专利名称：一种主动式煤层瓦斯压力测定仪及测定方法
技术领域：
本发明涉及一种压力测定仪及测定方法，特别是关于一种主动式煤层瓦斯压力测定仪及测定方法。
背景技术：
目前，煤层瓦斯压力测定是防治煤矿瓦斯灾害的一项基础性工作，其成功的关键 是可靠地密封测压钻孔。传统粘土、水泥浆、胶圈、胶囊等固体封孔方法，由于缺乏对测压钻 孔内部周边微裂隙的封堵能力，因而测压时间长，测出的结果也偏低。主动式煤层瓦斯压力 测定仪(以下简称测压仪)采用“固体封液体、液体封气体”的方式封孔，即在测压钻孔 中用两段固体膨胀胶囊封闭中间一段液体，用这段液体封堵钻孔内部周边微裂隙的瓦斯气 体，并保证测压过程中固体膨胀胶囊的压力大于所封闭的密封液体的压力，密封液体的压 力大于预计煤层中的瓦斯气体的压力。由于密封液体在压力作用下具有无缝不钻的特性， 因而对钻孔内部周边微裂隙的封堵能力强，瓦斯气体不易泄露，从而使瓦斯压力测定更加 快速准确可靠。针对松软围岩和煤孔周边裂隙较大的问题，目前测压仪所用的密封液是由粒径小 于5mm的刚性和柔性两种固体颗粒加上表面活性剂配制而成，密封液通过手压泵、密封液 罐和内径5mm的高压管线输送。其过程为将配制好的密封液预先放入密封液罐内，然后通 过手压泵用水向密封液罐加压，密封液在压力作用下通过高压管线输送到测压仪两端的固 体中间。由于受测压仪结构的限制，高压管线的内径有限，因此，输送密封液固体颗粒的粒 径有限，如果粒径过大，则会造成高压管线的阻塞，如果粒径过小，则会影响密封液的封堵 效果。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种主动式煤层瓦斯压力测定仪及测定方 法，其可方便快捷地输送不同粒径的密封液固体颗粒，增加密封液封堵裂隙的效果，提高测 量的快速准确性。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种主动式煤层瓦斯压力测定仪， 其特征在于它包括设置在煤层钻孔内的两固体膨胀胶囊，所述两固体膨胀胶囊之间设置 有一固液混合体存储装置；所述固液混合体存储装置包括一存储筒，所述存储筒筒壁上开 设有若干密封液出口阀门；所述存储筒内设置有一密封液输送管线输出端，所述密封液输 送管线的输入端穿出钻孔连接一液体存储装置，所述液体存储装置连接一压力源装置；所 述固液混合体存储装置中穿设有一膨胀液管线，所述膨胀液管线的两端分别插设在与其同 侧的所述固体膨胀胶囊内，位于钻孔外侧的所述固体膨胀胶囊内还插设有一膨胀液输入管 线，所述膨胀液输入管线的输入端连接一液压源装置；将一瓦斯气体管线的一端设置在所 述煤层钻孔内侧，所述瓦斯气体管线的另一端依次穿过里侧的所述固体膨胀胶囊、固液混 合体存储装置和外侧的固体膨胀胶囊后连接一压力表。
所述固液混合体存储装置的所述存储筒的两端各连接一适配头，两所述适配头的 另一端分别与一管状接头连接，两所述管状接头的另一端分别通过一接头与其同侧的所述 固体膨胀胶囊连接；位于钻孔外侧的所述适配头内设置有一个三孔密封橡胶柱，位于钻孔 内侧的所述适配头内设置有一个两孔密封橡胶柱。
所述适配头端部设置有一圈用于与所述管状接头端部互相限位的凸台。所述液体存储装置包括一罐体，所述罐体的顶部设置有一罐头，所述罐头的顶部 连接有一中空的适配头，所述适配头的底部连接一液体输送管，所述适配头顶部连接一液 体输出管，所述液体输出管的输出端连接所述密封液输送管线，所述液体输出管上设置有 一单向截止阀；所述罐头的周向设置有一压力源管，所述压力源管的输入端连接所述压力 源装置，所述压力源管上设置有一压力表和一单向截止阀。上述一种测定仪的主动式煤层瓦斯压力测定方法，其包括以下步骤1)将固液混 合体存储装置中的存储筒上设置的密封液出口阀门关闭，并将固液混合体装入存储筒中； 2)将固液混合体存储装置连接与膨胀液管线、瓦斯气体管线、密封液输送管线、两固体膨胀 胶囊、液体存储装置、压力源装置、压力表、膨胀液输入管线及液压源装置连接组装为一测 量仪，将组装好的测量仪插入煤层钻孔内；3)开启液压源装置，液压源装置提供的膨胀液 通过膨胀液输入管线和膨胀液管线输入到两固体膨胀胶囊中，固体膨胀胶囊在膨胀液的作 用下膨胀密封住钻孔，实现固体密封；4)开启压力源装置，压力源装置提供的压力源将液 体存储装置罐体内的密封液压入密封液输送管线，经密封液输送管线进入存储筒内，与存 储筒内预先装入的固液混合体混合，并在固液混合体膨胀压力的作用下自动经存储筒筒壁 上的密封液出口阀门流出，对测压钻孔周边的裂隙进行液体密封，以密封住钻孔周边裂隙 中的瓦斯气体。所述步骤4)中，压力源装置提供的压力为液体和气体中的一种。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明由于将固液混合体预 先放入存储筒内，而不通过高压管线输送，因此，不仅可以避免密封液中固体颗粒粒径过大 造成的管路阻塞，还可以输送不同粒径的固体密封颗粒，增加了密封液的封堵裂隙效果。2、 本发明由于可以通过压力源将液体存储装置中的密封液压入密封液输送管线，经密封液输 送管线进入存储筒内，存储筒内预先装入的固液混合体在压力密封液的作用下，经存储筒 筒壁上的密封液出口阀门流出，实现对测压钻孔周边裂隙的密封，因此，可以更好的达到固 体封液体、液体封气体的目的。本发明结构设计简单巧妙，操作方便，可广泛用于煤层瓦斯 压力的测定过程中。
图1是本发明测定仪结构示意2是本发明测定仪中的固液混合体存储装置结构示意3是本发明测定仪中的液体存储装置结构示意图
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明进行详细的描述。如图1所示，本发明包括设置在煤层1钻孔内的一固液混合体存储装置2，固液混合体存储装置2的两端各通过一接头3连接一固体膨胀胶囊4。固液混合体存储装置2中 分别穿设有一膨胀液管线5、一瓦斯气体管线6和一密封液输送管线7。密封液输送管线7 的输出端位于固液混合体存储装置2内，输入端穿过外侧的固体膨胀胶囊4，且伸出钻孔连 接一液体存储装置8，液体存储装置8连接一压力源装置9。瓦斯气体管线6的输入端穿过 内侧的固体膨胀胶囊2，伸进钻孔内端，输出端穿过外侧的固体膨胀胶囊4，且伸出钻孔，连 接一压力表10。膨胀液管线4的两端分别插入内、外侧的固体膨胀胶囊4内。外侧的固体 膨胀胶囊4靠近钻孔外端的位置设置有一膨胀液输入管线11，膨胀液输入管线11的输入端 连接一液压源装置12。如图2所示，本发明的固液混合体存储装置2包括一用于放置固液混合体的存储 筒21，存储筒21的筒壁上开设有若干密封液出口阀门22。存储筒21的两端分别通过螺纹 连接一圆柱形中空的适配头23，两适配头23的另一端各设置有一圈凸台24，两凸台24分 别对应设置在一管状接头25内，且与管状接头25端部设置的卡台互相限位，以防止管状接 头25沿适配头23轴向滑动时与适配头23脱离。两管状接头25的另一端各设置有内螺 纹，可与开设有外螺纹的固体膨胀胶囊2的接头3连接(如图1所示)。两适配头23内各 设置有一呈瓶塞形的用于密封存储筒内固液混合体的密封橡胶柱26。位于钻孔内侧的适 配头23内的密封橡胶柱26为两孔密封橡胶柱，其内穿设有膨胀液管线5和瓦斯气体管线 6，位于钻孔外侧的适配头23内的密封橡胶柱26为三孔密封橡胶柱，其内穿设有膨胀液管 线5、瓦斯气体管线6和密封液输送管线7。密封液输送管线7的输入端连接液体存储装置 8(如图1所示)。
如图3所示，本发明的液体存储装置8包括一罐体81，罐体81的顶部设置有一中 空的罐头82，罐头82的顶部设置有一罐体适配头83，罐体适配头83内部通过一液体输送 管适配头84连接一设置在罐体内的液体输送管85，罐体适配头83顶部连接一液体输出管 86，液体输出管86靠近输出端的位置设置有一单向截止阀87，液体输出管86的输出端连接 密封液输送管线7 (如图1所示)。罐头82的圆周壁上穿设有一压力源管88，压力源管88 的输入端连接压力源装置9 (如图1所示)，压力源管88的管壁上设置有一压力表89，压力 源管88靠近输入端的位置设置有一单向截止阀90。上述固液混合体存储装置2中存储筒21内预置有固液混合体，固液混合体可以是 膨润土、锯末、粉煤灰等固体物质与水的混合物。本发明的测定方法包括以下步骤1)将固液混合体存储装置2中、存储筒21筒壁上开设的密封液出口阀门22关闭， 并将密封液的固液混合体装入存储筒21中。2)在固液混合体存储装置2与膨胀液管线5、瓦斯气体管线6、密封液输送管线7、 两固体膨胀胶囊4、液体存储装置8、压力源装置9、压力表10、膨胀液输入管线11、液压源装 置12等器件连接组装为一测量仪，将组装好的测量仪插入煤层1钻孔内。3)开启液压源装置12，液压源装置12提供的膨胀液通过膨胀液输入管线11和膨 胀液管线5输入到两固体膨胀胶囊4中，固体膨胀胶囊4在膨胀液的作用下膨胀密封住钻 孔，实现固体密封。4)开启液体存储装置8外的压力源装置9，压力源装置9提供的压力源将液体存 储装置8罐体81内的密封液压入密封液输送管线7，经密封液输送管线7进入存储筒21内，密封液与存储筒21内预先装入的固液混合体混合，并经存储筒21筒壁上的密封液出口 阀门22流出，对测压钻孔周边的裂隙进行液体密封，以封住钻孔周边裂隙中的瓦斯气体。上述实施例中，压力源装置9提供的压力可以为水或空气，也可以为其他液体或 气体。上述实施例中，固液混合体存储装置2内加压的压力应小于膨胀胶囊4内的压力，一 般小于1兆帕左右即可；固液混合体存储装置2内加压的压力要大于煤层1钻孔内气体的 压力，才能起到密封作用。而固体膨胀胶囊4内的压力是根据煤层1内气体的压力确定的， 其具体压力的确定为已有技术，在此 不再赘述。上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所 变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的 保护范围之外。
权利要求
一种主动式煤层瓦斯压力测定仪，其特征在于它包括设置在煤层钻孔内的两固体膨胀胶囊，所述两固体膨胀胶囊之间设置有一固液混合体存储装置；所述固液混合体存储装置包括一存储筒，所述存储筒筒壁上开设有若干密封液出口阀门；所述存储筒内设置有一密封液输送管线输出端，所述密封液输送管线的输入端穿出钻孔连接一液体存储装置，所述液体存储装置连接一压力源装置；所述固液混合体存储装置中穿设有一膨胀液管线，所述膨胀液管线的两端分别插设在与其同侧的所述固体膨胀胶囊内，位于钻孔外侧的所述固体膨胀胶囊内还插设有一膨胀液输入管线，所述膨胀液输入管线的输入端连接一液压源装置；将一瓦斯气体管线的一端设置在所述煤层钻孔内侧，所述瓦斯气体管线的另一端依次穿过里侧的所述固体膨胀胶囊、固液混合体存储装置和外侧的固体膨胀胶囊后连接一压力表。
2.如权利要求1所述的一种主动式煤层瓦斯压力测定仪，其特征在于所述固液混合 体存储装置的所述存储筒的两端各连接一适配头，两所述适配头的另一端分别与一管状接 头连接，两所述管状接头的另一端分别通过一接头与其同侧的所述固体膨胀胶囊连接；位 于钻孔外侧的所述适配头内设置有一个三孔密封橡胶柱，位于钻孔内侧的所述适配头内设 置有一个两孔密封橡胶柱。
3.如权利要求2所述的一种主动式煤层瓦斯压力测定仪，其特征在于所述适配头端 部设置有一圈用于与所述管状接头端部互相限位的凸台。
4.如权利要求1或2或3所述的一种主动式煤层瓦斯压力测定仪，其特征在于所述液 体存储装置包括一罐体，所述罐体的顶部设置有一罐头，所述罐头的顶部连接有一中空的 适配头，所述适配头的底部连接一液体输送管，所述适配头顶部连接一液体输出管，所述液 体输出管的输出端连接所述密封液输送管线，所述液体输出管上设置有一单向截止阀；所 述罐头的周向设置有一压力源管，所述压力源管的输入端连接所述压力源装置，所述压力 源管上设置有一压力表和一单向截止阀。
5.一种如权利要求1 4所述测定仪的主动式煤层瓦斯压力测定方法，其包括以下步骤1)将固液混合体存储装置中的存储筒上设置的密封液出口阀门关闭，并将固液混合体 装入存储筒中；2)将固液混合体存储装置连接与膨胀液管线、瓦斯气体管线、密封液输送管线、两固体 膨胀胶囊、液体存储装置、压力源装置、压力表、膨胀液输入管线及液压源装置连接组装为 一测量仪，将组装好的测量仪插入煤层钻孔内；3)开启液压源装置，液压源装置提供的膨胀液通过膨胀液输入管线和膨胀液管线输入 到两固体膨胀胶囊中，固体膨胀胶囊在膨胀液的作用下膨胀密封住钻孔，实现固体密封；4)开启压力源装置，压力源装置提供的压力源将液体存储装置罐体内的密封液压入密 封液输送管线，经密封液输送管线进入存储筒内，与存储筒内预先装入的固液混合体混合， 并在固液混合体膨胀压力的作用下自动经存储筒筒壁上的密封液出口阀门流出，对测压钻 孔周边的裂隙进行液体密封，以密封住钻孔周边裂隙中的瓦斯气体。
6.如权利要求5所述的一种主动式煤层瓦斯压力测定方法，其特征在于所述步骤4) 中，压力源装置提供的压力源为液体和气体中的一种。
全文摘要
本发明涉及一种主动式煤层瓦斯压力测定仪及测定方法，其特征在于它包括设置在煤层钻孔内的两固体膨胀胶囊，两固体膨胀胶囊之间设置有一固液混合体存储装置；固液混合体存储装置包括一存储筒，存储筒筒壁上开设有密封液出口阀门；存储筒内设置有一密封液输送管线，密封液输送管线的输入端穿出钻孔连接一液体存储装置，液体存储装置连接一压力源装置；固液混合体存储装置中穿设有一膨胀液管线，膨胀液管线的两端分别插设在一固体膨胀胶囊内，位于钻孔外侧的固体膨胀胶囊内插设有一膨胀液输入管线，膨胀液输入管线的输入端连接一液压源装置；固液混合体存储装置和两固体膨胀胶囊内穿设有一瓦斯气体管线，瓦斯气体管线的输入端设置在煤层钻孔内，输出端穿出钻孔连接一压力表。
文档编号G01L17/00GK101832128SQ20101016558
公开日2010年9月15日 申请日期2010年4月30日 优先权日2010年4月30日
发明者周世宁, 徐阿猛, 柏松, 陈学习, 陈绍杰 申请人:华北科技学院