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CN111456721A - 一种多级气囊快速封孔瓦斯压力测定装置及测定方法 - Google Patents

一种多级气囊快速封孔瓦斯压力测定装置及测定方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及煤矿技术领域,特别是一种多级气囊快速封孔瓦斯压力测定装置及测定方法,本装置包括测压花管、多级气囊封孔单元、压力测试单元及封孔单元,所述测压花管与压力测试单元通过硬质合金空心管连接,所述多级气囊封孔单元穿过硬质合金空心管并设置在测压花管与压力测试单元之间。其测定方法步骤包括:钻孔、安装装置、注气、注浆、封孔、测压、计算。本发明将多级气囊与气囊单向阀相结合实现快速封孔,密封效果好,提高测试的准确性;本发明的注气管上连接有回液泄压阀,封孔紧密,提高测试精度;本发明的压力测试单元既能准确反映出煤层瓦斯压力,还能观测钻孔内有无积水,提高计算的准确性。

Description

一种多级气囊快速封孔瓦斯压力测定装置及测定方法
技术领域
本发明涉及煤矿技术领域,特别是一种多级气囊快速封孔瓦斯压力测定装置及测定方法。
背景技术
瓦斯压力不仅是决定煤层瓦斯含量和瓦斯涌出量大小的主要因素,也是判断煤与瓦斯突出危险性的重要指标之一,是瓦斯基础参数中最重要的参数之一。瓦斯压力测定方法有直接法、间接法两种。直接法是由煤层顶(底)板向煤层打钻孔,然后用封孔器或其它材料封孔后直接用压力表读数;间接法是通过瓦斯含量和其它参数的联系来推断瓦斯压力值。一般而言,直接法测定的结果更接近煤层瓦斯压力的真实值且更加直观可靠。煤层瓦斯压力的准确测定关系到矿井瓦斯等级鉴定,矿井瓦斯防治体系的设计,可有效的防止矿井瓦斯事故,是矿井安全生产的保障。
CN201820906231.2公开了一种一种远距离煤层瓦斯压力测定装置,该装置主要由测压单元以及用于封堵测压孔的封孔单元组成。由于封孔单元前端靠近花管侧没有密封,而钻孔封孔主要采用水泥浆液,若是下向、水平测压孔则水泥浆液会顺势流向钻孔底端,而底端是测压室(花管端)不能封堵,因此该种装置无法测试下向孔、水平孔瓦斯压力。由于测压室(花管端)敞开,故而封孔用水泥常压流入封孔段,只能封堵钻孔,不能有效封堵钻孔周围裂隙,而地下矿井由于高地应力作用,煤层钻孔周围裂隙发育丰富,因此该种测试装置不能有效封堵钻孔周围裂隙,造成封堵不牢靠,导致瓦斯压力测试失败或者测试不准确。
发明内容
本发明针对上述问题提供了一种多级气囊快速封孔瓦斯压力测定装置及测定方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为:
一种多级气囊快速封孔瓦斯压力测定装置,其特征在于,包括测压花管、多级气囊封孔单元、压力测试单元及封孔单元,所述测压花管与压力测试单元通过硬质合金空心管连接,所述多级气囊封孔单元穿过硬质合金空心管并设置在测压花管与压力测试单元之间。
所述测压花管与硬质合金空心管通过卡套式接头连接,所述压力测试单元与硬质合金空心管通过卡套式接头连接。
所述多级气囊封孔单元包括多个充气气囊、用于连接相邻两个充气气囊的气囊单向阀,所述充气气囊外靠近测压花管侧设置有气囊挡板,所述充气气囊上靠近压力测试单元侧设置有充气单向阀。
所述充气单向阀与注气管路连接,所述注气管路另一端与打气筒连接,所述充气单向阀与注气管路之间设置有回液卸压阀。
所述封孔单元包括注浆管路及注浆泵。
所述压力测试单元包括透明高压软管、气体三通接头、压力表及针阀,所述气体三通接头将透明高压软管、压力表及针阀连接。
一种多级气囊快速封孔瓦斯压力测定装置的测定方法,其特征在于,包括以下步骤:
测压地点选择:选择岩性致密、无断层、无裂隙的地质构造处布置测点,钻孔避开含水层、溶洞,孔深大于40m;
测压钻孔施工完成后,利用高压水将钻孔内堆积煤钻屑冲干净,将测压花管及多级气囊封孔单元安装,并且在多级气囊封孔单元上连接硬质合金空心管及注气管路,将连接好的装置放入孔中;
在注气管上端连接打气筒,利用打气筒开始打气,打气压力为0.2-0.3MPa时停止,即多级气囊膨胀将测压气室隔离为独立空间;
将钻孔上端3-4m采用马丽散封孔,利用注浆泵注入水泥浆液,孔内压力升高,水泥浆液压开回液卸压阀,水泥浆液顺着注气管路回流出来,注浆结束;
待水泥浆液完全凝固后,在硬质合金空心管上安装压力测试单元;
每天读压力表数据,直至3天压力变化小于0.015MPa,测试结束;
测试当地气压,观察透明高压软管中是否有水,若有,利用水量修正压力数据;若无,煤层瓦斯压力即为当地气压与压力表数据之和。
本发明的有益效果是:
(1)本发明将多级气囊与气囊单向阀相结合实现快速封孔,密封效果好,提高测试的准确性;
(2)本发明的注气管上连接有回液泄压阀,当注入泥浆的压力超过一定的范围,泄压阀自动打开,注气管中出现回流的液体,即封孔紧密,提高测试精度;
(3)本发明的压力测试单元由透明高压软管、气体三通接头、压力表、针阀构成,既能准确反映出煤层瓦斯压力,还能观测钻孔内有无积水,提高计算的准确性。
附图说明
图1为本发明所述一种多级气囊快速封孔瓦斯压力测定装置结构示意图;
图2为本发明所述一种多级气囊快速封孔瓦斯压力测定装置构成骨架单元的多级气囊封孔单元;
图中,1-测压花管;2-硬质合金空心管;3-卡套式接头;4-气囊挡板;5-充气气囊;6-气囊单向阀;7-注气管路;8-充气单向阀;9-回液卸压阀;10-打气筒;11-马丽散封孔段;12-注浆管路;13-测压室;14-注浆泵;15-透明高压软管;16-气体三通接头;17-压力表;18-针阀;19-瓦斯压力钻孔;20-多级气囊封孔单元。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳的实施例,对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效,详细说明如下。
实施例一
如图1、2所示,一种多级气囊快速封孔瓦斯压力测定装置,其特征在于,包括测压花管(1)、多级气囊封孔单元(20)、压力测试单元(21)及封孔单元,所述测压花管(1)与压力测试单元(21)通过硬质合金空心管(2)连接,所述多级气囊封孔单元(20)穿过硬质合金空心管(2)并设置在测压花管(1)与压力测试单元(21)之间。
所述测压花管(1)与硬质合金空心管(2)通过卡套式接头(3)连接,所述压力测试单元(21)与硬质合金空心管(2)通过卡套式接头(3)连接。
所述多级气囊封孔单元(20)包括多个充气气囊(5)、用于连接相邻两个充气气囊(5)的气囊单向阀(6),所述充气气囊(5)外靠近测压花管(1)侧设置有气囊挡板(4),所述充气气囊(5)上靠近压力测试单元(21)侧设置有充气单向阀(8)。
所述充气单向阀(8)与注气管路(7)连接,所述注气管路(7)另一端与打气筒(10)连接,所述充气单向阀(8)与注气管路(7)之间设置有回液卸压阀(9)。
所述封孔单元包括注浆管路(12)及注浆泵(14)。
所述压力测试单元(21)包括透明高压软管(15)、气体三通接头(16)、压力表(17)及针阀(18),所述气体三通接头(16)将透明高压软管(15)、压力表(17)及针阀(18)连接。
具体的,一种多级气囊快速封孔瓦斯压力测定装置的测试方法包括以下步骤:
(1)测压地点选择。测压地点应优先选择在石门或岩巷中,选择岩性致密且无断层、裂隙等地质构造处布置测点;
(2)选择测压钻孔避开含水层、溶洞,并保证测压钻孔与其距离不小于50m,利用煤矿井下防爆钻机在煤岩地质密封条件较好的地方施工钻孔75mm(或者94mm)测压钻孔,孔深一般为40m以上;
(3)测压钻孔施工完成后,利用高压水将钻孔内堆积煤钻屑冲干净,尽量保证钻孔孔壁完整;
(4)将测压花管、硬质合金空心管采用卡套式接头连接,在距离测压花管端头2m左右位置安装气囊挡板、多个充气气囊,充气气囊间采用气囊单向阀连接,保证气体只出不进,气囊上部安装注气管路,注气管路前端靠近气囊侧安装充气单向阀、回液卸压阀。优选的,测压花管的长度一般设置为2m、硬质合金空心管长度设置为30m,将上述装置推入测压钻孔内;
(5)在注气管路端连接打气筒,开始打气,打气压力达到0.2-0.3MPa(优选为0.25MPa)停止,即多级气囊膨胀将测压气室隔离为独立空间;
(6)将注浆泵与注浆管路连接,将注浆管路放入封孔段中上部;
(7)将钻孔上端3-4m(优选为3m)采用马丽散封孔,利用注浆泵注入水泥浆液,孔内压力升高,水泥浆液压开回液卸压阀,水泥浆液顺着注气管路回流出来,注浆结束;
(8)待水泥浆液完全凝固后,在硬质合金空心管上安装压力测试单元(21);
(9)每天读压力表数据(约需要20天),直至压力稳定按照《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》(AQ/T1047-2007)的规定,3天压力变化小于0.015MPa,测试结束;
(10)测试当地气压,观察透明高压软管中是否有水,若有,利用水量修正压力数据;若无,煤层瓦斯压力即为当地气压与压力表数据之和。
本发明将多级气囊与气囊单向阀相结合实现快速封孔,密封效果好,提高测试的准确性;本发明的注气管上连接有回液泄压阀,当注入泥浆的压力超过一定的范围,泄压阀自动打开,注气管中出现回流的液体,即封孔紧密,提高测试精度;本发明压力测试单元由透明高压软管、气体三通接头、压力表、针阀构成,既能准确反映出煤层瓦斯压力,还能观测钻孔内有无积水,提高计算的准确性。

Claims (7)

1.一种多级气囊快速封孔瓦斯压力测定装置,其特征在于,包括测压花管(1)、多级气囊封孔单元(20)、压力测试单元(21)及封孔单元,所述测压花管与压力测试单元(21)通过硬质合金空心管(2)连接,所述多级气囊封孔单元(20)穿过硬质合金空心管(2)并设置在测压花管(1)与压力测试单元(21)之间。
2.如权利要求1所述的一种多级气囊快速封孔瓦斯压力测定装置,其特征在于,所述测压花管(1)与硬质合金空心管(2)通过卡套式接头(3)连接,所述压力测试单元(21)与硬质合金空心管(2)通过卡套式接头(3)连接。
3.如权利要求1所述的一种多级气囊快速封孔瓦斯压力测定装置,其特征在于,所述多级气囊封孔单元(20)包括多个充气气囊(5)、用于连接相邻两个充气气囊(5)的气囊单向阀(6),所述充气气囊(5)外靠近测压花管(1)侧设置有气囊挡板(4),所述充气气囊(5)上靠近压力测试单元(21)侧设置有充气单向阀(8)。
4.如权利要求3所述的一种多级气囊快速封孔瓦斯压力测定装置,其特征在于,所述充气单向阀(8)与注气管路(7)连接,所述注气管路(7)另一端与打气筒(10)连接,所述充气单向阀(8)与注气管路(7)之间设置有回液卸压阀(9)。
5.如权利要求1所述的一种多级气囊快速封孔瓦斯压力测定装置,其特征在于,所述封孔单元包括注浆管路(12)及注浆泵(14)。
6.如权利要求1所述的一种多级气囊快速封孔瓦斯压力测定装置,其特征在于,所述压力测试单元(21)包括透明高压软管(15)、气体三通接头(16)、压力表(17)及针阀(18),所述气体三通接头(16)将透明高压软管(15)、压力表(17)及针阀(18)连接。
7.如权利要求1-6任意一项所述的一种多级气囊快速封孔瓦斯压力测定装置的测定方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)钻孔:选择岩性致密、无断层、无裂隙的地质构造处布置测点,钻孔避开含水层、溶洞,孔深大于40m;
(2)安装装置:利用高压水将钻孔内堆积煤钻屑冲干净,将测压花管及多级气囊封孔单元安装,并且在多级气囊封孔单元上连接硬质合金空心管及注气管路,将连接好的装置放入孔中;
(3)注气:在注气管上端连接打气筒,利用打气筒开始打气,打气压力为0.2-0.3MPa时停止,即多级气囊膨胀将测压气室隔离为独立空间;
(4)封孔:将钻孔上端3-4m采用马丽散封孔,利用注浆泵注入水泥浆液,孔内压力升高,水泥浆液压开回液卸压阀,水泥浆液顺着注气管路回流出来,注浆结束;
(5)测压:待水泥浆液完全凝固后,在硬质合金空心管上安装压力测试单元,每天读压力表数据,直至3天压力变化小于0.015MPa,测试结束;
(6)计算:测试当地气压,观察透明高压软管中是否有水,若有,利用水量修正压力数据;若无,煤层瓦斯压力即为当地气压与压力表数据之和。
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