一种本煤层瓦斯压力精确测定装置及测定方法
【专利摘要】本发明公开了一种本煤层瓦斯压力精确测定装置，它包括：可膨胀胶囊袋（1）、四分钢管（7）、耐高压PE气管（11）、前导器（17）、筛孔管（18）以及压力表（30）；所述的前导器（17）、筛孔管（18）、四分钢管（7）、可膨胀胶囊袋（1）依次连接；同时还公开了一种利用本装置进行的测定方法；本发明采用膨胀速凝水泥基密封灌浆料进行密封，该灌浆料密实、速凝、可膨胀，能有效充填钻孔周边煤体中的裂隙尤其是顶部裂隙，确保钻孔密封严实；同时采用一根连续无缝隙的耐高压PE气管作为测压管，几乎杜绝了漏气通道；本装置及测定工艺解决了传统瓦斯压力工艺和装置的两个最关键的不足之处，具有极好的推广价值。
【专利说明】
一种本煤层瓦斯压力精确测定装置及测定方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种煤层瓦斯压力测定装置及方法，具体是一种本煤层瓦斯压力精确测定装置及测定方法，属于煤矿技术领域。
【背景技术】
[0002]在煤矿安全开采中，煤矿瓦斯突出事故是当前导致人员伤亡最大的灾害事故。煤层瓦斯压力的准确测定是评价煤层是否具有突出危险性的最合理的手段，对煤矿安全至关重要。
[0003]目前我国煤矿井下瓦斯压力测定多采用穿层钻孔进行测试，传统的瓦斯压力测定技术在本煤层的瓦斯压力测定中成功率极低。
[0004]究其主要原因，其一在于传统的水泥砂浆没有膨胀能力，在低角度的顺煤层孔中无法保证对顶部裂隙的有效密封;其二，煤层是多孔介质，在不断变化的矿压环境下会产生多处漏气通道;其三，传统的四分钢管和接箍依次连接作为测压管存在连接处漏气严重情况。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种本煤层瓦斯压力精确测定装置及测定方法，能够对本煤层瓦斯压力测试钻孔进行严格密封和精确瓦斯压力测定。
[0006]本发明通过以下技术方案来实现上述目的:一种本煤层瓦斯压力精确测定装置，它包括，
可膨胀胶囊袋、四分钢管、耐高压PE气管、前导器、筛孔管以及压力表；
所述的前导器、筛孔管、四分钢管、可膨胀胶囊袋依次连接；
所述筛孔管上部通过宝塔接头连接耐高压PE气管，耐高压PE气管通过可膨胀胶囊袋左端头及可膨胀胶囊袋右端头的孔眼Π贯穿可膨胀胶囊袋、右侧末端通过内丝宝塔接头接压力表、并用至少一个右喉箍加固；
所述四分钢管最左端有一个焊接的金属片，将四分钢管左端与筛孔管封闭、右端通过可膨胀胶囊袋左端头及可膨胀胶囊袋右端头的的孔眼I贯穿可膨胀胶囊袋，四分钢管末端通过四分钢管阀门控制开关；
其中，在所述可膨胀胶囊袋右端头的端面开有一个孔眼m。
[0007]所述的可膨胀胶囊袋长50-100mm，有两个等大硬质塑料材质的圆柱体左端头和右端头，直径40_45mm，长度为30_50mm ；
可膨胀胶囊袋的可膨胀胶囊袋左端头和可膨胀胶囊袋右端头呈圆柱状、截面中心有一个直径为21mm的孔眼I和不在圆心的一个直径为12mm的孔眼Π，可膨胀胶囊袋右端头截面上还有一个直径为6mm的孔眼ΙΠ。
[0008]所述四分钢管的靠近可膨胀胶囊袋右端头的一侧有3个直径为6-8mm的孔眼IV，孔眼IV所在位置套上一个内直径为20mm厚度为3mm的有弹性的橡胶管防止逆流，四分钢管与孔眼I之间接缝处均使用硅胶进行充填密封。
[0009]所述的可膨胀胶囊袋左端头和右端头外层套上一根直径为40-45mm、长度为50-1OOmm的乳胶管，并在乳胶管外层套上一条直径为45-50mm的双层涤纟仑材质螺纹布套，使用左喉箍将乳胶管、双层涤纶材质螺纹布套紧束可膨胀胶囊袋左端头和右端头上；
乳胶管和双层涤纶材质螺纹布套在内部压力下可膨胀。
[0010]所述的耐高压PE气管内径为8mm，外径为12mm，爆破压力为3MPa，长30-40m，其与孔眼Π之间接缝处均使用硅胶进行充填密封。
[0011]所述的四分筛孔管上有一个宝塔接头，外径为8mm，四分筛孔管靠近前导器处凿有一系列的直径为8_的筛孔。
[0012]一种本煤层瓦斯压力精确测定方法，包括以下步骤:
1)在测压目标地点选择未受人为采动影响的区域打一个深为25-35米的钻孔，孔径为75mm；
2)通过可膨胀胶囊袋右端头上的孔眼m向可膨胀胶囊袋中注入可膨胀胶囊袋一半体积的水玻璃，挤压可膨胀胶囊袋使其通过可膨胀胶囊袋右端头上的孔眼m排出内部空气后，使用销钉和速凝胶将孔眼m密封；
3)通过两个四分钢管接箍将前导器和四分筛孔管及可膨胀胶囊袋依次连接，将耐高压PE气管的最前端与宝塔接头连接，并用右喉箍加固，同时四分筛孔管的筛孔外采用纱布包裹；
4)将上述的装置依次送入钻孔中，直至送入钻孔的最前端；
5)通过四分钢管末端向可膨胀胶囊袋中注入膨胀速凝水泥基密封灌浆料，使可膨胀胶囊袋膨胀，将钻孔分割为前后两段，待注浆栗注入压力上升至0.05MPa，且无流量时结束注浆，并关闭四分钢管阀门，膨胀速凝水泥基密封灌浆料和可膨胀胶囊袋中的水玻璃迅速凝结为固体支撑可膨胀胶囊袋；
6)在钻孔口处塞入一根长1.0-1.2m的六分注浆管，并使用化学浆封堵材料将孔口密封严实，通过六分注浆管向可膨胀胶囊袋和孔口封堵材料之间注入膨胀速凝水泥基密封灌浆料，待注浆栗压力上升至0.05MPa，且无流量时结束注浆，并关闭六分注浆管末端的六分注浆管阀门；
7)将内丝宝塔接头与压力表连接，连接时首先在内丝宝塔接头中放入一个橡胶圈，在丝扣中充入入一定量的硅胶，快速拧紧确保内丝宝塔接头与压力表密封严格；
8)等待1.5个小时后，待膨胀速凝水泥基密封灌浆料膨胀并凝固后，将内丝宝塔接头的宝塔接头端插入耐高压PE气管的最末端，并在插入段采用2-3个右喉箍束紧，完成结表工作，等待压力表读数稳定后，读出压力表读数，即为煤层的相对瓦斯压力，再加上0.1MPaSP为绝对瓦斯压力。
[0013]所述的膨胀速凝水泥基密封灌浆料由普通水泥、硫铝酸钙水泥熟料、石膏、石灰、引气剂等混合均匀，并加水搅拌而成，凝固后比凝固前体积膨胀率为5%_20%，凝固时间为1.5小时。
[0014]本发明采用膨胀速凝水泥基密封灌浆料进行密封，该灌浆料密实、速凝、可膨胀，能有效充填钻孔周边煤体中的裂隙尤其是顶部裂隙，确保钻孔密封严实；
同时采用一根连续无缝隙的耐高压PE气管作为测压管，几乎杜绝了漏气通道； 本装置及测定工艺解决了传统瓦斯压力工艺和装置的两个最关键的不足之处，具有极好的推广价值。
【附图说明】
[0015]图1是本发明中装置整体结构示意图；
图2是本发明中可膨胀胶囊袋左端头截面图；
图3是本发明中可膨胀胶囊袋右端头截面图。
[0016]图中:1、可膨胀胶囊袋，2、可膨胀胶囊袋左端头，3、可膨胀胶囊袋右端头，4、孔眼I，5、孔眼Π，6、孔眼IΠ，7、四分钢管，8、孔眼IV，9、橡胶管，10、金属片，11、耐高压PE气管，12、乳胶管，13、双层涤纶材质螺纹布套，14、左喉箍，15、销钉，16、四分钢管接箍，17、前导器，18、筛孔管，19、宝塔接头，20、右喉箍，21、筛孔，22、纱布，23、四分钢管末端，24、四分钢管阀门，25、六分注浆管，26、化学浆封堵材料，27、膨胀速凝水泥基密封灌浆料，28、六分注浆管阀门，29、内丝宝塔接头，30、压力表。
【具体实施方式】
[0017]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，所描述的实施例仅仅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做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。
[0018]其中，以附图1为基准，图1的左、右、上、下为本发明的左、右、上、下。
[0019]如图1至图3所示，一种本煤层瓦斯压力精确测定装置，它包括，
可膨胀胶囊袋1、四分钢管7、耐高压PE气管11、前导器17、筛孔管18以及压力表30; 所述的前导器17、筛孔管18、四分钢管7、可膨胀胶囊袋I依次连接；
所述筛孔管18上部通过宝塔接头19连接耐高压PE气管11，耐高压PE气管11通过可膨胀胶囊袋左端头2及可膨胀胶囊袋右端头3的孔眼Π 5贯穿可膨胀胶囊袋1、右侧末端通过内丝宝塔接头29接压力表30、并用至少一个右喉箍20加固；
所述四分钢管7最左端有一个焊接的金属片10，将四分钢管7左端与筛孔管18封闭、右端通过可膨胀胶囊袋左端头2及可膨胀胶囊袋右端头3的的孔眼14贯穿可膨胀胶囊袋I，四分钢管末端23通过四分钢管阀门24控制开关；
其中，在所述可膨胀胶囊袋右端头3的端面开有一个孔眼ΙΠ6。
[0020]其中，可膨胀胶囊袋I长50-100mm，有两个等大硬质塑料材质的圆柱体左端头2和右端头3，直径40_45mm，长度为30_50mm ；
如图2和图3所示，可膨胀胶囊袋I的可膨胀胶囊袋左端头2和可膨胀胶囊袋右端头3呈圆柱状、截面中心有一个直径为21_的孔眼14和不在圆心的一个直径为12mm的孔眼Π 5，可膨胀胶囊袋右端头3截面上还有一个直径为6mm的孔眼ΙΠ6。
[0021]所述四分钢管7的靠近可膨胀胶囊袋右端头3的一侧有3个直径为6-8mm的孔眼IV8，孔眼IV8所在位置套上一个内直径为20mm厚度为3mm的有弹性的橡胶管9防止逆流，四分钢管7与孔眼14之间接缝处均使用硅胶进行充填密封。
[0022]所述的可膨胀胶囊袋左端头2和右端头3外层套上一根直径为40-45mm、长度为50-10mm的乳胶管12，并在乳胶管12外层套上一条直径为45-50mm的双层涤纶材质螺纹布套13，使用左喉箍14将乳胶管12、双层涤纶材质螺纹布套13紧束可膨胀胶囊袋左端头2和右端头3上；
乳胶管12和双层涤纶材质螺纹布套13在内部压力下可膨胀。
[0023]所述的耐高压PE气管11内径为8mm，外径为12mm，爆破压力为3MPa，长30_40m，其与孔眼Π 5之间接缝处均使用硅胶进行充填密封。
[0024]所述的四分筛孔管18上有一个宝塔接头19，外径为8mm，四分筛孔管18靠近前导器17处凿有一系列的直径为8mm的筛孔21。
[0025]本发明还公开了一种本煤层瓦斯压力精确测定方法，包括以下步骤:
1)在测压目标地点选择未受人为采动影响的区域打一个深为25-35米的钻孔，孔径为75mm；
2)通过可膨胀胶囊袋右端头3上的孔眼me向可膨胀胶囊袋I中注入可膨胀胶囊袋I一半体积的水玻璃，挤压可膨胀胶囊袋I使其通过可膨胀胶囊袋右端头3上的孔眼me排出内部空气后，使用销钉15和速凝胶将孔眼me密封；
3)通过两个四分钢管接箍16将前导器17和四分筛孔管18及可膨胀胶囊袋I依次连接，将耐高压PE气管11的最前端与宝塔接头19连接，并用右喉箍20加固，同时四分筛孔管18的筛孔21外采用纱布22包裹；
4)将上述的装置依次送入钻孔中，直至送入钻孔的最前端；
5)通过四分钢管末端23向可膨胀胶囊袋I中注入膨胀速凝水泥基密封灌浆料27，使可膨胀胶囊袋I膨胀，将钻孔分割为前后两段，待注浆栗注入压力上升至0.05MPa，且无流量时结束注浆，并关闭四分钢管阀门24，膨胀速凝水泥基密封灌浆料27和可膨胀胶囊袋I中的水玻璃迅速凝结为固体支撑可膨胀胶囊袋I;
6)在钻孔口处塞入一根长1.0-1.2m的六分注浆管25，并使用化学浆封堵材料26将孔口密封严实，通过六分注浆管25向可膨胀胶囊袋I和孔口封堵材料26之间注入膨胀速凝水泥基密封灌浆料27，待注浆栗压力上升至0.05MPa，且无流量时结束注浆，并关闭六分注浆管25末端的六分注浆管阀门28;
7)将内丝宝塔接头29与压力表30连接，连接时首先在内丝宝塔接头29中放入一个橡胶圈，在丝扣中充入入一定量的硅胶，快速拧紧确保内丝宝塔接头29与压力表30密封严格；
8)等待1.5个小时后，待膨胀速凝水泥基密封灌浆料27膨胀并凝固后，将内丝宝塔接头29的宝塔接头端插入耐高压PE气管11的最末端，并在插入段采用2-3个右喉箍20束紧，完成结表工作，等待压力表读数稳定后，读出压力表读数，即为煤层的相对瓦斯压力，再加上0.IMPaBP为绝对瓦斯压力。
[0026]其中，上述的膨胀速凝水泥基密封灌浆料27由普通水泥、硫铝酸钙水泥熟料、石膏、石灰、引气剂等混合均匀，并加水搅拌而成，凝固后比凝固前体积膨胀率为5%_20%，凝固时间为1.5小时。
[0027]综上所述:本发明的本采用膨胀速凝水泥基密封灌浆料27进行密封，该灌浆料密实、速凝、可膨胀，能有效充填钻孔周边煤体中的裂隙尤其是顶部裂隙，确保钻孔密封严实；
同时采用一根连续无缝隙的耐高压PE气管11作为测压管，几乎杜绝了漏气通道； 本装置及测定工艺解决了传统瓦斯压力工艺和装置的两个最关键的不足之处，具有极好的推广价值。
[0028]对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0029]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
【主权项】
1.一种本煤层瓦斯压力精确测定装置，其特征在于:它包括， 可膨胀胶囊袋(I)、四分钢管(7)、耐高压PE气管(11)、前导器(17)、筛孔管(18)以及压力表(30); 所述的前导器(17)、筛孔管(18)、四分钢管(7)、可膨胀胶囊袋(I)依次连接； 所述筛孔管(18)上部通过宝塔接头(19)连接耐高压PE气管(11)，耐高压PE气管(11)通过可膨胀胶囊袋左端头(2)及可膨胀胶囊袋右端头(3)的孔眼Π (5)贯穿可膨胀胶囊袋(1)、右侧末端通过内丝宝塔接头(29)接压力表(30)、并用至少一个右喉箍(20)加固； 所述四分钢管(7)最左端有一个焊接的金属片(10)，将四分钢管(7)左端与筛孔管(18)封闭、右端通过可膨胀胶囊袋左端头(2)及可膨胀胶囊袋右端头(3)的的孔眼1(4)贯穿可膨胀胶囊袋(1)，四分钢管末端(23)通过四分钢管阀门(24)控制开关； 其中，在所述可膨胀胶囊袋右端头(3 )的端面开有一个孔眼ΙΠ (6 )。2.根据权利要求1所述的一种本煤层瓦斯压力精确测定装置，其特征在于:所述的可膨胀胶囊袋(I)长50-100_，有两个等大硬质塑料材质的圆柱体左端头(2)和右端头(3)，直径40-45mm，长度为 30_50mm ； 可膨胀胶囊袋(I)的可膨胀胶囊袋左端头(2)和可膨胀胶囊袋右端头(3)呈圆柱状、截面中心有一个直径为21mm的孔眼1(4)和不在圆心的一个直径为12mm的孔眼Π (5)，可膨胀胶囊袋右端头(3)截面上还有一个直径为6mm的孔眼ΠΚ6)。3.根据权利要求1或2所述的一种本煤层瓦斯压力精确测定装置，其特征在于:所述四分钢管(7)的靠近可膨胀胶囊袋右端头(3)的一侧有3个直径为6-8_的孔眼IV(8)，孔眼IV(8)所在位置套上一个内直径为20mm厚度为3mm的有弹性的橡胶管(9)防止逆流，四分钢管(7)与孔眼1(4)之间接缝处均使用硅胶进行充填密封。4.根据权利要求1或2所述的一种本煤层瓦斯压力精确测定装置，其特征在于:所述的可膨胀胶囊袋左端头(2)和右端头(3)外层套上一根直径为40-45mm、长度为50-100mm的乳胶管(12)，并在乳胶管(I2)外层套上一条直径为45-50mm的双层涤纶材质螺纹布套(13)，使用左喉箍(14)将乳胶管(12)、双层涤纶材质螺纹布套(13)紧束可膨胀胶囊袋左端头(2)和右端头(3)上； 乳胶管(12)和双层涤纶材质螺纹布套(13)在内部压力下可膨胀。5.根据权利要求1或2所述的一种本煤层瓦斯压力精确测定装置，其特征在于:所述的耐高压PE气管(11)内径为8mm，外径为12mm，爆破压力为3MPa，长30_40m，其与孔眼Π (5)之间接缝处均使用硅胶进行充填密封。6.根据权利要求1或2所述的一种本煤层瓦斯压力精确测定装置，其特征在于:所述的四分筛孔管(18)上有一个宝塔接头(19)，外径为8_，四分筛孔管(18)靠近前导器(17)处凿有一系列的直径为8mm的筛孔(21)。7.一种本煤层瓦斯压力精确测定方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)在测压目标地点选择未受人为采动影响的区域打一个深为25-35米的钻孔，孔径为75mm； 2)通过可膨胀胶囊袋右端头(3)上的孔眼m(6)向可膨胀胶囊袋(I)中注入可膨胀胶囊袋(I) 一半体积的水玻璃，挤压可膨胀胶囊袋(I)使其通过可膨胀胶囊袋右端头(3)上的孔眼m(6)排出内部空气后，使用销钉(15)和速凝胶将孔眼m(6)密封； 3)通过两个四分钢管接箍(16)将前导器(17)和四分筛孔管(18)及可膨胀胶囊袋(I)依次连接，将耐高压PE气管(11)的最前端与宝塔接头(19)连接，并用右喉箍(20 )加固，同时四分筛孔管(18)的筛孔(21)外采用纱布(22)包裹； 4)将权利要求1所述的装置依次送入钻孔中，直至送入钻孔的最前端； 5)通过四分钢管末端(23)向可膨胀胶囊袋(I)中注入膨胀速凝水泥基密封灌浆料(27)，使可膨胀胶囊袋(I)膨胀，将钻孔分割为前后两段，待注浆栗注入压力上升至0.05MPa，且无流量时结束注浆，并关闭四分钢管阀门(24)，膨胀速凝水泥基密封灌浆料(27)和可膨胀胶囊袋(I)中的水玻璃迅速凝结为固体支撑可膨胀胶囊袋(I); 6)在钻孔口处塞入一根长1.0-1.2m的六分注楽管(25)，并使用化学楽封堵材料(26)将孔口密封严实，通过六分注浆管(25)向可膨胀胶囊袋(I)和孔口封堵材料(26)之间注入膨胀速凝水泥基密封灌浆料(27)，待注浆栗压力上升至0.05MPa，且无流量时结束注浆，并关闭六分注楽管(25)末端的六分注楽管阀门(28)； 7)将内丝宝塔接头(29)与压力表(30)连接，连接时首先在内丝宝塔接头(29)中放入一个橡胶圈，在丝扣中充入入一定量的硅胶，快速拧紧确保内丝宝塔接头(29)与压力表(30)密封严格； 8)等待1.5个小时后，待膨胀速凝水泥基密封灌浆料(27)膨胀并凝固后，将内丝宝塔接头(29)的宝塔接头端插入耐高压PE气管(11)的最末端，并在插入段采用2-3个右喉箍(20)束紧，完成结表工作，等待压力表读数稳定后，读出压力表读数，即为煤层的相对瓦斯压力，再加上0.1MPaBP为绝对瓦斯压力。8.根据权利要求7所述的一种本煤层瓦斯压力精确测定方法，其特征在于，所述的膨胀速凝水泥基密封灌浆料(27)由普通水泥、硫铝酸钙水泥熟料、石膏、石灰、引气剂等混合均匀，并加水搅拌而成，凝固后比凝固前体积膨胀率为5%_20%，凝固时间为1.5小时。
【文档编号】E21B33/13GK105927214SQ201610331584
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】任青山, 谢小平, 杨军伟, 邹静, 江伟, 朱广勇
【申请人】六盘水师范学院