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含水煤层钻孔瓦斯压力测量系统及其工作演示

作品介绍 | 竞赛组委会| 2021-06-25 15:33:58

1.作品描述

(1)作品简介

本应用设计是一种含水煤层下行钻孔瓦斯压力观测系统。属于矿山瓦斯压力测定技术领域。其具体解决了下行钻孔中由于积水无法测定瓦斯压力的问题。整个应用设计包括透水装置、封堵装置、测量装置。透水装置安装在所述钻孔中,用于将钻孔中的水排出;封堵装置用于封闭钻孔;测压装置用于测定下行钻孔瓦斯压力。本应用设计能够较好的克服下行钻孔中水对瓦斯压力测定的影响,尤其适用于含水煤岩下行钻孔中对瓦斯压力的测定。本应用设计采用电子装置,可以自动对瓦斯压力数据进行周期性的记录、存储和传输,因此可以减少人工记录的次数。

(2)所属技术领域

本系统是一种含水煤层下行钻孔瓦斯压力观测系统,属于矿山瓦斯压力测定技术领域。

2.创意来源

煤层瓦斯压力是评价煤层突出危险性的首选指标,准确测定煤层瓦斯压力对研究与评价煤层瓦斯储量、瓦斯涌出、瓦斯流动、瓦斯抽采与瓦斯突出问题等都具有非常重要的意义。国内外测试煤层瓦斯压力方法有黄泥-水泥测压法、注浆测压法、胶圈(囊)-压力黏液测压法等。但以上方法仅适用于不穿含水层钻孔的煤层瓦斯压力测定,穿含水层钻孔的煤层瓦斯压力测定仍然是一个难题含水层是瓦斯测压过程中的重要影响因素之一,我国很多矿井煤层均存在含水层,通常,含水层处于承压状态,具有一定水压,当测压钻孔穿越含水层时,如果未能成功堵水,水将进入测压气室,充满测压管且被煤层吸收,抑制煤层瓦斯解吸和封存瓦斯,最终将测得水压而非煤层瓦斯压力,致使钻孔作废。井下测定煤层瓦斯压力时,测压钻孔造价相对较高,若无法准确测出该处煤层瓦斯压力,对人力、物力、财力和时间等将造成极大浪费,同时给矿井瓦斯治理工作带来困扰。因此,选用合理的封孔技术对穿含水层测压钻孔成功测得煤层瓦斯压力尤为重要。

3.运行环境

本设计由三部分组成:透水装置,封堵装置,测压装置。

所述透水装置,包括圆柱形空腔、可透水的活塞组、送气管道、输油管道和排水管道,所述活塞组位于圆柱形空腔内,活塞组的上方设置有透水孔、两侧分别设置有套置有弹簧的立柱,所述送气管道、输油管道和排水管道均从透水装置内伸出煤岩外,并依次与高压气罐、油压罐和排水电机相连;

所述封堵装置,包括由挡板与钻孔形成的一号密封室、二号密封室,所述一号密封室与固化材料输送管道相连,所述固化材料输送管道用于向一号密封室内充填固化充填材料;所述二号密封室与输液管道相连,所述输液管道用于向二号密封室内充填液体充填材料;

所述测压装置包括检测管、压力表和电子装置,所述检测管连接压力表与电子装置,在检测管下部设置有蜂窝状小孔,其底部固设有圆柱形挡板,所述电子装置可连接计算机获取监测到的瓦斯压力数据,并对其进行分析。

作为本设计的一个优选方案,上述可透水的活塞组是由若干个活塞组成,每个相邻的活塞之间通过立柱连接,相邻的活塞之间留有空隙。

作为本设计的另一个优选方案,上述透水孔为长方形,上述活塞组的大小可封堵上述透水孔。

位于活塞组两侧的立柱呈非对称设置,上述活塞组内通过输油管道输送高压油,上述活塞组在高压油的作用下可移动,当一侧立柱恰好接触圆柱形空腔内壁时,活塞空隙与透水孔保持完全相通;当活塞组内的高压油泄压后,活塞在套置有弹簧的立柱作用下移向一端,当另一端的立柱恰好接触圆柱形空腔内壁时,活塞恰好完全封闭上述透水孔。

排水管道伸入透水装置的末端处设置有可过滤杂质的球形水漏。

上述一号密封室设有两个,二号密封室设有一个。

上述二号密封室通过输液管道与液体材料压力罐相连,上述输液管道上还设有单向截止阀和蓄能罐,上述单向截止阀用于防止液体充填材料倒流回液体材料压力罐内,上述蓄能罐用于保持液体充填材料的压力始终高于瓦斯压力。

本设计与现有技术相比,将透水装置安装在钻孔中,用于将钻孔中的水排出;封堵装置用于封闭钻孔,在透水装置与封堵装置的结合下,进而选用测压装置进行瓦斯压力测定,该观测系统可将下行钻孔中的积水彻底排出,分别通过等压力条件或压力差条件进行排水,本观测系统能够较好的克服传统下行钻孔中水对瓦斯压力测定的影响,尤其适用于含水煤岩下行钻孔中对瓦斯压力的测定。

本观测系统在不开启钻孔或者损失孔内瓦斯压力的情况下,能够及时排除下行钻孔中的积水,以减少孔内积水对瓦斯压力测定的影响,保证瓦斯压力的连续精确的测定。


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