煤矿井下抽采钻孔径向不同负压影响范围的测定方法及系统与流程

1.本发明属于煤矿瓦斯抽采领域，涉及煤矿井下抽采钻孔径向不同负压影响范围的测定方法及系统。


背景技术：

2.煤矿瓦斯灾害治理始终是煤矿安全生产的重中之重，井下施工钻孔抽采煤层瓦斯是矿井防治瓦斯灾害事故的最主要技术措施。煤矿井下钻孔瓦斯抽采效果的好坏直接决定了能否有效消除煤矿瓦斯隐患，同时抽采效率的高低也影响着矿井抽掘采作业顺利接替。
3.抽采负压是影响瓦斯抽采效果的重要参数，煤矿井下瓦斯抽采是通过抽采泵站作为动力单元产生负压，经抽采管道逐级传递至抽采煤层，煤层瓦斯在压力梯度作用下经过解吸、扩散、渗流向抽采钻孔汇集，从而达到瓦斯抽采的目的。
4.根据《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》：预抽瓦斯钻孔的孔口负压不得低于13kpa，卸压瓦斯抽采钻孔的孔口负压不得低于5kpa，仅是规定了井下抽采钻孔孔口负压的最低执行标准，而未针对具体煤层瓦斯赋存和抽采条件的更为详细的执行标准。当然，抽采负压也不是越大越好，抽采负压也受到泵站设备、钻孔参数、抽采管道和封孔工艺等条件制约，同时增加设备的负荷和资源浪费；而较小的抽采负压将导致煤层抽采效果不佳，选择减小钻孔间距和增加钻孔数量同样会增加施工成本和人力投入。这就需要确定抽采钻孔合理的抽采负压，因此考察煤矿井下瓦斯抽采钻孔径向不同负压影响范围及随时空演化规律可以为提高抽采系统运行安全，提高井下瓦斯抽采效率和保障矿井安全生产。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供煤矿井下抽采钻孔径向不同负压影响范围的测定方法及系统，通过选定抽采区域施工抽采孔并在孔内负压分布和在抽采孔周围分组布置观测孔并监测数据，进而监测抽采孔和观测孔抽采参数随时空演化规律，为确定不同抽采负压沿径向影响范围和孔口合理负压确定提供指导依据。
6.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.煤矿井下抽采钻孔径向不同负压影响范围的测定方法，该方法为：负压沿钻孔径向随时间影响范围变化规律，分为抽采孔和观测孔，抽采孔正常进行抽采并实时监测到孔内负压分布情况，抽采孔采用普通或千米定向钻进施工并记录钻孔参数和轨迹参数；观测孔采用分组布置在抽采孔两侧，采用普通定向钻机并按照设计参数进行施工，孔外侧安装压力表或含量检测装置进行瓦斯压力或瓦斯含量参数监测；具体包括以下步骤：
8.s101：抽采孔抽采及孔内负压分布，包括抽采孔工程参数、抽采孔轨迹参数、负压沿孔深分布，采用普通或千米定向钻进进行施工，其中抽采孔工程参数包括抽采孔孔径、孔径、开孔高度、封孔工艺及参数，抽采孔轨迹参数包括钻孔深度、倾角、方位角、工具面向角、左右偏差、上下偏差，负压沿孔深分布是在抽采孔内布置沿钻孔深度负压监测装置，实时获取不同深度处负压值，获取沿钻孔轴向负压衰减规律，同时在抽采孔两侧不同深度处分组
布置观测孔，实现一个钻孔同时实现沿钻孔轴向负压分布规律和不同负压值下径向影响范围考察；
9.s102：分组布置观测孔并监测数据，采用普通定向钻进进行施工，观测孔工程参数包括观测孔孔径、孔深、开孔高度、封孔深度和封孔工艺，观测孔轨迹参数包括钻孔深度、倾角、方位角、工具面向角、左右偏差、上下偏差，观测孔分组布置包括钻孔间距、分组钻孔数量、组内和分组钻孔深度布置。
10.基于所述方法的煤矿井下抽采钻孔径向不同负压影响范围测定系统，该系统包括手持移动终端、无线信号模块、滑动密封端盖、三通装置、增压装置、连接螺纹、接抽连接管、连接软管、乳化液或压风管道、测压测杆、测压抽采孔布置工艺和支架；
11.所述手持移动终端采集抽采孔内负压测定测杆不同钻孔深度的负压值和孔口观测孔测定负压值，接收测压观测孔分组观测孔的测压数据，同时操作控制阀门进行开闭和阀门开度的调节，进行数据分析，为下一步操作试验考察提供数据分析支持；
12.所述无线信号模块是手持移动终端与测压测杆及负压测定模块之间数据传输的信号发射装置，是安装在测压测杆的外端，通过测压测杆内部的信号通道将上述负压检测值传输至手持移动终端；
13.所述滑动密封端盖是设置在三通装置的外端，并通过螺纹与三通装置进行连接，是测压测杆实现连续下放进入抽采钻孔的通道；
14.所述三通装置是布置在抽采管与控制阀门之间的连接装置，三通装置外端连接滑动密封端盖，上端设置有观测孔，下端连接控制阀门和增压装置；
15.所述控制阀门设置三通装置与增压装置之间，是控制抽采管路连通开关，也可以进行远程阀门的开闭和阀门开度的调节，进而实现抽采管路的开闭和抽采负压大小的调节功能；
16.所述增压装置布置在三通装置与接抽连接管之间，动力源采用煤矿井下压风管道提供压风或者乳化液管道供给的乳化液，是通过连接软管将增压装置和乳化液或压风管道连通；其作用是保证抽采钻孔试验负压稳定，防止因为抽采负压的波动给试验数据带来误差，是抽采系统提供负压传递到试验区域钻孔时达不到试验所需的抽采负压值以及消除日常抽采系统抽采负压的波动；
17.所述测压观测孔是布置在抽采孔周围，是采用普通定向钻进进行定向施工，根据抽采孔的工程参数和轨迹参数得到抽采孔的深度、孔径、方位和轨迹，然后在抽采孔两侧进行精准定向施工观测孔，其中包括观测孔封孔段、观测孔测压管和观测孔瓦斯压力或含量在线监测模块，观测孔的孔径设计为50～75mm；测压观测孔布置区域长度l1是根据观测孔间距l2和观测孔的数量确定的，采用等间距均匀布置方式且间隔距离至相互不影响为准，其次观测孔长度h1是采用分布均差布置方式，即根据两侧分组观测孔内数量设置均匀减小的方式，以考察同组在抽采负压差异不大情况下随着抽采时间延长距离抽采孔不同距离的观测孔的瓦斯压力或含量的变化情况，再通过设置多组观测孔依次沿着钻孔轴向根据负压衰减规律实现不同负压下对抽采钻孔径向影响范围的大小，最终在一个抽采孔和多组观测孔情况下实现抽采钻孔径向不同负压的影响范围考察的目的；
18.所述测压测杆是用于实时检测抽采孔轴向负压分布，得到各个分组观测孔所在位置的抽采负压，实现不同抽采负压下分组考察抽抽采钻孔径向影响范围；测压测杆包括测
压测杆外螺纹、测杆密封槽、负压测定模块、测杆内螺纹和测杆内部信号通道，测压测杆是通过一节一节螺纹连接串联起来，螺纹连接分为测杆外螺纹和测杆内螺纹进行连接，同时测杆密封槽用于安装密封圈以实现密封作用，负压测定模块用于测定抽采孔内测点位置的实时抽采负压值，然后通过测杆内部信号通过将各个测点测定的抽采负压参数值传输至抽采孔外无线信号模块，手持移动终端接收到各测点抽采负压值和观测孔瓦斯压力或含量在线检测模块的参数值，得到井下抽采钻孔径向不同负压影响范围测定和随时空演化规律；
19.所述支架是测压测杆保持在抽采孔中央的平衡装置，具有弹簧和伸缩杆机构，根据抽采孔内断面情况进行调整，保持测杆保持平衡和悬空；
20.所述抽采孔是位于煤岩层中的瓦斯流通通道，是采用普通或千米定向钻进进行定向施工，同时记录钻孔的精准轨迹和方位，方便进一步设置观测孔的参数和方位，以实现抽采钻孔径向负压影响范围的准确考察；
21.煤矿井下抽采钻孔径向不同负压影响范围测定工艺，首先采用普通或千米定向钻进施工抽采孔完成后实施封孔抽采，在抽采孔轴向两侧采用普通定向钻机施工多组观测孔并封孔，抽采孔与多组观测孔实现空间精准定位，在抽采过程中采用测压测杆实时监测抽采孔内负压沿孔深的分布，并观察记录多组观测孔的瓦斯压力或含量的变化情况，另外通过增压装置保障试验过程中抽采负压的稳定，最终检测参数数据汇集至手持移动终端进行分析判断。
22.本发明的有益效果在于：通过在选定区域布置抽采孔和观测孔，然后通过在抽采钻孔内下入测杆实时监测不同钻孔深度的抽采负压，然后在抽采孔两侧分组布置观测孔并设置不同的参数，从而既可以观测沿钻孔轴向负压变化和不同负压下观测孔的参数变化，并通过设置不同参数进行对比分析，以及随着时间延长下不同抽采负压下钻孔径向影响范围大小，实现抽采区域瓦斯抽采钻孔径向不同负压影响范围测定和随时空演化规律，为确定合理抽采钻孔孔口负压提供支撑。
23.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
24.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
25.图1为本发明所提供的抽采钻孔径向负压影响范围考察示意图；
26.图2为本发明所提供的抽采钻孔径向负压影响范围测定工艺示意图；
27.图3为本发明所提供的抽采钻孔径向负压影响范围测定测杆装置示意图；
28.图4为本发明所提供的抽采钻孔径向负压影响范围测定测杆剖面图；
29.附图标记：
30.1-手持移动终端，2-无线信号模块，3-滑动密封端盖，4-三通装置，5-观测孔，6-控制阀门，7-增压装置，8-连接螺纹，9-接抽连接管，10-连接软管，11-乳化液或压风管道，12-抽采钻孔封孔段，13-测压观测孔，14-测压测杆，15-螺纹连接，16-支架，17-抽采孔，18-煤
岩层；
31.13.1-测压抽采孔封孔段，13.2-测压管，13.3-瓦斯压力或含量在线检测模块；
32.14.1-测压测杆外螺纹，14.2-测杆密封槽，14.3-负压测定模块，14.4-测杆内螺纹，14.5-信号通道。
具体实施方式
33.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
34.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
35.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
36.结合图1，对本发明的煤矿井下瓦斯抽采钻孔不同负压径向影响范围测定内容进行说明，该方法可广泛用于煤矿井下瓦斯抽采钻孔不同负压沿钻孔径向影响范围测定及随时空演化规律，最终确定抽采钻孔孔口合理负压的确定，具体操作步骤如下：
37.如图2所示，为本发明本实施例中的煤矿井下瓦斯抽采钻孔径向不同负压影响范围测定方法，包括以下内容：
38.步骤s11：负压沿钻孔径向随时间影响范围变化规律，分为抽采孔和观测孔，抽采孔正常进行抽采并可以实时监测到孔内负压分布情况，抽采孔采用普通或千米定向钻进施工并记录钻孔参数和轨迹参数等；观测孔采用分组布置在抽采孔两侧，采用普通定向钻机并按照设计参数进行精准施工，孔外侧安装压力表或含量检测装置等进行瓦斯压力或瓦斯含量等参数监测；
39.步骤s101：抽采孔抽采及孔内负压分布，主要包括抽采孔工程参数、抽采孔轨迹参数、负压沿孔深分布，采用普通或千米定向钻进进行施工，其中抽采孔工程参数主要包括抽采孔孔径、孔径、开孔高度、封孔工艺及参数，抽采孔轨迹参数主要包括钻孔深度、倾角、方位角、工具面向角、左右偏差、上下偏差等，负压沿孔深分布是在抽采孔内布置沿钻孔深度负压监测装置，可以实时获取不同深度处负压值，获取沿钻孔轴向负压衰减规律，同时在抽采孔两侧不同深度处分组布置观测孔，可实现一个钻孔同时实现沿钻孔轴向负压分布规律和不同负压值下径向影响范围考察；
40.步骤s102：分组布置观测孔并监测数据，采用普通定向钻进进行施工，观测孔工程参数主要包括观测孔孔径、孔深、开孔高度、封孔深度和封孔工艺等，观测孔轨迹参数包括钻孔深度、倾角、方位角、工具面向角、左右偏差、上下偏差等，观测孔分组布置包括钻孔间距、分组钻孔数量、组内和分组钻孔深度布置。
41.实施以上目的需要的特定的煤矿井下瓦斯抽采钻孔径向不同负压影响范围测定方法。
42.如图2～图4所示，煤矿井下瓦斯抽采钻孔径向不同负压影响范围测定装置主要有手持移动终端1、无线信号模块2、滑动密封端盖3、三通装置4、观测孔5、控制阀门6、增压装置7、接抽连接管9、连接软管10、乳化液或气动管道11、抽采钻孔封孔段12、测压观测孔13、测压测杆14、支架16。
43.手持移动终端1可以采集抽采孔17内负压测定测杆14不同钻孔深度的负压值和孔口观测孔5测定负压值，又可以接收测压观测孔13分组观测孔的测压数据，同时还可以操作控制阀门6进行开闭和阀门开度的调节，综合上述检测数据后，还可以进行数据分析，为下一步操作试验考察提供数据分析支持。
44.无线信号模块2是手持移动终端1与测压测杆14及负压测定模块14.3之间数据传输的信号发射装置，是安装在测压测杆14的外端，通过测压测杆14内部的信号通道14.5将上述负压检测值传输至手持移动终端1。
45.滑动密封端盖3是测压测杆14实现连续下入抽采孔17的主要部件，是设置在三通装置4的外端，并通过螺纹与三通装置4进行连接，是测压测杆4实现连续下放进入抽采钻孔的主要通道。
46.三通装置4是布置在抽采管与控制阀门6之间的连接装置，三通装置4外端连接滑动密封端盖3，上端设置有观测孔5，下端连接控制阀门6和增压装置7。
47.控制阀门6设置三通装置4与增压装置7之间，是控制抽采管路连通开关，也可以进行远程阀门的开闭和阀门开度的调节，进而实现抽采管路的开闭和抽采负压大小的调节功能。
48.增压装置7布置在三通装置4与接抽连接管9之间，动力源采用煤矿井下压风管道提供压风或者乳化液管道供给的乳化液，是通过连接软管10将增压装置7和乳化液或压风管道11连通；其作用是保证抽采钻孔试验负压稳定，防止因为抽采负压的波动给试验数据带来误差，主要是抽采系统提供负压传递到试验区域钻孔时达不到试验所需的抽采负压值以及消除日常抽采系统抽采负压的波动。
49.测压观测孔13是布置在抽采孔17周围，是采用普通定向钻进进行定向施工，根据抽采孔的工程参数和轨迹参数得到抽采孔的深度、孔径、方位和轨迹等，然后在抽采孔两侧进行精准定向施工观测孔，其中包括观测孔封孔段13.1、观测孔测压管13.2和观测孔瓦斯压力或含量在线监测模块13.3，观测孔的孔径设计为50～75mm；另外测压观测孔13布置区域长度l1是根据观测孔间距l2和观测孔的数量确定的，采用等间距均匀布置方式且间隔距离至相互不影响为准，其次观测孔长度h1是采用分布均差布置方式，即根据两侧分组观测孔内数量设置均匀减小的方式，以考察同组在抽采负压差异不大情况下随着抽采时间延长距离抽采孔不同距离的观测孔的瓦斯压力或含量的变化情况，再通过设置多组观测孔依次沿着钻孔轴向根据负压衰减规律实现不同负压下对抽采钻孔径向影响范围的大小，最终在
一个抽采孔和多组观测孔情况下实现抽采钻孔径向不同负压的影响范围考察的目的。
50.测压测杆14是用于实时检测抽采孔17轴向负压分布，即可以得到各个分组观测孔13所在位置的抽采负压，从而实现不同抽采负压下分组考察抽抽采钻孔径向影响范围；测压测杆14主要包括测压测杆外螺纹14.1、测杆密封槽14.2、负压测定模块14.3、测杆内螺纹14.4和测杆内部信号通道14.5，测压测杆是通过一节一节螺纹连接15串联起来，因此螺纹连接15又分为测杆外螺纹14.1和测杆内螺纹14.4进行连接，同时测杆密封槽14.2用于安装密封圈以实现密封作用，负压测定模块14.3用于测定抽采孔17内测点位置的实时抽采负压值，然后通过测杆内部信号通过14.5将各个测点测定的抽采负压参数值传输至抽采孔外无线信号模块2，手持移动终端1接收到各测点抽采负压值和观测孔瓦斯压力或含量在线检测模块13.3的参数值，进而实现数据综合分析，最终得到井下抽采钻孔径向不同负压影响范围测定和随时空演化规律。
51.支架16是测压测杆14保持在抽采孔17中央的平衡装置，具有弹簧和伸缩杆机构，可以根据抽采孔内断面情况自动进行调整，始终保持测杆14保持平衡和悬空。
52.抽采孔17是位于煤岩层18中的瓦斯流通通道，是采用普通或千米定向钻进进行定向施工，同时记录钻孔的精准轨迹和方位，方便进一步设置观测孔的参数和方位，以实现抽采钻孔径向负压影响范围的准确考察。
53.本发明通过钻孔施工抽采孔和观测孔，并进行抽采孔的工程参数、轨迹参数和负压沿孔深分布，以及观测孔的工程参数、轨迹参数和分组布置参数等；然后通过在抽采钻孔内下入测杆实时监测不同钻孔深度的抽采负压，然后在抽采孔两侧分组布置观测孔并设置不同的参数，从而既可以观测沿钻孔轴向负压变化和不同负压下观测孔的参数变化，并通过设置不同参数进行对比分析，以及随着时间延长下不同抽采负压下钻孔径向影响范围大小，实现抽采区域瓦斯抽采钻孔径向不同负压影响范围测定和随时空演化规律，为确定合理抽采钻孔孔口负压提供支撑。
54.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。