环保含水煤层下向钻孔瓦斯压力测定方法与流程

本发明涉及煤矿瓦斯压力测定技术领域，具体涉及一种含水煤层下向钻孔瓦斯压力的测定。

背景技术：

煤矿瓦斯基本参数是煤层瓦斯储量计算、瓦斯涌出量预测、煤与瓦斯突出危险性预测、瓦斯抽放评价和煤矿瓦斯灾害综合治理的基础性参数。煤层瓦斯压力和煤层瓦斯含量是煤矿企业十分重视的瓦斯基础参数，对矿井安全生产至关重要。因此，对于煤层瓦斯压力的研究尤为重要。

现有技术中有关钻孔瓦斯压力测定的研究主要有：

申请号201710927409.1公开了一种含水煤层瓦斯压力测定装置及测定方法，包括测压管、注浆管、注浆泵、排水排浆管、传感系统，还包括水位及排水管；所述的测压管、水位及排水管、排水排浆管、注浆管依次沿竖直方向由上到下通过固定支架固定排列于钻孔中，且长度依次变短；测压管和水位及排水管的外端分别装有水感应器、电磁阀，排水排浆管外端装有排放阀，水感应器、电磁阀与传感系统连接。该装置可直接测定含水煤层瓦斯涌出量和含水煤层钻孔瓦斯压力。

申请号201410547086.x公开了一种含水煤岩下行钻孔瓦斯压力观测系统，包括透水装置、封堵装置和测压装置，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；测压装置用于测定下行钻孔瓦斯压力。该发明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。

上述现有技术虽然取得了一定的进步，但是对于含水煤层下向钻孔瓦斯压力的测定，仍需进一步研究。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种环保含水煤层下向钻孔瓦斯压力测定方法，其在瓦斯压力的测定过程中，在克服钻孔中水对瓦斯压力测定影响的同时，还可以将产生的废尘回收。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种环保含水煤层下向钻孔瓦斯压力测定方法，所述的测定方法依次包括以下步骤：

a、准备硬件设施，包括钻孔装置、除尘装置、孔底排水装置、封堵装置、测压装置及计算机；所述的除尘装置包括挡尘处理罩、排污管及收污箱，所述的挡尘处理罩呈椭球形包覆在所述的钻杆的头部，当钻孔过程中产生粉尘时，粉尘进入所述的挡尘处理罩内，所述的挡尘处理罩的内壁上布置有若干洒水孔，通过所述的洒水孔向进入其中的粉尘喷水，位于所述钻杆垂向方向上的挡尘处理罩的内壁设置有若干个弧形沟，所述的弧形沟向远离钻杆的一侧凸起，所述的排污管的一端与所述的弧形沟连接，另一端与所述的收污箱连接；

所述的孔底排水装置，包括检水机构和除水机构，所述的检水机构用于预估孔底水量，所述的除水机构用于将孔底水迅速吸收；所述的检水机构包括金属管、无水硫酸铜颗粒及塑料膜，所述的金属管为柱状，内部中空，所述的塑料膜位于所述的金属管内的管壁上，所述的无水硫酸铜颗粒包裹在所述的塑料膜内，在所述的金属管内的管壁上分布有若干个小孔；所述的除水机构包括圆柱形密闭腔体及位于其中的三组套置有弹簧的u形管除水器，所述的u形管除水器安装在所述的圆柱形密闭腔体的内壁上；

b、安装钻孔装置，以钻杆头尾为轴，分别安装除尘装置、孔底排水装置、封堵装置及测压装置；

c、钻眼打孔，选用煤矿常规打孔设备在煤巷道需检测瓦斯压力的煤壁钻孔，并至一定深度；

d、如遇少量含水煤层，则对孔底水进行处理；

e、封堵钻孔，通过封堵装置对钻孔进行封堵；

f、确认排除孔底水干扰、封孔密封性影响后，利用测压装置进行测压，通过计算机得出数据，并进行记录。

作为本发明的一个优选方案，所述的封堵装置包括砂浆处理机构和钻管出浆机构，所述的砂浆处理机构对砂浆进行预处理后经过所述的钻管出浆机构对钻孔进行封堵。

作为本发明的另一个优选方案，所述的砂浆处理机构包括砂浆输入管、除水器、电机及支架，所述的砂浆输入管与所述的除水器连接，所述的除水器安装在所述的支架上，所述的除水器包括圆盘状的容器体和位于其下方的倒锥形体，所述的容器体的四周分布有若干个圆形喷嘴，在每个喷嘴处设置有薄膜对其封盖，所述的薄膜表面设置有微孔，经过所述的容器体处理后的废水通过喷嘴除去，所述的电机启动时带动所述的容器体快速旋转；

所述的钻管出浆机构包括砂浆输出管、圆柱形空腔管及加压单元，所述的砂浆输出管的一端连接在所述的除水器上，另一端连接在所述的圆柱形空腔管，在所述的圆柱形空腔管的内部填充有吸水膨胀剂，在所述的圆柱形空腔管上设置有压力感应阀门，所述的加压单元用于对所述的砂浆输出管中的砂浆进行加压以使其输送至所述的圆柱形空腔管。

进一步优选，所述的洒水孔的出水方向为远离煤壁方向，所述的洒水孔通过管路与进水装置连接，正常工作时的进水为高压水。

进一步优选，在所述的钻杆垂向上的挡尘处理罩的内壁分别设置有三个弧形沟，所述的挡尘处理罩的内壁的其余位置设置所述的洒水孔。

进一步优选，所述的测压装置安装在所述的钻杆的尾部。

进一步优选，在所述的u形管除水器的管壁内部设置有呈弹簧状的铁丝，所述的铁丝包裹有含硅胶颗粒的吸水无纺纱布层。

进一步的，步骤d中，首先通过检水机构预估孔底水量，在可调节范围内，利用除水机构对孔底水进行迅速吸收。

进一步的，步骤e中，砂浆经砂浆输入管进入除水器中，开启与除水器连接的电机后，一部分废水通过喷嘴除去，处理后的砂浆通过砂浆输出管并在加压单元的作用下，进入圆柱形空腔管中，并与圆柱形空腔管中的吸水膨胀剂混合膨胀，待压力感应阀门接受压力后，打开阀门，砂浆与吸水剂混合物迅速排出，封堵钻孔。

与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果：

本发明提供的一种环保含水煤层下向钻孔瓦斯压力测定方法中，首先准备硬件设施，包括钻孔装置、除尘装置、孔底排水装置、封堵装置、测压装置及计算机；随即安装钻孔装置，以钻杆头尾为轴，分别安装除尘装置、孔底排水装置、封堵装置及测压装置；第三步钻眼打孔，选用煤矿常规打孔设备在煤巷道需检测瓦斯压力的煤壁钻孔，并至一定深度；如遇少量含水煤层，则对孔底水进行处理；封堵钻孔，通过封堵装置对钻孔进行封堵；最后确认排除孔底水干扰、封孔密封性影响后，利用测压装置进行测压，通过计算机得出数据，并进行记录。

本发明设计了相配套的孔底排水装置、封堵装置、测压装置，构成了下向钻孔瓦斯压力钻进-封堵-测定一体化系统及装置，可判定下向钻孔煤层的含水情况并对水及时清除，消除钻孔水对瓦斯压力的影响；同时运用了传感器来对封孔进行调控，具有良好的封堵效果；此外，测压过程中实现高效除尘的同时回收废渣。综上所述，本发明测定系统可智能、环保且高效的进行煤层测压。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明环保含水煤层下向钻孔瓦斯压力测定方法所用的测定系统的结构示意图；

图2为本发明检水机构的结构示意图；

图3为本发明除水机构的结构示意图；

图4为本发明封堵装置的结构示意图；

图中：1、煤层，2、弧形沟，3、钻杆，4、排污管，5、测压装置，6、砂浆输出管，7、喷嘴，8、容器体，9、倒锥形体，10、支架，11、加速电机，12、砂浆输入管，13、小孔，14、无水硫酸铜颗粒，15、塑料膜，16、圆柱形密闭腔体，17、硅胶颗粒，18、u形管除水器，19、t形钉，20、吸水膨胀剂，21、压力感应阀门。

具体实施方式

本发明提出了一种环保含水煤层下向钻孔瓦斯压力测定方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。

除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”等等将被理解为包括所陈述的部件或组成部分，而并未排除其他部件或其他组成部分。

结合图1至图4所示，本发明一种环保含水煤层下向钻孔瓦斯压力测定方法所采用的测定系统，包括钻孔装置、除尘装置、孔底排水装置、封堵装置、测压装置及计算机，具体的包括煤层1、弧形沟2、钻杆3、排污管4、测压装置5、砂浆输出管6、喷嘴7、容器体8、倒锥形体9、支架10、加速电机11、砂浆输入管12、小孔13、无水硫酸铜颗粒14、塑料膜15、圆柱形密闭腔体16、硅胶颗粒17、u形管除水器18、t形钉19、吸水膨胀剂20、压力感应阀门21。

其中，钻杆3的头部位于煤层1中，钻杆3的尾部连接测压装置5，钻杆其结构其型号采用本领域常用的即可。

作为本发明的主要改进点，除尘装置的设计，除尘装置包括挡尘处理罩、排污管及收污箱，挡尘处理罩呈椭球形包覆在所述的钻杆的头部，当钻孔过程中产生粉尘时，粉尘进入所述的挡尘处理罩内，通过挡尘处理罩可对粉尘进行初步处理，进入挡尘处理罩的粉尘，经过挡尘处理罩的内壁上的若干洒水孔，通过洒水孔向进入其中的粉尘喷水，以进一步降低粉尘的扩散，洒水孔通过管道与进水装置相连，正常工作时，优选进水为高压水，而且，为了避免洒水孔的水进入煤层钻孔中，因此，洒水孔的出水方向一定是远离煤层的。

位于钻杆垂向方向上的挡尘处理罩的内壁设置有若干个弧形沟，弧形沟向远离钻杆的一侧凸起，排污管的一端与弧形沟连接，另一端与收污箱连接；弧形沟的设计目的在于：将所得废尘进行分离利用，弧形沟本发明优选在钻杆的两侧分别设置三个，其余位置呈一定间隔的设置上述的洒水孔，洒水孔的具体数量根据实际情况做选择，经处理后的废尘通过排污管进入收污箱中。水雾与煤尘结合，沿挡尘处理罩的内壁弧面进入弧形沟，进入排污管，在收污箱进行沉淀，水尘分离，后水可二次利用，煤尘干燥处理或可作他用。

作为本发明的另一个主要改进点，孔底排水多步一体化装置，其包括检水机构及除水机构，检水机构用于预估孔底水量，除水机构用于将孔底水迅速吸收。

上述的检水机构包括金属管、无水硫酸铜颗粒及塑料膜，金属管为柱状，内部中空，塑料膜位于金属管内的管壁上，具体如将塑料膜粘贴在金属管的管壁上，无水硫酸铜颗粒包裹在塑料膜内，通过无水硫酸铜可以预估孔底水的含量，即根据无水硫酸铜吸水变色的原理来预估孔底水的含量，在金属管内的管壁上分布有若干个小孔。

上述的除水机构包括圆柱形密闭腔体及位于其中的三组套置有弹簧的u形管除水器，u形管除水器安装在圆柱形密闭腔体的内壁上；三组u形除水器位于空腔内壁呈60°分布，固定三根u形管，u形管用t形钉固定。在u形管除水器的管壁内部设置有呈弹簧状的铁丝，铁丝包裹有含硅胶颗粒的吸水无纺纱布层，通过吸水无纺布纱布层进行吸水。

上述的封堵装置包括砂浆处理机构和钻管出浆机构，砂浆处理机构对砂浆进行预处理后经过钻管出浆机构对钻孔进行封堵，其中砂浆处理机构作为本发明的一个创新点，砂浆首先经过砂浆处理装置处理后，经过处理后的砂浆与吸水膨胀剂混合，可以更好的封堵钻孔。具体的，砂浆处理机构包括砂浆输入管、除水器、电机及支架，砂浆输入管与除水器连接，除水器安装在支架上，除水器包括圆盘状的容器体和位于其下方的倒锥形体，容器体的四周分布有若干个圆形喷嘴，在每个喷嘴处设置有薄膜对其封盖，薄膜表面设置有微孔，微孔的设计利用将除水器处理后的废水排出，微孔的直径可根据工作面实际煤性质进行确定，如3-4mm。喷嘴直径根据工作面煤质确定，喷嘴设计可将砂浆多余的水排出，而砂浆不受损失。

经过容器体处理后的废水通过喷嘴除去，电机启动时带动容器体快速旋转；除水器的下方为倒锥形体设计，这样利于除水器快速旋转，由于倒锥形设计不稳固，因此，在除水器的下方通过支架对其进行固定，提高其稳定性。

上述的钻管出浆机构包括砂浆输出管、圆柱形空腔管及加压单元，砂浆输出管的一端连接在除水器上，另一端连接在圆柱形空腔管，在圆柱形空腔管的内部填充有吸水膨胀剂，在圆柱形空腔管上设置有压力感应阀门，加压单元用于对砂浆输出管中的砂浆进行加压以使其输送至圆柱形空腔管，经过砂浆处理机构处理后的砂浆，在砂浆输出管及加压单元的作用下进入圆柱形空腔管，与圆柱形空腔管中的吸水膨胀剂混合，这样可以更好的封堵钻孔。

上述的测压装置、计算机如何测定及计算，不做详细说明。

下面对本发明环保含水煤层下向钻孔瓦斯压力测定方法做详细说明。

包括以下步骤：

第一步、准备硬件设施，包括钻孔装置、除尘装置、孔底排水装置、封堵装置、测压装置及计算机；

第二步、安装钻孔装置，以钻杆头尾为轴，分别安装除尘装置、孔底排水装置、封堵装置及测压装置；

第三步、钻眼打孔，选用煤矿常规打孔设备在煤巷道需检测瓦斯压力的煤壁钻孔，并至一定深度；

第四步、如遇少量含水煤层，则对孔底水进行处理，首先通过检水机构预估孔底水量，在可调节范围内，利用除水机构对孔底水进行迅速吸收；

第五步、封堵钻孔，砂浆经砂浆输入管进入除水器中，开启与除水器连接的电机后，一部分废水通过喷嘴除去，处理后的砂浆通过砂浆输出管并在加压单元的作用下，进入圆柱形空腔管中，并与圆柱形空腔管中的吸水膨胀剂混合膨胀，待压力感应阀门接受压力后，打开阀门，砂浆与吸水剂混合物迅速排出，封堵钻孔；

第六步、确认排除孔底水干扰、封孔密封性影响后，利用测压装置进行测压，通过计算机得出数据，并进行记录。

本发明中的洒水孔分布有序，以达出水不交叉且保证密布的效果。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。

尽管本文中较多的使用了诸如弧形沟、钻杆、排污管、测压装置、砂浆输出管、喷嘴等术语，但并不排除使用其它术语的可能性，使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

需要进一步说明的是，本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。