔与大内径处相通。另外，第二弹簧的开启压力大于第四开关的开启压力，即当柔性封堵介质压力大于第一弹簧开启压力且小于第二弹簧开启压力时，第四开关开启，此时第一、二封堵单元起胀，至稳定后，形成密封空腔和采集空腔，继续增大柔性封堵介质压力，当大于第二弹簧开启压力时，此刻，柔性封堵介质向密封空腔注入，并密封对应周围岩体裂隙，密封空腔为钻孔内第二封堵单元侧部侧漏阀与尾部第一封堵单元之间的空腔，采集空腔为钻孔内相邻两个第一封堵单元之间，第一封堵单元与第二封堵单元之间的空腔。进一步地，所述第三开孔与第四开孔相通，封堵介质进入基体管内后通过第三开孔进入第四开孔，从而进入钻孔内。为了克服现有技术的不足，本专利技术还提供了矿山岩体钻孔多段式瓦斯抽采系统，包括：所述的矿山岩体钻孔多段式瓦斯抽采测试探头；推进机构，与测试探头的尾部第一封堵单元连接，用于推动测试探头向岩体内前行；供给操作机构，与推进机构或者尾部第一封堵单元可拆卸连接以向测试探头以及钻孔内提供设定压力的柔性封堵介质。进一步地，该系统还包括测定机构，测定机构包括与尾部第一封堵单元可拆卸连接的收集罐；进一步地，推进机构为空心钻杆，钻杆与钻机连接推进测试探头；在收集罐与尾部第一封堵单元连接的管路中设置电子压力表和瓦斯压力表，以实现对瓦斯气体的参数测定。所述供给操作机构包括封堵介质罐，封堵介质罐通过管路与尾部第一封堵单元或推进机构的空心钻杆可拆卸连接，钻杆空心设置，在该管路中设置压力表和流量表，封堵介质管与泵体连接以提供设定压力的封堵介质。该系统中，通过第一封堵单元和第二封堵单元，有效对测试探头外的钻孔进行有效封闭，使得抽采经由采集管和连通管流向收集罐，使封堵和抽采经由同一管路，减少了传统钻孔内同时存在的封堵和抽采管道的数量(仅本文档来自技高网...

【技术保护点】
矿山岩体钻孔多段式瓦斯抽采测试探头，其特征在于，包括：至少三个第一封堵单元，其中两个第一封堵单元分别设于两端，且头端的第一封堵单元与锥头连接，中部第一封堵单元与头端第一封堵单元之间的相邻两个第一封堵单元之间通过采集管连接，采集管侧壁设有若干个带有单向密封件的第二开孔；第二封堵单元，设于尾部第一封堵单元与中部第一封堵单元之间，且第二封堵单元与尾部第一封堵单元之间设置连通管；第一封堵单元包括第一管状接头，第一管状接头外部设置弹性封堵件，在第一管状接头侧壁设有第四开关，封堵介质通过第一管状接头打开第四开关进入第一管状接头与弹性封堵件之间的空间，弹性封堵件胀大起到封堵作用。

【技术特征摘要】
1.矿山岩体钻孔多段式瓦斯抽采测试探头，其特征在于，包括：至少三个第一封堵单元，其中两个第一封堵单元分别设于两端，且头端的第一封堵单元与锥头连接，中部第一封堵单元与头端第一封堵单元之间的相邻两个第一封堵单元之间通过采集管连接，采集管侧壁设有若干个带有单向密封件的第二开孔；第二封堵单元，设于尾部第一封堵单元与中部第一封堵单元之间，且第二封堵单元与尾部第一封堵单元之间设置连通管；第一封堵单元包括第一管状接头，第一管状接头外部设置弹性封堵件，在第一管状接头侧壁设有第四开关，封堵介质通过第一管状接头打开第四开关进入第一管状接头与弹性封堵件之间的空间，弹性封堵件胀大起到封堵作用。2.根据权利要求1所述的矿山岩体钻孔多段式瓦斯抽采测试探头，其特征在于，所述第四开关包括纵向截面呈丁字形的盖帽，盖帽中部穿过所述第一管状接头设置，且穿过后通过耳边套有第一弹簧，在盖帽与第一管状接头之间还设置撑架，撑架与第一管状接头固定且撑架侧壁开有第一开孔。3.根据权利要求1所述的矿山岩体钻孔多段式瓦斯抽采测试探头，其特征在于，所述第一管状接头内部两端直径大于中部直径，且第一管状接头呈两端凸起中部凹陷的结构。4.根据权利要求1所述的矿山岩体钻孔多段式瓦斯抽采测试探头，其特征在于，所述第二封堵单元包括第二管状接头，第二管状接头外部设置弹性封堵件，在第二管状接头侧壁设有第四开关，封堵介质通过第二管状接头打开第四开关进入第二管状接头与弹性封堵件之间的空间，弹性封堵件胀大起到封堵作用。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：李治纬，孔祥堂，霍志超，吴涛，高守峰，张国玉，宋文成，茹新华，李兴欢，王茂富，苏利国，鲁忠宝，刘遵利，孙凯，梁瑶，崔加莹，张敏，李迅，侯守庆，段学良，
申请(专利权)人：临沂矿业集团有限责任公司，山东鼎安检测技术有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37