长钻孔多循环定位瓦斯压力测定装置及方法与流程

本发明属于煤矿瓦斯参数测定等矿井安全，特别提供了长钻孔多循环定位瓦斯压力测定装置及方法。

背景技术：

1、煤层瓦斯赋存具有强烈的不均匀性，尤其是在复杂地质条件下，埋深变化较大、断层构造部位及煤层相变带往往是瓦斯赋存变化较大的地带。传统煤层瓦斯压力测试为单孔单点测试，即一个测压钻孔只测定一个瓦斯压力，即代表了整个钻孔周边煤层的瓦斯赋存状态，测压钻孔长度一般不超过100m。随着定向钻进技术的普及，定向钻孔施工长度普遍能够达到300～600m，此时依然使用单孔单点的测压方式，以单点的瓦斯压力数据代表整片区域煤层的瓦斯赋存状态显然是不准确的，数据缺少代表性和针对性。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了长钻孔多循环定位瓦斯压力测定装置及方法，通过采用多段密封、精确定位、连续读取、自动存储的方法，实现对长钻孔瓦斯压力的分段精确测定，得到长钻孔所经区域煤层的多段瓦斯压力数值，为分析煤层瓦斯压力在空间上和时间上的变化规律提供基础。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：长钻孔多循环定位瓦斯压力测定装置，设置于测压钻孔内，包括尖头、前端压力传感器、中部压力传感器、前端封孔胶囊、后端封孔胶囊、孔内数据管线、注浆管、三通、压力表、电磁阀、注水管路、孔外数据线和plc控制处理器。

3、所述三通的接口分别连接注浆管的一端、压力表和电磁阀，所述注水管路通过管路与电磁阀连接，所述注浆管的另一端安装有尖头，所述注浆管的外壁依次安装有后端封孔胶囊、中部压力传感器、前端封孔胶囊和前端压力传感器，且前端压力传感器位于前端封孔胶囊和尖头之间，所述前端封孔胶囊和后端封孔胶囊均位于测压钻孔内。

4、所述前端压力传感器和中部压力传感器通过孔内数据管线和孔外数据线连接至plc控制处理器，所述电磁阀通过孔外数据线连接至plc控制处理器，所述plc控制处理器中设有存储装置和开始注浆、停止注浆、开始测压、复位、排浆按钮。

5、进一步地，所述测压钻孔的内端为钻孔孔底，所述测压钻孔内前端封孔胶囊与钻孔孔底之间的空间为前端测压气室，所述测压钻孔内前端封孔胶囊与后端封孔胶囊之间的空间为中部测压气室。

6、进一步地，所述测压钻孔内前端封孔胶囊与后端封孔胶囊之间的距离为5～10m。

7、进一步地，所述plc控制处理器上设置有上传数据线，且plc控制处理器通过上传数据线连接至地面电脑。

8、长钻孔多循环定位瓦斯压力测定方法，利用上述长钻孔多循环定位瓦斯压力测定装置进行操作，具体包括以下步骤：

9、步骤一、装置安装，测压钻孔施工完毕后，清理钻孔内部积水及煤渣，清理完毕后，首先将尖头、注浆管、三通、压力表、电磁阀、注水管路依次安装，在注浆管外侧依次安装前端压力传感器、前端封孔胶囊、中部压力传感器、后端封孔胶囊，并将注浆管、前端压力传感器、前端封孔胶囊、中部压力传感器和后端封孔胶囊送入测压钻孔内，同时利用孔内数据管线和孔外数据线分别将前端压力传感器、中部压力传感器和电磁阀连接至plc控制处理器；

10、步骤二、注浆，将中部压力传感器所处的位置标定为测压位置，到达测压位置后，点击plc控制处理器上的开始注浆按钮，打开电磁阀，注水管路中的水通过注浆管注入前端封孔胶囊和后端封孔胶囊，前端封孔胶囊和后端封孔胶囊随着注入水量的增多而不断膨胀，逐渐与测压钻孔孔壁贴合；

11、压力表实时显示注浆压力，并通过孔外数据线上传至plc控制处理器；

12、步骤三、测压，注浆压力稳定后，点击plc控制处理器上的开始测压按钮，plc控制处理器开始读取前端压力传感器和中部压力传感器的瓦斯压力数据，瓦斯压力数据上传至地面电脑上，在同一张观测图上分别绘制前端压力传感器和中部压力传感器测定的瓦斯压力变化曲线图，当瓦斯压力稳定不变后，一个测压循环结束；

13、步骤四、排浆卸压，一个测压循环结束后，通过plc控制处理器上的排浆按钮，关闭电磁阀，停止注浆，卸下注浆管，使前端封孔胶囊和后端封孔胶囊卸压，与测压钻孔孔壁分离；

14、步骤五、循环测压，完成排浆卸压工作后，在测压钻孔孔口处通过加长注浆管的方式，使尖头、注浆管、前端压力传感器、前端封孔胶囊、中部压力传感器和后端封孔胶囊向钻孔孔底方向移动20～50m至下一测压循环区域，之后重复步骤二至步骤四的循环注浆测压过程；

15、步骤六、绘制瓦斯压力分析图，将循环测压的瓦斯压力变化曲线图汇总成瓦斯压力分析图，对比不同区域的瓦斯赋存变化情况，结合煤层埋深等值线及地质构造资料，分析瓦斯压力变化异常点的地质构造影响因素。

16、进一步地，在步骤二中，前端封孔胶囊和后端封孔胶囊中的压力稳定在2～3mpa之间。

17、进一步地，当注浆压力大于3mpa时，plc控制处理器控制关闭电磁阀，当注浆压力低于2mpa时，plc控制处理器控制开启电磁阀。

18、进一步地，在步骤三中，plc控制处理器每隔1分钟从前端压力传感器和中部压力传感器中分别读取并存储一组瓦斯压力数据。

19、使用本发明的有益效果是：

20、本发明使用长钻孔多循环定位瓦斯压力测定装置，通过采用多段密封、精确定位、连续读取、自动存储的方法，实现对长钻孔瓦斯压力的分段精确测定，得到长钻孔所经区域煤层的多段局部瓦斯压力和整体瓦斯压力数值，绘制分段瓦斯压力变化曲线图，汇总瓦斯压力分析图，结合煤层埋深等值线及地质构造资料，分析瓦斯压力变化异常点的地质构造影响因素，分析煤层瓦斯压力在空间上和时间上的变化规律，为煤层瓦斯赋存规律研究提供基础数据。

技术特征：

1.长钻孔多循环定位瓦斯压力测定装置，设置于测压钻孔内，其特征在于：包括尖头(1)、前端压力传感器(2)、中部压力传感器(3)、前端封孔胶囊(4-1)、后端封孔胶囊(4-2)、孔内数据管线(5)、注浆管(6)、三通(7)、压力表(8)、电磁阀(9)、注水管路(10)、孔外数据线(11)和plc控制处理器(12)；

2.根据权利要求1中所述的长钻孔多循环定位瓦斯压力测定装置，其特征在于：所述测压钻孔的内端为钻孔孔底(16)，所述测压钻孔内前端封孔胶囊(4-1)与钻孔孔底(16)之间的空间为前端测压气室(15)，所述测压钻孔内前端封孔胶囊(4-1)与后端封孔胶囊(4-2)之间的空间为中部测压气室(14)。

3.根据权利要求1中所述的长钻孔多循环定位瓦斯压力测定装置，其特征在于：所述测压钻孔内前端封孔胶囊(4-1)与后端封孔胶囊(4-2)之间的距离为5～10m。

4.根据权利要求1中所述的长钻孔多循环定位瓦斯压力测定装置，其特征在于：所述plc控制处理器(12)上设置有上传数据线(13)，且plc控制处理器(12)通过上传数据线(13)连接至地面电脑。

5.长钻孔多循环定位瓦斯压力测定方法，利用如权利要求4所述的长钻孔多循环定位瓦斯压力测定装置进行操作，具体包括以下步骤：

6.根据权利要求5中所述的长钻孔多循环定位瓦斯压力测定方法，其特征在于：在步骤二中，前端封孔胶囊(4-1)和后端封孔胶囊(4-2)中的压力稳定在2～3mpa之间。

7.根据权利要求6中所述的长钻孔多循环定位瓦斯压力测定方法，其特征在于：当注浆压力大于3mpa时，plc控制处理器(12)控制关闭电磁阀(9)，当注浆压力低于2mpa时，plc控制处理器(12)控制开启电磁阀(9)。

8.根据权利要求5中所述的长钻孔多循环定位瓦斯压力测定方法，其特征在于：在步骤三中，plc控制处理器(12)每隔1分钟从前端压力传感器(2)和中部压力传感器(3)中分别读取并存储一组瓦斯压力数据。

技术总结
本发明公开了长钻孔多循环定位瓦斯压力测定装置及方法，使用长钻孔多循环定位瓦斯压力测定装置，依次进行装置安装、注浆、测压、排浆卸压、循环测压和绘制瓦斯压力分析图的步骤，通过采用多段密封、精确定位、连续读取、自动存储的方法，实现对长钻孔瓦斯压力的分段精确测定，得到长钻孔所经区域煤层的多段局部瓦斯压力和整体瓦斯压力数值，自动绘制分段瓦斯压力变化曲线图，形成瓦斯压力分析图，结合煤层埋深等值线及地质构造资料，分析瓦斯压力变化异常点的地质构造影响因素，分析煤层瓦斯压力在空间上和时间上的变化规律，为煤层瓦斯赋存规律研究提供基础数据。

技术研发人员：韩兵,曹垚林,李艳增,周睿,许幸福,高宏,薛世鹏,钱志良,唐辉,任仲久,郑忠宇,赵新,程士宜,徐成,高中宁,许江涛,汪开旺
受保护的技术使用者：中煤科工集团沈阳研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13