煤矿或岩体瓦斯抽采测试用设备的制作方法

本实用新型涉及矿山岩体钻孔抽采技术领域，特别是涉及煤矿或岩体瓦斯抽采测试用设备。

背景技术：

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，需要对煤矿或岩体瓦斯抽采测试用设备进行深入研究分析。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了煤矿或岩体瓦斯抽采测试用设备，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。

煤矿或岩体瓦斯抽采测试用设备的具体方案如下：

煤矿或岩体瓦斯抽采测试用设备，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，本实用新型还提供了煤矿或岩体瓦斯抽采测试用系统，包括：

所述的煤矿或岩体瓦斯抽采测试用设备；

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(仅为1根)，解决了钻孔内管道绕线问题，而且整个系统的设置，在操作完成后，因结构的设置，也测试探头的取出，进而实现可重复利用，降低单次抽采成本。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、将封堵抽采系统设计为一体式结构，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(仅为1根)，解决了钻孔内管道绕线问题，简化了系统结构和封堵过程，提高了封堵效率。

2、通过第四开关的设置，有效保证封堵介质的流动方向，进而保证了封堵效果，通过侧漏阀中第二弹簧的设置，实现多段式各个节点封闭后，再对钻孔内连通管外的部分进行有效风度，保证了有序进行，提高了整体的稳定性。

3、采用第一封堵单元、第二封堵单元和密封空腔三重封堵方式，配合柔性封堵介质，不仅强化了钻孔密封效果，而且能够对密封段钻孔周围岩体裂隙起到密封作用，可进一步提高效果。

4、系统采用多段式抽采封堵结构，不仅扩大了一次性岩体瓦斯的抽采范围或长度，无需多次钻孔，而且由于多个第一或第二封堵单元对钻孔孔壁的支撑作用，能够抑制大范围瓦斯抽采过程中钻孔坍塌对瓦斯抽采的影响。

5、采用可拆卸式结构，在故障时便于更换，为稳定性测量奠定基础。

6、整个系统便于回收利用，降低了钻孔瓦斯抽采成本。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为煤矿或岩体瓦斯抽采测试用系统的总体结构示意图；

图2为煤矿或岩体瓦斯抽采测试用系统中瓦斯抽采状态示意图；

图3为煤矿或岩体瓦斯抽采测试用系统中测试探头结构示意图；

图4为煤矿或岩体瓦斯抽采测试用系统中锥头结构示意图；

图5为煤矿或岩体瓦斯抽采测试用系统中第一封堵单元结构示意图；

图6为煤矿或岩体瓦斯抽采测试用系统中第四开关结构示意图；

图7为煤矿或岩体瓦斯抽采测试用系统中采集管结构示意图；

图8为煤矿或岩体瓦斯抽采测试用系统中第二开孔及单向密封条结构示意图；

图9为煤矿或岩体瓦斯抽采测试用系统中连通管结构示意图；

图10为煤矿或岩体瓦斯抽采测试用系统中第二封堵单元结构示意图；

图11为煤矿或岩体瓦斯抽采测试用系统中侧漏阀结构示意图；

图12为煤矿或岩体瓦斯抽采测试用系统中单向密封件示意图；

图中，1、煤岩体，2、钻孔，3、锥头，4、第一封堵单元，5、第二封堵单元，6、密封空腔，7、采集空腔，8、连通管，9、采集管，10、钻杆，11、软管，12、钻机，13、供给操作台，14、第一开关，15、压力表，16、流量表，17、第二开关，18、收集操作台，19、第三开关，20、瓦斯压力表，21、电子压力表，22、收集罐，23、单向截止阀，24、柔性封堵介质，25、侧漏阀，26、第二管状接头，27、封堵胶囊，28、盖帽，29、第一弹簧，30、第一开孔，31、第二开孔，32、单项密封条，33、基体管，34、橡胶球，35、第二弹簧，36、第三开孔，37、调节螺母，38、第四开关，39、第一管状接头。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了煤矿或岩体瓦斯抽采测试用设备。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1和图3所示，煤矿或岩体瓦斯抽采测试用系统，包括测试探头、推进机构、供给操作机构和测定机构。

所述测试探头包括锥头3、第一封堵单元4、第二封堵单元5、侧漏阀25、连通管8、采集管9。

所述推进机构主要包括钻杆10、钻机12，所述钻杆10与测试探头尾部连接，兼作接长与推进双重作用，所述钻机12通过钻杆10推进测试探头到钻孔2指定位置。

所述供给操作机构包括供给操作台13，主要由软管11、第一开关14、压力表15、流量表16、第二开关17组成。

所述测定机构包括收集操作台18，主要由第三开关19、瓦斯压力表20、电子压力表21、单向截止阀23、收集罐22组成，如图2所示。

所述供给操作台13通过软管11、钻杆10向第一封堵单元4、第二封堵单元5和密封空腔6内提供设定压力的柔性封堵介质24。

所述压力表15用以观测供给操作台13所提供的柔性封堵介质24的压力，所述流量表16用以读取柔性封堵介质24通过的流量。

所述收集操作台13用以收集采集空腔7内的瓦斯气体。所述瓦斯压力表20用以读取瓦斯压力示数，所述电子压力表21与所述瓦斯压力表20相互校正，保证瓦斯压力参数的准确性。所述单向截止阀23保证瓦斯气体只能单向流动至所述收集罐22中。

所述锥头3数量为1个，如图4所示，位于测试探头的头部，呈圆锥体结构，与第一封堵单元4呈螺纹连接，起导向作用。

所述第一封堵单元4数量为4个，如图5所示，主要包括封堵胶囊27、第一管状接头39和第四开关38。所述第一管状接头39两端呈两端凸起中间凹陷的管状结构，所述封堵胶囊27包绕并固定在所述第一管状接头39中央，所述第四开关38固定于第一管状接头39的外端管壁中央处。

如图5所示，所述第四开关38主要由盖帽28、第一弹簧29和第一开孔30组成。所述盖帽28纵向截面呈丁字形结构。常态时，盖帽28在第一弹簧29的作用下处于关闭状态，恰巧密封住第一开孔30。充填封堵介质时，一定压力的封堵介质将盖帽28向上顶起，与第一开孔30形成通路，此时封堵介质进入第一管状接头39和封堵胶囊27的空腔内，封堵胶囊27起胀。所述封堵介质为柔性封堵介质24，呈流体状。

所述采集管9数量为3根，其左右两端分别与第一封堵单元4或第二封堵单元5呈螺纹连接，形成多个采集空腔7，所述采集管9上贯通有第二开孔31数个，所述第二开孔31中安装有两根呈椎体结构的单向密封条32，两根密封条呈V型结构设置，以方便瓦斯气体的快速收集，如图7、图8和图12所示，所述单向密封条32只向采集管9内壁开启，可使得钻孔瓦斯通过单向密封条32进入采集管内，同时在起胀第一封堵单元4、第二封堵单元5可阻止柔性封堵介质24通过第二开孔31进入钻孔2中。

如图9所示，连通管为一圆形管路，两端设置外螺纹。

所述第二封堵单元5数量为1个，如图10所示，主要由封堵胶囊27、第二管状接头26和第四开关38组成。所述第二管状接头26左端与侧漏阀25呈螺纹连接。

所述第二封堵单元5通过侧漏阀25与尾部的第一封堵单元4及钻孔2内壁形成密封空腔6。

如图11所示，所述侧漏阀25主要由一个基体管33、两个第二弹簧35、两个橡胶球34、两个第三开孔36和两个调节螺母37组成。所述第二弹簧35分别位于第三开孔36内，所述调节螺母37位于第二弹簧35外部，通过旋转调节螺母37可调节第二弹簧35的预紧力，以调节橡胶球34的开启压力。所述柔性封堵介质24通过侧漏阀25进入密封空腔6内，不仅可密封钻孔2，而且对钻孔2周围岩体裂隙起到进一步密封作用。

采用上述煤矿或岩体瓦斯抽采测试用系统的测定方法，具体操作步骤：

1)打瓦斯抽采钻孔2：用钻机12在巷道中向顶板或底板煤岩体1中先后施工设定角度的钻孔2至到达指定抽采区域的煤层；

2)安装测试探头：清理钻孔2中的杂物，安装多段封堵抽采系统，即依次连接锥头3、第一封堵单元4、采集管9、第二封堵单元5、连通管8等，并将测试探头底部的第一封堵单元4与钻杆10相连接，利用钻机12将安装完毕的测试探头推挤至指定抽采区域。

3)封闭钻孔2：待测试探头到达指定区域后，利用软管11连接供给操作台13和钻杆10，向测试探头内提供设定压力的柔性封堵介质24。首先，打开供给操作台13的第一开关14，柔性封堵介质24通过连通管8和采集管9，经由对应的第四开关38进入第一封堵单元4和第二封堵单元5内，起胀封堵胶囊27，分别形成密封空腔6和采集空腔7，继续增加柔性封堵介质24压力，侧漏阀25开启，柔性封堵介质24经由第三开孔36进入密封空腔6内，对密封空腔6进行填充，并进一步填充密封空腔6周围岩体裂隙，此时，测试探头下部的第一封堵单元4、第二封堵单元5和密封空腔6形成三重钻孔密封，待供给操作台13上的流量表16示数稳定后，关闭第一开关14，打开第二开关17，清除连通管8和采集管9中的柔性封堵介质24，使管道内部保持通畅。

4)耐压试验：封堵钻孔2完毕后，做耐压试验对封堵钻孔2效果进行检验，若封堵钻孔2不合格，则需重新封堵钻孔2；

5)测定瓦斯参数：耐压试验完毕后，进行瓦斯参数测定，即连接收集操作台18，打开第三开关19，瓦斯气体通过采集管9的第二开孔31进入采集管9内，连通管8等进入收集操作台18，待瓦斯压力表20稳定后，读取瓦斯压力表20示数，并与电子压力表21读数相比较，在二者数值大致相当的情况下，取二者数值的平均值，即为显示采集空腔7内瓦斯压力的数值，最后将收集至收集罐22中的瓦斯气体进行成分和含量分析。

本实用新型中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。