專利名稱：一種煤層瓦斯壓力直接測定裝置及其測壓方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤層瓦斯壓力直接測定裝置及其測壓工藝，適用于各種地質(zhì)條件下礦井煤層瓦斯壓力的測定，尤其適用于上向長鉆孔的煤層瓦斯壓力測定。
背景技術(shù)：
煤層瓦斯壓力是決定煤層瓦斯含量和瓦斯動力現(xiàn)象的潛能大小的一 個基本參數(shù)，因此，準(zhǔn)確測量出煤層的瓦斯壓力是一切礦井瓦斯防治工作的基礎(chǔ)。瓦斯壓力通常是通過煤層鉆孔測得的，而所測瓦斯壓力的準(zhǔn)確性主要取決于測壓鉆孔的封孔工藝，所以封孔工藝的創(chuàng)新已成必然。查閱近年來封孔技術(shù)的相關(guān)資料，可以將封孔方法大致分為黃泥水泥封孔、沙漿澆灌封孔、膠囊密封粘液封孔和液壓封孔器封孔等，這些封孔技術(shù)已在一定程度上改善了測壓效果，但是也存在著一定缺陷和難度，其中如黃泥水泥封孔，該技術(shù)雖然簡單易行，但封孔效果并不理想，而膠囊密封粘液封孔盡管具有良好的封孔工藝，卻因其高昂的造價(jià)、復(fù)雜的工序，一般很難作為煤礦上常規(guī)的測壓方法進(jìn)行日常測壓工作而得到大力推廣，從封孔測壓失效的經(jīng)驗(yàn)分析表明，由于受到煤巖層復(fù)雜地質(zhì)條件的影響，如卸壓帶及煤巖層裂隙、鉆孔松動和鉆孔塌孔等，導(dǎo)致瓦斯壓力逸散而使測量壓力小于原始瓦斯壓力始終存在，特別是在煤巷中直接向煤層打孔測定煤層瓦斯壓力時(shí)，由于煤層煤體硬度遠(yuǎn)低于巖層，也增加了測壓難度，因此，如何準(zhǔn)確測定煤層瓦斯壓力依然是煤礦瓦斯災(zāi)害防治方面有待解決的難點(diǎn)問題之一。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)在測壓過程中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種煤層瓦斯壓力直接測定裝置及其測壓方法煤層瓦斯壓力直接測定裝置及其測壓工藝。本發(fā)明測壓操作簡單易行，能夠有效解決煤層瓦斯壓力泄露的問題，實(shí)現(xiàn)煤層瓦斯壓力的準(zhǔn)確測量。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是本發(fā)明煤層瓦斯壓力直接測定裝置包括封孔裝置和測壓裝置，所述封孔裝置包括篩孔管、傳壓管、第一充氣膠囊、第二充氣膠囊、膠囊充氣管和注漿管，傳壓管的進(jìn)氣口與篩孔管的出氣口連通，傳壓管的出氣口與測壓裝置的壓力表連通；第一充氣膠囊和第二充氣膠囊分別固定安裝在傳壓管的外壁上，第一充氣膠囊和第二充氣膠囊沿傳壓管的長度方向相互間隔開來，第一充氣膠囊和第二充氣膠囊分別與所述膠囊充氣管連通；所述注漿管設(shè)于傳壓管外且通過注漿管能夠?qū)⒚芊鉂{液注入到第一充氣膠囊和第二充氣膠囊之間的區(qū)間。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述傳壓管由活節(jié)管密封串接而成。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述第一充氣膠囊靠近篩孔管，第二充氣膠囊靠近測壓裝置。進(jìn)一步地，本發(fā)明在所述第一充氣膠囊和第二充氣膠囊的兩端均分別有前置擋板和后置擋板固定在傳壓管上，所述前置擋板和后置擋板用于對第一充氣膠囊和第二充氣膠囊進(jìn)行限位。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述測壓裝置包括高壓油管和壓力表，所述高壓油管的一端與壓力表連通，所述高壓油管的另一端與所述傳壓管的出氣端連通。使用本發(fā)明煤層瓦斯壓力直接測定裝置測定煤層瓦斯壓力的方法包括
(1)對待測壓的煤層打一與所述封孔裝置相匹配的鉆孔；
(2)將所述封孔裝置置于所述鉆孔內(nèi)，并使所述篩孔管的進(jìn)氣口靠近鉆孔的底部；
(3)利用高壓充氣筒通過膠囊充氣管往第一充氣膠囊和第二充氣膠囊內(nèi)充入氣體，使第一充氣膠囊和第二充氣膠囊能夠與鉆孔緊密接觸并將所述鉆孔的內(nèi)壁和傳壓管的外壁之間的空間分隔成互不連通的測壓室、傳壓室和外室三部分；其中，所述測壓室為第一充氣膠囊與鉆孔的底部之間的區(qū)間，所述傳壓室為第一充氣膠囊和第二充氣膠囊之間的區(qū)間，所述外室為第二充氣膠囊與鉆孔的孔口之間的區(qū)間；
(4)啟動高壓注漿泵，通過所述注漿管將密封漿液注入所述傳壓室內(nèi)，使所述傳壓室完全將測壓室與外室密封隔絕；
(5)啟動測壓裝置，觀測測壓裝置的壓力表的數(shù)值。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述密封漿液為膨脹水泥?，F(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是結(jié)構(gòu)可靠，密封效果好，適用范圍廣，尤其對鉆孔因煤層地質(zhì)松軟而出現(xiàn)的裂隙滲漏現(xiàn)象?？赏ㄟ^第一充氣膠囊、第二充氣膠囊以及膨脹水泥的嚴(yán)格密封，將所述鉆孔的內(nèi)壁和傳壓管的外壁之間所形成的空間分隔成互不連通的測壓室、傳壓室和外室三部分，使鉆孔的密封性能最佳。其中，第一充氣膠囊可擋住傳壓室內(nèi)的水泥砂漿進(jìn)入測壓室，而第二充氣膠囊則擋住傳壓室內(nèi)的水泥砂漿流出孔外，因此形成了充氣膠囊封水泥砂漿--水泥砂漿封鉆孔的連續(xù)封孔方式。本發(fā)明所用到的封孔材料優(yōu)選膨脹水泥，它可滲入鉆孔的各類縫隙中，起到嚴(yán)格密封的目的，此操作過程方便易行，大大提高了測壓的工作效率。


圖I是本發(fā)明煤層瓦斯壓力直接測定裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖2是充氣膠囊、前置擋板、后置擋板和傳壓管的連接關(guān)系 圖3是圖2的A-A剖視 圖4是圖I的測壓裝置7的結(jié)構(gòu)示意 圖5是本發(fā)明裝置的使用狀態(tài)示意 圖中，I.篩孔管，2.篩孔，3.前置擋板，4.后置擋板，5.傳壓管，6.第一充氣膠囊，6’.第二充氣膠囊，7.測壓裝置，8.棉紗，9.膠囊充氣管，10.球閥，11.三通管，12.高壓油管，13.壓力表，14.高壓注漿泵，15.高壓充氣筒，16.注漿管，17.膨脹水泥，18.煤層，19.鉆孔
具體實(shí)施例方式如圖I所示，本發(fā)明煤層瓦斯壓力直接測定裝置包括封孔裝置和測壓裝置7，其中，封孔裝置包括篩孔管I、傳壓管5、第一充氣膠囊6、第二充氣膠囊6’、膠囊充氣管9和注漿管16。傳壓管5的進(jìn)氣口與篩孔管I的出氣口連通，傳壓管5的出氣口與測壓裝置7的壓力表連通。第一充氣膠囊6和第二充氣膠囊6’分別安裝在傳壓管5的外壁上,第一充氣膠囊6和第二充氣膠囊6’沿傳壓管5的長度方向相互間隔開來，第一充氣膠囊6和第二充氣膠囊6’分別與一個膠囊充氣管9連通。作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，第一充氣膠囊6靠近篩孔管1，第二充氣膠囊6’靠近測壓裝置7。注漿管16設(shè)于傳壓管5外，通過注漿管16能夠?qū)⒚芊鉂{液注入到第一充氣膠囊6和第二充氣膠囊6’之間的區(qū)間(傳壓室II)。傳壓管5優(yōu)選使用活節(jié)管串接而成，使用活節(jié)管子通過相應(yīng)接頭和生料密封串接可使傳壓管5達(dá)到預(yù)定長度(通常離鉆孔lnT2m左右)。例如，篩孔管可使用打有篩眼長度為3m的6分管，傳壓管可使用長度為lnT3m的4分活節(jié)管子。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，在第一充氣膠囊6和第二充氣膠囊6’的兩端均分別有前置擋板3和后置擋板4焊接在傳壓管5上，從而對第一充氣膠囊6和第二充氣膠囊6’起限位作用。可使用棉紗將第一充氣膠囊6分別與前置擋板3和后置擋板4纏緊，第一充氣膠囊6的兩頭可用細(xì)鐵絲捆綁在傳壓管5上。如圖4所示，測壓裝置7包括高壓油管12和壓力表13，高壓油管12的一端與壓力表13連通，高壓油管12的另一端與傳壓管5的出氣端連通。作為一種實(shí)施方式，高壓油管12的另一端通過三通管11與傳壓管5的出氣端連通，并且在傳壓管5的出氣端上安裝有球閥10。如圖5所示，使用本發(fā)明煤層瓦斯壓力直接測定裝置進(jìn)行煤層瓦斯壓力測定的方 法如下
(I)首先待測壓的煤層18，在待測壓的煤層18上打一與封孔裝置相匹配的鉆孔19。鉆孔的孔徑應(yīng)滿足以下條件當(dāng)?shù)谝怀錃饽z囊6和第二充氣膠囊6’內(nèi)充入氣體后，第一充氣膠囊和6第二充氣膠囊6’能夠與鉆孔19緊密接觸并將所述鉆孔19的內(nèi)壁與傳壓管5的外壁之間所形成的空間分隔成互不連通的測壓室I、傳壓室II和外室III三部分，其中，測壓室I為第一充氣膠囊6與鉆孔19的底部之間的區(qū)間，傳壓室II為第一充氣膠囊6和第二充氣膠囊6’之間的區(qū)間，外室III為第二充氣膠囊6’與鉆孔19的孔口之間的區(qū)間。(2)將所述封孔裝置置于鉆孔19內(nèi)，并使篩孔管I的進(jìn)氣口靠近鉆孔19的底部(通常離鉆孔lnT2m左右)。(3)利用高壓充氣筒15通過膠囊充氣管9分別往第一充氣膠囊6和第二充氣膠囊6’內(nèi)充入氣體。第一充氣膠囊6和第二充氣膠囊6’充氣后向外膨脹而與鉆孔19緊密接觸，從而將鉆孔19的內(nèi)壁和傳壓管5的外壁之間所形成的空間分隔成互不連通的測壓室I、傳壓室II和外室III三部分。(4)啟動高壓注漿泵14，通過注漿管16將密封漿液(如膨脹水泥17)注入傳壓室II內(nèi)，使傳壓室II完全將測壓室I與外室III密封隔絕。(5)關(guān)閉球閥10，啟動測壓裝置7，觀測測壓裝置7的壓力表13的數(shù)值的日常變化情況。
權(quán)利要求
1.一種煤層瓦斯壓力直接測定裝置，包括封孔裝置和測壓裝置(7)，其特征是所述封孔裝置包括篩孔管(I)、傳壓管(5)、第一充氣膠囊(6)、第二充氣膠囊(6’)、膠囊充氣管(9)和注漿管(16)，傳壓管(5)的進(jìn)氣口與篩孔管(I)的出氣口連通，傳壓管(5)的出氣口與測壓裝置(7)的壓力表連通；第一充氣膠囊(6)和第二充氣膠囊(6’)分別固定安裝在傳壓管(5)的外壁上，第一充氣膠囊(6)和第二充氣膠囊(6’)沿傳壓管(5)的長度方向相互間隔開來，第一充氣膠囊(6)和第二充氣膠囊(6’)分別與所述膠囊充氣管(9)連通；所述注漿管(16)設(shè)于傳壓管(5)外且通過注漿管(16)能夠?qū)⒚芊鉂{液注入到第一充氣膠囊(6)和第二充氣膠囊(6 ’)之間的區(qū)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煤層瓦斯壓力直接測定裝置，其特征是所述傳壓管(5)由活節(jié)管密封串接而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的煤層瓦斯壓力直接測定裝置，其特征是所述第一充氣膠囊(6)靠近篩孔管(I)，第二充氣膠囊(6’)靠近測壓裝置(J)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的煤層瓦斯壓力直接測定裝置，其特征是在所述第一充氣膠囊(6)和第二充氣膠囊(6’)的兩端均分別有前置擋板和后置擋板固定在傳壓管(5)上，所述前置擋板和后置擋板用于對第一充氣膠囊(6 )和第二充氣膠囊(6 ’)進(jìn)行限位。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的煤層瓦斯壓力直接測定裝置，其特征是所述測壓裝置(7)包括高壓油管和壓力表，所述高壓油管的一端與壓力表連通，所述高壓油管的另一端與所述傳壓管(5)的出氣端連通。
6.一種使用權(quán)利要求I或2的裝置測定煤層瓦斯壓力的方法，其特征是，包括 (1)對待測壓的煤層打一與所述封孔裝置相匹配的鉆孔； (2)將所述封孔裝置置于所述鉆孔內(nèi)，并使所述篩孔管(I)的進(jìn)氣口靠近鉆孔的底部； (3)利用高壓充氣筒通過膠囊充氣管(9)往第一充氣膠囊(6)和第二充氣膠囊(6’)內(nèi)充入氣體，使第一充氣膠囊(6)和第二充氣膠囊(6’ )能夠與鉆孔緊密接觸并將所述鉆孔的內(nèi)壁和傳壓管的外壁之間的空間分隔成互不連通的測壓室、傳壓室和外室三部分；其中，所述測壓室為第一充氣膠囊(6)與鉆孔的底部之間的區(qū)間，所述傳壓室為第一充氣膠囊(6)和第二充氣膠囊(6’)之間的區(qū)間，所述外室為第二充氣膠囊(6’)與鉆孔的孔口之間的區(qū)間； (4)啟動高壓注漿泵，通過所述注漿管將密封漿液注入所述傳壓室內(nèi)，使所述傳壓室完全將測壓室與外室密封隔絕； (5)啟動測壓裝置，觀測測壓裝置的壓力表的數(shù)值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是所述密封漿液為膨脹水泥。
全文摘要
本發(fā)明公開一種煤層瓦斯壓力直接測定裝置及其測壓方法。其中，煤層瓦斯壓力直接測定裝置包括封孔裝置和測壓裝置，封孔裝置包括篩孔管、傳壓管、第一充氣膠囊、第二充氣膠囊、膠囊充氣管和注漿管，傳壓管的進(jìn)氣口與篩孔管的出氣口連通，傳壓管的出氣口與測壓裝置的壓力表連通；第一充氣膠囊和第二充氣膠囊分別固定安裝在傳壓管的外壁上，第一充氣膠囊和第二充氣膠囊沿傳壓管的長度方向相互間隔開來，第一充氣膠囊和第二充氣膠囊分別與膠囊充氣管連通；注漿管設(shè)于傳壓管外且通過注漿管能夠?qū)⒚芊鉂{液注入到第一充氣膠囊和第二充氣膠囊之間的區(qū)間。本發(fā)明測壓操作簡單易行，能夠有效解決煤層瓦斯壓力泄漏的問題，實(shí)現(xiàn)煤層瓦斯壓力的準(zhǔn)確測量。
文檔編號G01L11/00GK102889958SQ20121042364
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者曲方, 王彥凱, 王慧堂, 趙錦剛, 安文超 申請人:山西潞安礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司, 中國計(jì)量學(xué)院