一种高含水率下快速测定瓦斯压力的装置及方法

本发明涉及煤层瓦斯压力测定，尤其是一种高含水率下快速测定瓦斯压力的装置及方法。

背景技术：

1、煤炭是我国的基础资源，我国富煤、少油、少气，煤炭资源总量远远超过石油和天然气资源。煤炭的供应关系到我国工业乃至社会的方方面面，伴随着煤炭的清洁技术不断创新并趋于成熟，煤的生产成本逐渐降低，煤碳资源在2050年以前依旧是我国的主体能源。

2、煤与瓦斯突出严重影响着我国煤矿生产安全，是制约我国煤矿生产进一步发展的重要灾害之一。瓦斯突出灾害不仅破坏煤矿生产设备，产生经济损失，还会威胁工作人员的人身安全，造成人身财产损失。随着煤矿开采深度的增加，煤与瓦斯突出发生的危险性随之上升。瓦斯压力是区域瓦斯预测指标之一，在煤层瓦斯治理和预防过程中，煤层瓦斯压力测定的准确性至关重要，同时，瓦斯压力的准确测定还对井下煤层气资源的开发起到指引性作用。

3、我国多数矿井煤系地层有含水层，受煤层水压影响，当水进入瓦斯压力测量设备，所测量出的瓦斯压力数值精确度大大降低。现有的含水煤层瓦斯压力测定装置多运用瓦斯气体在水中溶解度低的特点，实现气、水分离，进而进行瓦斯压力的测量，但这种方法局限性很大，只适用于煤层涌水量小的情况，当煤层涌水量较多时，会造成该方法的测量数据准确度较低，所测数据由于误差较大而难以使用，甚至该方法会造成测量装置的损毁。现有的含水煤层瓦斯压力测量装置采用被动测压法，仅靠孔中的煤层瓦斯补给，测量所需时间长，是造成数据不准确的另一个重要因素。鉴于以上情况，建立以一种能够快速、准确地测量高含水率条件下煤层瓦斯压力的装置是一个亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供了一种高含水率下快速测定瓦斯压力的装置及方法，解决积水进入测压室的问题，避免涌水量过多对测压部件造成的影响，通过调整测压室角度，达到适用于多种不同角度钻孔的需求，同时缩短瓦斯渗流时间，快速测量瓦斯压力。

2、为实现上述目的，本发明是采用以下技术方案实现的：

3、一种高含水率下快速测定瓦斯压力的装置，包括测压单元、测压封堵单元、管路单元和远端控制单元，所述测压单元包括测压室，测压室内设置有压力传感器和压力表，测压室的横向中心轴上安装不透气隔板，将测压室分为上气室和下气室，不透气隔板中间连接有固定组件，固定组件中内嵌有不透气物块，固定组件与不透气物块之间设置有密封圈；测压室通过焊接支架与旋转部件相连接，旋转部件包括可移动连接组块、移动轨道、卡槽和环形铁圈，可移动连接组块与测压室的外壳相连接，测压室外壳的外壁上设置有一周移动轨道，移动轨道内设置有卡槽，卡槽内设置有与移动连接组块相连接的环形铁圈；管路单元包括气瓶、排水器和三通阀，气瓶、排水器和三通阀分别通过管道口与测压单元中的测压室的内腔相连通，弹簧测力计示数为管路单元控制气体的注入提供依据；测压封堵单元包括注浆泵、注液泵二和注液泵一，注液泵一和注液泵二分别通过注液管一和注液管二向气囊和囊袋中注入液体，注浆泵通过注浆管向两个囊袋中间注入浆液，并通过回浆检测仪检测封堵情况，回浆检测仪左侧连接有返浆管。

4、优选的，所述固定组件上设置有压力表一和弹簧测力计，下气室中间位置装有上水位感应器，下气室偏下位置装有下水位感应器；远端控制单元包括电脑和传输线，电脑通过防水的传输线连接上、下水位感应器，同时连接到压力表和弹簧测力计。

5、优选的，所述压力表一为指针式高精度压力表，量程为0-10mpa，测量精度为0.05mpa，压力表二为指针式高精度压力表，量程为0-10mpa，测量精度为0.05mpa。

6、优选的，所述焊接支架的上、下两端分别与位于测压室上、下两端的气囊相连接；卡槽处设置有角度标记。

7、优选的，所述测压室表面设置有进气孔，测压室两端分别设有备用进气口一和备用进气口二；备用进气口一与进气口的角度为30°，备用进气口二与备用进气口一关于测压室中心轴对称。

8、优选的，所述气瓶通过管路与三通阀左侧相连，管路上设置有压力表二，三通阀的上侧通过第一充气管与位于下气室的第一充气管口相连通，三通阀的右侧通过第二充气管与位于上气室的第二充气管口相连通；排水器通过排水管与位于测压室上的排水管口相连接；第一充气管，第二充气管、排水管和注液管一上均设置有金属材质的球形阀门，分别为阀门一、阀门二、阀门三和阀门四。

9、优选的，所述测压室采用球形结构，气囊采用可抗压柔性材料。

10、一种高含水率下快速测定瓦斯压力的测定方法，使用如上所述的一种高含水率下快速测定瓦斯压力的装置，包括如下步骤：

11、(1)装置调试与组装

12、对装置各部分进行检查，并检查测压装置气密性；根据钻孔的角度，转动环形铁圈，使可移动连接组块移动至相应角度标记的卡槽；完成装置各部分的组装。

13、(2)注浆封孔

14、将组装好的装置放入钻孔中，用注液泵二预注第一个和第二个囊袋，待囊袋注实后，注浆泵向两个囊袋中间段注浆，观察回浆检测仪，直到钻孔不出水、不返浆。

15、(3)封闭测压区域

16、注液泵一向两个气囊中注入液体，气囊逐渐膨胀，注实后与钻孔内壁相贴合，测压室上下形成封闭区域。

17、(4)加快压力恢复

18、预估所测区域瓦斯压力，打开气瓶，监测压力表二数值，打开阀门一，关闭阀门三，气瓶中的部分氮气进入下气室，与测压室周围气体进行流通，加速达到钻孔前的平衡状态，注入气体接近预估数值后，关闭阀门一。

19、(5)排水

20、煤层积水涌入下气室，达到上水位感应器感应高度，排水器打开阀门二，积水沿排水管流出，水位下降至下水位感应器感应高度，阀门二关闭。

21、(6)注气并读数

22、下气室压力大于上气室压力，弹簧测力计处于较大的数值，轻质量不透气物块偏向弹簧测力计一侧移动，数据通过传输线传入电脑进行记录，待测压室气体接近平衡状态时，打开阀门三，气瓶中的氮气进入上气室，弹簧测力器示数逐渐减小，轻质量不透气物块向弹簧测力计的反方向移动，当示数较小时，较少氮气的进气量，使示数趋于0，不透气物块位于中间且静止不动，关闭气瓶，记录压力表数值。

23、本发明的有益效果是：

24、本发明公开了一种高含水率下快速测定瓦斯压力的装置及方法，该装置方法可以在高含水率煤层中解决积水进入测压室的问题，避免涌水量过多对测压部件造成的影响。同时能够缩短瓦斯渗流时间，测量速度快，还可以通过调整测压室角度，达到适用于多种不同角度钻孔的需求,同时缩短瓦斯渗流时间，快速测量瓦斯压力。

技术特征：

1.一种高含水率下快速测定瓦斯压力的装置，包括测压单元、测压封堵单元、管路单元和远端控制单元，其特征在于，所述测压单元包括测压室，测压室内设置有压力传感器和压力表，测压室的横向中心轴上安装不透气隔板，将测压室分为上气室和下气室，不透气隔板中间连接有固定组件，固定组件中内嵌有不透气物块，固定组件与不透气物块之间设置有密封圈；测压室通过焊接支架与旋转部件相连接，旋转部件包括可移动连接组块、移动轨道、卡槽和环形铁圈，可移动连接组块与测压室的外壳相连接，测压室外壳的外壁上设置有一周移动轨道，移动轨道内设置有卡槽，卡槽内设置有与移动连接组块相连接的环形铁圈；管路单元包括气瓶、排水器和三通阀，气瓶、排水器和三通阀分别通过管道口与测压单元中的测压室的内腔相连通，弹簧测力计示数为管路单元控制气体的注入提供依据；测压封堵单元包括注浆泵、注液泵一和注液泵二，注液泵一和注液泵二分别通过注液管一和注液管二向气囊和囊袋中注入液体，注浆泵通过注浆管向两个囊袋中间注入浆液，并通过回浆检测仪检测封堵情况，回浆检测仪左侧连接有返浆管。

2.根据权利要求1所述的一种高含水率下快速测定瓦斯压力的装置，其特征在于，所述固定组件上设置有压力表一和弹簧测力计，下气室中间位置装有上水位感应器，下气室偏下位置装有下水位感应器；远端控制单元包括电脑和传输线，电脑通过防水的传输线连接上、下水位感应器，同时连接到压力表和弹簧测力计。

3.根据权利要求2所述的一种高含水率下快速测定瓦斯压力的装置，其特征在于，所述压力表一为指针式高精度压力表，量程为0-10mpa，测量精度为0.05mpa，压力表二为指针式高精度压力表，量程为0-10mpa，测量精度为0.05mpa。

4.根据权利要求1所述的一种高含水率下快速测定瓦斯压力的装置，其特征在于，所述焊接支架的上、下两端分别与位于测压室上、下两端的气囊相连接；卡槽处设置有角度标记。

5.根据权利要求1所述的一种高含水率下快速测定瓦斯压力的装置，其特征在于，所述测压室表面设置有进气孔，测压室两端分别设有备用进气口一和备用进气口二；备用进气口一与进气口的角度为30°，备用进气口二与备用进气口一关于测压室中心轴对称。

6.根据权利要求1所述的一种高含水率下快速测定瓦斯压力的装置，其特征在于，所述气瓶通过进气管路与三通阀左侧相连，进气管路上设置有压力表二，三通阀的上侧通过第一充气管与位于下气室的第一充气管口相连通，三通阀的右侧通过第二充气管与位于上气室的第二充气管口相连通；排水器通过排水管与位于测压室上的排水管口相连接；第一充气管，第二充气管、排水管和注液管一上均设置有金属材质的球形阀门，分别为阀门一、阀门二、阀门三和阀门四。

7.根据权利要求1所述的一种高含水率下快速测定瓦斯压力的装置，其特征在于，所述所述测压室采用球形结构，气囊采用可抗压柔性材料。

8.一种高含水率下快速测定瓦斯压力的测定方法，使用如权利要求1-7任一项所述的一种高含水率下快速测定瓦斯压力的装置，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明涉及煤层瓦斯压力测定技术领域，公开了一种高含水率下快速测定瓦斯压力的装置，包括测压单元、测压封堵单元和管路单元，测压单元包括测压室；旋转部件包括可移动连接组块、移动轨道、卡槽和环形铁圈；管路单元包括气瓶、排水器和三通阀，测压室外壳上设置有管道口，管道口通过管道分别与气瓶、排水器、三通阀和注液泵相连通；测压封堵单元包括注浆泵、注液装置、注液泵、位于测压室上、下两端的气囊和囊袋，注液泵和注液装置分别通过注液管一和注液管二向气囊和囊袋中注入液体，注浆泵通过注浆管向两个囊袋中间注入浆液，并通过回浆检测仪检测封堵情况。本发明可以在高含水率煤层中解决积水问题，缩短瓦斯渗流时间，快速测量瓦斯压力。

技术研发人员：卢守青,刘永富,司书芳,撒占友,刘杰,张永亮,王昊,檀鲁锐,刘艺
受保护的技术使用者：青岛理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13