一种煤层瓦斯压力测量装置及其测量方法与流程

本发明涉及煤矿瓦斯监测技术领域，尤其涉及一种煤层瓦斯压力测量装置及其测量方法。

背景技术：

瓦斯压力是标志煤层瓦斯流动特性和赋存状态的一个重要参数。《煤矿安全规程》规定，为预防突出事故发生，必须测定煤层瓦斯压力。随着煤矿开采深度的不断增加，煤与瓦斯突出动力灾害也随之增加，煤层瓦斯压力的测量，对于煤与瓦斯动力灾害的预防以及展开相应的灾害防治工作具有重要意义。此外，煤层瓦斯压力的测量也是评价煤层瓦斯储量、瓦斯涌出量、瓦斯流量的重要依据。

当前，煤层瓦斯压力的测量装置包括置于待测煤层的钻孔中的测压管、注浆管和挡盘。在进行压力测试时，先将测压管与挡盘相连接，且测压管的前端从挡盘的前侧伸出，测压管的后端与钻孔的孔口之间通过木楔封堵，从而在挡盘与钻孔的孔口之间构成一个用于封孔的封闭区间，测压管的后端连接压力表；然后，通过测压管推动挡盘在钻孔中前进至预测位置后；将注浆管的一端伸向钻孔的封闭区间内，通过启动注浆管另一端连接的注浆泵，在该封闭区间内注入水泥浆，待水泥浆凝固后，在挡盘前侧的钻孔内即形成了另一个封闭区间，该封闭区间即为待测煤层瓦斯压力的测压气室，通过观测测压管的后端的压力表所显示的压力值，可实时监测所述测压气室内的瓦斯压力变化。

然而，在实际监测中发现，由于煤层比较松软，尤其是松软煤层的顺层钻孔不易保持完整，易在局部形成煤渣垮落堆积，在对挡盘进行推进的过程中，会出现挡盘前侧钻孔内的煤渣进一步堆积，造成钻孔堵塞，影响整套测压装置的推进，由于钻孔堵塞致使测压装置推进达不到预定位置，会使封孔长度变短，从而影响封孔质量和测压效果。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种煤层瓦斯压力测量装置及其测量方法，用以解决现有的煤层瓦斯压力的测量装置难以推进至预定位置，从而难以确保测压效果的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种煤层瓦斯压力测量装置，包括测压管、注浆管、第一压力表和注浆泵，所述第一压力表安装在所述测压管的尾端，所述注浆泵安装在所述注浆管的尾端；

还包括第一充气胶囊、第二充气胶囊和供气装置；

所述测压管的外部间隔连接所述第一充气胶囊、所述第二充气胶囊；

所述注浆管的头端伸向所述第一充气胶囊与所述第二充气胶囊之间的空置区；

所述供气装置分别连通所述第一充气胶囊、所述第二充气胶囊。

优选的，本发明中所述测压管的头端连接钻进装置，所述钻进装置包括依次同轴连接的空心螺旋杆、花管和螺旋钻头，其中，所述空心螺旋杆远离所述花管的一端连接所述测压管的头端。

优选的，本发明中所述花管的外侧壁上包裹有一层过滤网。

优选的，本发明中所述测压管的尾端连接三通管的第一管口，所述三通管的第二管口安装所述第一压力表，所述三通管的第三管口安装有第一开关阀。

优选的，本发明中所述第一充气胶囊、所述第二充气胶囊均包裹在所述测压管的外侧；所述第二充气胶囊同时包裹在所述注浆管的外侧。

优选的，本发明中供气装置包括充气泵、第一气管、第二气管；

所述充气泵通过所述第一气管连通所述第一充气胶囊，并通过所述第二气管连通所述第二充气胶囊，所述第一充气胶囊靠近所述测压管的头端，所述第二充气胶囊靠近所述测压管的尾端；

所述第一气管从所述测压管的尾端穿入，从所述测压管头端的管壁上的通气孔中穿出，并与所述第一充气胶囊相连通。

优选的，本发明中所述第一气管上装有第二开关阀，所述第二气管上装有第三开关阀；并在所述第一气管与所述第二气管上各自装有第二压力表。

优选的，本发明中所述注浆管上装有第四开关阀和第三压力表。

优选的，本发明中所述测压管还配置有用于辅助其推进的推送夹持器。

优选的，本发明中所述推送夹持器包括夹持座、第一操作臂和第二操作臂；所述夹持座的中部设有贯穿的操作孔，所述操作孔的两端设有相对布置且同轴的导向套，所述操作孔的孔壁上设有沿所述导向套的轴向布置的滑槽；所述第一操作臂与所述第二操作臂均包括操作手柄和夹持块，两个所述操作手柄一一对应插装于两个所述导向套中，且每个所述操作手柄靠近所述操作孔中部的一端与所述夹持块相连接，所述夹持块与所述滑槽滑动连接；所述测压管置于两个所述夹持块之间。

优选的，本发明还提供了上述所述的煤层瓦斯压力测量装置的测量方法，包括：

s1，在预检测瓦斯压力的煤层施工一个钻孔；

s2，将连接有第一充气胶囊和第二充气胶囊的测压管向钻孔内推进，直至测压管的头端推进至钻孔内的预测位置；

s3，通过供气装置向第一充气胶囊和第二充气胶囊内充气，直至第一充气胶囊和第二充气胶囊之间的空置区在钻孔内形成封闭区间；

s4，启动注浆泵，将封闭区间内注满水泥浆，并等待水泥浆凝固，以使得测压管的头端所在的钻孔区形成密闭的测压气室；

s5，通过测压管尾端的第一压力表观测测压气室内的瓦斯压力变化。

优选的，本发明在s4中，还包括在水泥浆凝固后，排空第一充气胶囊和第二充气胶囊内的气体。

(三)技术效果

本发明提供的煤层瓦斯压力测量装置，通过在测压管上设置第一充气胶囊和第二充气胶囊，在不向第一充气胶囊和第二充气胶囊内充气时，可十分便捷地操作测压管，以使其在预检测煤层瓦斯的钻孔内推进，而当测压管的头端推进至预测位置时，通过向第一充气胶囊和第二充气胶囊内通气，可在第一充气胶囊和第二充气胶囊之间的空置区形成封闭区间，从而通过对该封闭区间进行封孔处理，可在测压管头端所在的钻孔区形成密闭的测压气室，操作人员即可通过测压管尾端的第一压力表实时观测测压气室内的瓦斯压力变化。

由上可知，本发明不仅便于将测压管的头端推进至钻孔内的预测位置，保证了测量瓦斯压力所需要的封孔长度，而且还确保了对钻孔较好地实施封孔处理，从而实现了对预测位置瓦斯压力的准确检测，这在操作上简单便捷，确保了测压效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1所示的煤层瓦斯压力测量装置的结构示意图；

图2为图1的a-a结构示意图；

图3为本发明实施例1所示的第一气管与第一充气胶囊相连接的局部放大结构示意图；

图4为本发明实施例1所示的推送夹持器的剖面结构示意图。

图中：1-测压管，2-注浆管，3-第一压力表，4-注浆泵，5-第一充气胶囊，6-第二充气胶囊，7-钻孔，8-空心螺旋杆，9-花管，10-螺旋钻头，11-过滤网，12-三通管，13-第一开关阀，14-充气泵，15-第一气管，16-第二气管，17-通气孔，18-第二开关阀，19-第三开关阀，20-第二压力表，21-第四开关阀，22-第三压力表，23-夹持座，24-导向套，25-操作孔，26-滑槽，27-操作手柄，28-夹持块，29-测压气室。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1，

参见图1，本实施例提供了一种煤层瓦斯压力测量装置，包括测压管1、注浆管2、第一压力表3和注浆泵4，第一压力表3安装在测压管1的尾端，注浆泵4安装在注浆管2的尾端；

还包括第一充气胶囊5、第二充气胶囊6和供气装置；

测压管1的头端伸入至预检测煤层瓦斯的钻孔7内，测压管1的外部间隔设置第一充气胶囊5、第二充气胶囊6，第一充气胶囊5、第二充气胶囊6位于钻孔7内；

注浆管2的头端伸入至钻孔7内，并位于第一充气胶囊5与第二充气胶囊6之间的空置区；

所述供气装置分别连通第一充气胶囊5、第二充气胶囊6。

由图1所示的测量装置可知，在对预测位置的煤层瓦斯压力进行测量时，通过连接有第一充气胶囊5和第二充气胶囊6的测压管1，在不向第一充气胶囊5和第二充气胶囊6内充气时(第一充气胶囊5和第二充气胶囊6处于抽真空状态)，可十分便捷地操作测压管1，以将测压管1的头端推进至钻孔7内的预测位置，从而通过向第一充气胶囊5和第二充气胶囊6内通气，可由第一充气胶囊5、第二充气胶囊6分别对其所在部位的钻孔7进行较好的密封，并在两个充气胶囊之间的空置区形成封闭区间，通过向该封闭区间注入水泥浆，可对该封闭区间进行封孔处理，进而相应地在测压管1的头端所在的钻孔区形成密闭的测压气室29，操作人员即可通过测压管1尾端的第一压力表3实时观测测压气室29内的瓦斯压力变化。

进一步的，由于在松软煤层的顺层钻孔不易保持完整，易在局部形成煤渣垮落堆积，为了确保测压管1在钻孔7内更好地实现推进，本实施例在测压管1的头端连接钻进装置，钻进装置包括依次同轴连接的空心螺旋杆8、花管9和螺旋钻头10；

其中，空心螺旋杆8远离花管9的一端连接测压管1的头端，空心螺旋杆8长为400mm，直径为50mm，在空心螺旋杆8的两端均留有丝扣，并在花管9的两端均留有丝扣；另外，螺旋钻头10呈锥形结构，螺旋钻头10长为100mm，最大直径为30mm，在螺旋钻头10的尾端也留有丝扣，从而，测压管1的头端与空心螺旋杆8之间，花管9的两端与空心螺旋杆8、螺旋钻头10之间均通过丝扣连接。

由此，在对测压管1的推进过程中，锥形的螺旋钻头10可对较大的塌落煤块起到一定的破碎作用，并且由于空心螺旋杆8和螺旋钻头10的旋转推进，堵塞的煤渣会通过空心螺旋杆8的螺纹凹槽旋出，且旋出后的煤渣会均匀的洒在钻孔7的底部，防止二次堵塞。

进一步的，本实施例在花管9的外侧壁上包裹有一层过滤网11，从而通过过滤网11的过滤作用，可防止从煤层掉落的煤粉或在钻孔7中堆积的煤粉堵塞花管9上的花孔，以防止对测压气室29内的瓦斯气压的检测造成影响。

进一步的，本实施例中测压管1的尾端连接三通管12的第一管口，三通管12的第二管口安装第一压力表3，三通管12的第三管口安装有第一开关阀13。

具体地，由于在煤层施工的钻孔7中可能存在进水的现象，或在对钻孔7进行冲洗后，在钻孔7内还可能存在残留的水，从而通过切换第一开关阀13，并由测压管1排除钻孔7内的水，可确保对测压气室29内瓦斯气压的检测结果的准确性。

进一步的，本实施例中第一充气胶囊5、第二充气胶囊6均包裹在测压管1的外侧；第二充气胶囊6同时包裹在注浆管2的外侧。

具体地，由于第一充气胶囊5、第二充气胶囊6通常采用具有较好的耐磨性和形变特性的天然橡胶材料制成，当在两个充气胶囊内充满气体时，两个充气胶囊会在气压的作用下膨胀，并在其边沿与钻孔7的侧壁之间将形成较好的密封，从而通过第一充气胶囊5、第二充气胶囊6包裹测压管1和注浆管2，可有效防止测压管1和注浆管2对两个充气胶囊与钻孔7之间的密封造成影响。

进一步的，本实施例中供气装置包括充气泵14、第一气管15、第二气管16，其中，第一气管15、第二气管16均可采用pu管，该pu管的外径为8mm，内径为5mm，壁厚为1.5mm；

具体地，在实际测量时，将充气泵14设在钻孔7的外侧，充气泵14通过第一气管15连通第一充气胶囊5，并通过第二气管16连通第二充气胶囊6，第一充气胶囊5靠近测压管1的头端，第二充气胶囊6靠近测压管1的尾端，并位于钻孔7的入口端；

第一气管15从测压管1的尾端穿入，从测压管1头端的管壁上的通气孔17中穿出，并与第一充气胶囊5相连通，参见图2、图3。

由此，测压管1在钻孔7内推进时，第二气管16不会与地面之间发生较大的磨损，而由于将第一气管15设置在测压管1内，则有效防止了推进过程中对第一气管15的磨损，从而有效防止了第一气管15与第二气管16在输气的过程中发生漏气的现象。

进一步的，为了便于实时操作向各个充气胶囊内充气，并确保实时观测到两个充气胶囊达到相应的封孔气压，本实施例在第一气管15上装有第二开关阀18，第二气管16上装有第三开关阀19；并在第一气管15与第二气管16上各自装有第二压力表20。

进一步的，为了实时操控注浆泵4向完成充气后的第一充气胶囊5与第二充气胶囊6之间空置区注入水泥浆，并实时监测注浆泵4的注浆压力，本实施例在注浆管4上装有第四开关阀21和第三压力表22。

进一步的，本实施例中测压管1还配置有用于辅助其推进的推送夹持器，从而可由人工操作推送夹持器，由推送夹持器夹持着测压管1，以进一步确保测压管1向钻孔7内顺利地推进。

进一步的，参见图4，本实施例中所述推送夹持器包括夹持座23、第一操作臂和第二操作臂；夹持座23的中部设有贯穿的矩形操作孔25，操作孔25的两端设有相对布置且同轴的导向套24，操作孔25的孔壁上设有沿导向套24的轴向布置的滑槽26；所述第一操作臂与所述第二操作臂均包括操作手柄27和夹持块28，两个操作手柄27一一对应插装于两个导向套24中，且每个操作手柄27靠近操作孔25中部的一端与夹持块28相连接，夹持块28与滑槽26滑动连接；测压管1置于两个夹持块28之间，并且两个夹持块28对测压管1进行夹持时，测压管1与导向套24的轴向相垂直。

具体地，为了便于对推送夹持器装卸和夹持操作，将夹持座23设计为沿导向套24的轴向对称的两个半体拼合而成，即将第一操作臂和第二操作臂安装在夹持座23的其中一个半体上后，再将两个半体拼合为一体，并且将第一操作臂和第二操作臂上相应夹持块28的相对面设计呈“v”形或锯齿形结构，以便对穿过操作孔25的测压管1实施夹持操作。

实施例2，

本实施例基于实施例1，具体提供了一种煤层瓦斯压力测量装置的测量方法，包括：

s1，采用钻机在预检测瓦斯压力的煤层施工一个孔径75mm钻孔7；

s2，将连接有第一充气胶囊5和第二充气胶囊6的测压管1向钻孔7内推进，直至测压管1的头端推进至钻孔7内的预测位置，其中，在对测压管1推进前，需对第一充气胶囊5和第二充气胶囊6进行抽真空处理，以减小推进中占用的体积，并在推进时，可在测压管1的头端安装钻进装置，并在推进过程中遇到阻力时，可通过推送夹持器夹持着测压管1，从而辅助操作测压管1旋转向前推进；

s3，通过供气装置向第一充气胶囊5和第二充气胶囊6内充气，直至第一充气胶囊5和第二充气胶囊6达到封孔压力，从而两个充气胶囊之间的空置区在钻孔7内形成封闭区间；

s4，启动注浆泵4，通过注浆管2连续向封闭区间内注入水泥浆，当注浆泵4达到注浆压力时，停止注浆，此时在封闭区间内将均匀地注满水泥浆，待停留24小时后，水泥浆凝固，以使得测压管1的头端所在的钻孔区形成密闭的测压气室29，测压气室29的长度应大于1.5m，再打开第二开关阀18和第三开关阀19，排空第一充气胶囊5和第二充气胶囊6内的气体，以防止在测压过程中第一充气胶囊5向测压气室29漏气，从而影响测压的准确性；

s5，通过测压管1尾端的第一压力表3观测测压气室29内的气压变化，当测压气室29内的压力变化在3天内小于0.015mpa时，可停止观测。

进一步的，本实施例中测压管1由多节四分镀锌钢管组成，每节四分镀锌钢管的长度均为2m，并在每节四分镀锌钢管的两端均留有丝扣，相邻两节四分镀锌钢管之间通过丝扣连接，并通过管箍进行进一步的紧固；注浆管2采用六分镀锌钢管，注浆管2的长度为1m。

进一步，应当指出的是，为了确保测压管1较好地给进，本实施中相邻两节四分镀锌钢管之间的丝扣的旋进方向和钻进装置中各个丝扣的旋进方向均与推送夹持器的旋进方向相适应。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。