一种超远距离原位测定煤层瓦斯压力装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超远距离原位测定煤层瓦斯压力装置及方法，通过长钻孔超远距离原位测试煤层瓦斯压力，属于煤矿瓦斯地质及煤矿安全领域。一种原位测定煤层瓦斯压力装置，包括外部的壳体以及内嵌的测压模块、远程通讯模块、电源模块和封孔模块；所述壳体的头部与带控制阀的钻头进行可拆卸螺纹连接，尾部与钻杆进行可断开的插销连接；所述测压模块外部为设有若干个透气孔的测压网罩，内部设有瓦斯压力传感器及数据存储器；所述封孔模块可实现远距离原位自动封孔。本发明专利技术解决了传统瓦斯压力测定距离短、无巷道无法测压及无法鉴定突出危险性等难题，具有可远距离、多点测试瓦斯压力等优点，适用于远距离准确测定瓦斯参数和鉴定突出危险性。

【技术实现步骤摘要】
一种超远距离原位测定煤层瓦斯压力装置及方法
本专利技术涉及矿山领域，具体涉及一种超远距离原位测定煤层瓦斯压力装置及方法。
技术介绍
煤层瓦斯压力是煤层突出危险性鉴定、煤层突出危险性预测、煤层瓦斯资源量计算、煤层瓦斯抽采设计、煤与瓦斯突出防治、瓦斯抽采及消突效果评价等的主要依据，准确、快速测定煤层瓦斯压力具有重要意义。目前瓦斯压力测定方法主要是在巷道向煤层打钻孔，并进行封孔形成密闭测压室，最后测定密闭测压室内瓦斯压力大小，钻孔长度一般为十几米~数十米。也就是，目前测定煤层瓦斯压力只能在巷道中就近向煤层钻孔测定瓦斯压力。同时由于测压点位置距巷道等采动影响区距离短，可能受采动影响使得围岩裂隙发育，钻孔密封难度大，从而影响瓦斯压力测定结果的准确性。目前，现场煤层瓦斯压力测试和煤层突出危险性鉴定存在的问题是：没有巷道就无法在所需测压地点测定煤层瓦斯压力，通常需要先掘进底板岩巷到达测压地点附近，然后向煤层钻孔测压；或者在有第三方安全服务的条件下按突出煤层管理掘进煤巷到达测压地点，然后在煤层内钻孔测压。但是，施工专用岩巷或煤巷，周期长、费用高；同时，《防治煤与瓦斯突出细则》规定不鉴定煤层突出危险性又不允许在未鉴定区域掘进煤巷，有些省甚至不允许在未鉴定区域掘进岩巷，导致突出危险性鉴定与掘进测压专用巷道成为死循环。归根结底，无法远距离原位测定煤层瓦斯压力是其主要原因。因此，如何解决超远距离（数百米）煤层瓦斯压力快速、高效原位测定是目前煤矿生产急需解决的重大难题。针对有重大需求、但目前又无法超远距离原位测定煤层瓦斯压力的问题，提出一种超远距离原位测定煤层瓦斯压力装置及方法，不仅可以在没有巷道的情况下超远距离测定煤层瓦斯压力，而且测定投入少、时间短、费用低，测压位置和测压结果更准确，对生产影响小，对于远距离测试煤层瓦斯参数、远距离鉴定煤层突出危险性及远距离区域预测煤层突出危险性具有重要意义。
技术实现思路
为了解决超远距离（数百米）煤层瓦斯压力快速、高效原位测定的问题，本专利技术提供一种超远距离原位测定煤层瓦斯压力的装置及方法。为了实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种原位测定煤层瓦斯压力装置，包括壳体，所述壳体头部与带控制阀的钻头可拆卸连接，尾部与钻杆通过钻杆短接可拆卸连接，所述带控制阀的钻头内部设有水压控制阀；还包括：从壳体头部至尾部方向上依次内嵌着的测压模块、远程通讯模块、电源模块和封孔模块。所述测压模块外部为设有若干透气孔的测压网罩，内部设有瓦斯压力传感器和数据存储器；所述远程通讯模块内包括有线和/或无线通讯装置；所述电源模块分别与测压模块和远程通讯模块电连接。所述封孔模块包括：封孔模块头部和尾部相对壳体的表面上设置的第一封孔胶囊和第二封孔胶囊，以及内嵌在壳体内且带有活塞的粘液存储腔；所述第一封孔胶囊的第一单向阀和第二封孔胶囊的第二单向阀与高压支路相通连接；所述活塞推动端的进液口通过第三单向阀与高压支路相通连接；所述粘液存储腔的出液口与设在壳体表面且位于第一封孔胶囊和第二封孔胶囊之间的第四单向阀相连。所述高压支路进水口与钻杆内的高压总路相通连接，出水口与钻头内部的水压控制阀相通连接；且所有单向阀及控制阀的压力满足：定向钻机水泵最小水压Pmin<钻进水压P<水压控制阀关闭压力P0=第一单向阀的开启压力P1=第二单向阀的开启压力P2<第三单向阀的开启压力P3=第四单向阀的开启压力P4<定向钻机水泵最大水压Pmax。进一步地，所述粘液存储腔接近第四单向阀处设有活塞定位档板。进一步地，粘液存储腔中注入粘液体积V=V1+3V2=V1+0.75π(D12-D22)L;其中，V1=粘液存储腔内活塞定位档板至底部的容积；V2=壳体、第一封孔胶囊、第二孔胶囊与煤层钻孔壁之间的环形密闭空间的体积；D1为：煤层钻孔直径；D2为：壳体外径；L为：第一封孔胶囊和第二封孔胶囊之间的间距。进一步地，所述壳体头部与带控制阀的钻头进行可拆卸的螺纹连接。进一步地，所述尾部与钻杆通过钻杆短接进行可断开的插销连接。一种超远距离原位测定煤层瓦斯压力方法，步骤一，预先使用千米定向钻机通过合适的煤岩层路径向目标煤层的待测压点附近钻出合适的定向长钻孔，定向钻进钻孔孔底距目标煤层测压点2-10米以保证测压点处于原位状态，防止煤层暴露和瓦斯漏失。然后退出定向钻杆和定向钻头；步骤二，将合适的密封浆液灌入原位测定煤层瓦斯压力装置的粘液存储腔内；步骤三，将定向钻头与定向钻杆拆开，将原位测定煤层瓦斯压力装置通过钻杆短接与定向钻杆连接，在前部安装带控制阀的钻头，利用千米定向钻机和定向钻杆把原位测定煤层瓦斯压力装置送入孔底，继续钻进到煤层测压室的底部，然后退回到使第一封孔胶囊位于测压室外缘；步骤四，增大高压支路水压至P0，使得水压控制阀自动关闭，逐渐实现第一封孔胶囊和第二封孔胶囊的膨胀封孔；再持续增大水压至大于P3，使得活塞推动密封浆液注入第一封孔胶囊和第二封孔胶囊之间的空间并被活塞定位档板固定，高压粘液充满第一封孔胶囊和第二封孔胶囊之间的钻孔空间并封堵孔壁周围的裂隙。然后关闭高压水泵，水压控制阀主动打开，高压支路水压逐渐降到0，第三单向阀和第一单向阀、第二单向阀依次关闭，第一封孔胶囊和第二封孔胶囊始终处于膨胀状态；步骤五，通过钻机带动定向钻杆的拉力断开与原位测定煤层瓦斯压力装置连接的钻杆短接，将定向钻杆退出，将原位测定煤层瓦斯压力装置留在原地，连续监测测压室的瓦斯压力，并通过远程通讯模块将数据传输至外部的信号接收装置；步骤六、当瓦斯压力连续3天稳定在变化小于0.005MPa时，测压线束，稳定后的压力值即测压点处的煤层瓦斯压力；步骤七，根据实际需要，可以进一步从主钻孔打出分支钻孔至其他测压点，并重复步骤二～步骤六进行其他测点的瓦斯压力原位测定。进一步地，在步骤一中钻出定向长钻孔前，首先根据瓦斯压力测定位置、目标煤层属性、顶板属性、底板属性及钻孔成孔稳定性，优化并完成千米定向钻机在煤岩层中轨迹设计。进一步地，在步骤一中定向钻孔孔底距目标煤层测压点的距离根据瓦斯压力测定位置附近煤岩层透气性调整，煤岩层透气性越好、距离越大。进一步地，在步骤五中，远程通讯模块和外部的信号接收装置的通讯方式根据无线通讯范围确定；若距离较近，选择无线通讯方式连接；若距离较远，选择有线信号电缆连接。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术通过结合定向长钻孔和新型测压装置，充分发挥了定向长钻孔钻孔距离远、钻孔轨迹可控等优势，并通过新型测压装置可实现测压钻孔远距离封孔，弥补了传统瓦斯压力测定方法距离短、准确性差等不足，具有瓦斯压力测定距离远、钻孔密封性好、可多点测定等优势，同时可对监测瓦斯压力数据进行实时监控、采集和分析，对于煤矿安全、高效生产具有重要意义。在此基础上，本专利技术还有以下的有益效果：1、通过岩层钻场向目标煤层施工定向长钻孔，可实现百米及以上超远距离煤层瓦斯压力测定，无需施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种原位测定煤层瓦斯压力装置，其特征在于：/n包括壳体（10），所述壳体（10）头部与带控制阀的钻头（8）可拆卸连接，尾部与钻杆（6）通过钻杆短接（12）可拆卸连接，所述带控制阀的钻头（8）内部设有水压控制阀（11）；/n还包括：从壳体（10）头部至尾部方向上依次内嵌着的测压模块（13）、远程通讯模块（14）、电源模块（15）和封孔模块（16）；/n所述测压模块（13）外部为设有若干透气孔的测压网罩（17），内部设有瓦斯压力传感器（18）和数据存储器（19）；所述远程通讯模块（14）内包括有线和/或无线通讯装置；所述电源模块（15）分别与测压模块（13）和远程通讯模块（14）电连接；/n所述封孔模块（16）包括：封孔模块（16）头部和尾部相对壳体（10）的表面上设置的第一封孔胶囊（20）和第二封孔胶囊（21），以及内嵌在壳体（10）内且带有活塞（22）的粘液存储腔（23）；所述第一封孔胶囊（20）的第一单向阀（24）和第二封孔胶囊（21）的第二单向阀（25）与高压支路（26）相通连接；/n所述活塞（22）推动端的进液口通过第三单向阀（27）与高压支路（26）相通连接；所述粘液存储腔（23）的出液口与设在壳体（10）表面且位于第一封孔胶囊（20）和第二封孔胶囊（21）之间的第四单向阀（28）相连；/n所述高压支路（26）进水口与钻杆（6）内的高压总路（29）相通连接，出水口与钻头内部的水压控制阀（11）相通连接；/n且所有单向阀及控制阀的压力满足：/n定向钻机水泵最小水压Pmin<钻进水压P<水压控制阀（11）关闭压力P0=第一单向阀（24）的开启压力P1=第二单向阀（25）的开启压力P2<第三单向阀（27）的开启压力P3=第四单向阀（28）的开启压力P4<定向钻机水泵最大水压Pmax。/n...

【技术特征摘要】
1.一种原位测定煤层瓦斯压力装置，其特征在于：
包括壳体（10），所述壳体（10）头部与带控制阀的钻头（8）可拆卸连接，尾部与钻杆（6）通过钻杆短接（12）可拆卸连接，所述带控制阀的钻头（8）内部设有水压控制阀（11）；
还包括：从壳体（10）头部至尾部方向上依次内嵌着的测压模块（13）、远程通讯模块（14）、电源模块（15）和封孔模块（16）；
所述测压模块（13）外部为设有若干透气孔的测压网罩（17），内部设有瓦斯压力传感器（18）和数据存储器（19）；所述远程通讯模块（14）内包括有线和/或无线通讯装置；所述电源模块（15）分别与测压模块（13）和远程通讯模块（14）电连接；
所述封孔模块（16）包括：封孔模块（16）头部和尾部相对壳体（10）的表面上设置的第一封孔胶囊（20）和第二封孔胶囊（21），以及内嵌在壳体（10）内且带有活塞（22）的粘液存储腔（23）；所述第一封孔胶囊（20）的第一单向阀（24）和第二封孔胶囊（21）的第二单向阀（25）与高压支路（26）相通连接；
所述活塞（22）推动端的进液口通过第三单向阀（27）与高压支路（26）相通连接；所述粘液存储腔（23）的出液口与设在壳体（10）表面且位于第一封孔胶囊（20）和第二封孔胶囊（21）之间的第四单向阀（28）相连；
所述高压支路（26）进水口与钻杆（6）内的高压总路（29）相通连接，出水口与钻头内部的水压控制阀（11）相通连接；
且所有单向阀及控制阀的压力满足：
定向钻机水泵最小水压Pmin<钻进水压P<水压控制阀（11）关闭压力P0=第一单向阀（24）的开启压力P1=第二单向阀（25）的开启压力P2<第三单向阀（27）的开启压力P3=第四单向阀（28）的开启压力P4<定向钻机水泵最大水压Pmax。


2.根据权利要求1所述的原位测定煤层瓦斯压力装置，其特征在于：所述粘液存储腔（23）接近第四单向阀（28）处设有活塞定位档板（30）。


3.根据权利要求1所述的原位测定煤层瓦斯压力装置，其特征在于：粘液存储腔（23）中注入粘液体积V=V1+3V2=V1+0.75π(D12-D22)L;
其中，V1为：粘液存储腔（23）内活塞定位档板（30）至底部的容积；
V2为：壳体（10）、第一封孔胶囊（20）、第二孔胶囊（21）与煤层钻孔壁之间的环形密闭空间的体积；
D1为：煤层钻孔直径；
D2为：壳体（10）外径；
L为：第一封孔胶囊（20）和第二封孔胶囊（21）之间的间距。


4.根据权利要求1所述的原位测定煤层瓦斯压力装置，其特征在于：所述壳体（10）头部与带控制阀的钻头（8）进行可拆卸的螺纹连接。


5.根据权利要求1所述的原位测定煤层瓦斯压力装置，其特征在于：所述尾部与钻杆（6）通过钻杆短接（12）进行可断开的插销连接。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王恩元，张超林，李忠辉，欧建春，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32