[發(fā)明專(zhuān)利]煤層突出危險(xiǎn)性隨鉆測(cè)試方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710945411.1
• 申請(qǐng)日: 2017-10-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107476822B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王恩元;李忠輝;歐建春;邱黎明
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): E21F17/00
• 分類(lèi)號(hào): E21F17/00;E21B47/12;E21B47/024;E21B47/06;E21B47/07;E21B47/00;E21B47/14
• 代理公司: 南京瑞弘專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

1.一種煤層突出危險(xiǎn)性隨鉆測(cè)試裝置，其特征在于：該裝置包括艙體（20）、壓力傳感器（17）、溫度傳感器（16）、包含振源（5）和拾振器（6）的波速測(cè)試模塊、電磁傳感器（19）、聲波傳感器（18）、封孔模塊、流量測(cè)試模塊、通訊接口（9）、監(jiān)測(cè)控制模塊（12）和帶有充電接口且可快速拆卸與安裝的電源艙（11），所述的電源艙（11）為監(jiān)測(cè)控制模塊（12）及與監(jiān)測(cè)控制模塊連接的各用電模塊或傳感器供電；所述的艙體（20）為固定有多種傳感器和模塊、中空過(guò)水孔、過(guò)線孔、兩頭分別密封連接鉆頭（1）和隨鉆測(cè)斜儀（24）和第一鉆桿（23）的桿體；壓力傳感器（17）、溫度傳感器（16）、流量測(cè)試模塊、波速測(cè)試模塊、電磁傳感器（19）、聲波傳感器（18）、電源艙（11）、通訊接口（9）分別與監(jiān)測(cè)控制模塊的相應(yīng)接口連接；

所述的封孔模塊包括包裹在艙體（20）外緣的兩個(gè)封孔膠囊（14）、安裝于中空水管前端、封孔時(shí)起截止作用的主水路開(kāi)關(guān)（15）和封孔膠囊水路開(kāi)關(guān)（8）；兩個(gè)封孔膠囊（14）中的一個(gè)封孔膠囊上安裝有波速測(cè)試模塊的振源（5），發(fā)射振動(dòng)波，另一個(gè)封孔膠囊上安裝有拾振器（6），接收振動(dòng)波，通過(guò)振源（5）和拾振器（6）間的距離和信號(hào)時(shí)間差計(jì)算測(cè)點(diǎn)處煤體波速；

所述監(jiān)測(cè)控制模塊（12）包括各類(lèi)傳感器及模塊接口、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、時(shí)鐘、監(jiān)測(cè)控制CPU及監(jiān)測(cè)控制電路；其中，傳感器包括HD-LUGB流量傳感器、GWD90型溫度傳感器、GZY25W型壓力傳感器和GS18聲發(fā)射傳感器，各類(lèi)傳感器并聯(lián)，獨(dú)立運(yùn)行，互不影響，通過(guò)各自本身的接口與監(jiān)測(cè)控制模塊的接口連接在一起，具有監(jiān)測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換、觸發(fā)數(shù)據(jù)采集、定時(shí)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和控制功能；

所述的流量測(cè)試模塊包括氣流孔（2）和安裝于氣流孔內(nèi)的氣路開(kāi)關(guān)（4）和流量傳感器（3）。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層突出危險(xiǎn)性隨鉆測(cè)試裝置，其特征在于：所述的壓力傳感器（17）、氣流孔（2）、溫度傳感器（16）各至少為2個(gè)，聲波傳感器（18）和電磁輻射傳感器（19）各為1個(gè)，均勻分布在艙體（20）的四周。

3.實(shí)施權(quán)利要求1所述煤層突出危險(xiǎn)性隨鉆測(cè)試裝置的測(cè)試方法，其特征在于：對(duì)瓦斯參數(shù)、巖性及煤層信息進(jìn)行隨鉆自動(dòng)測(cè)試，通過(guò)多參數(shù)隨鉆測(cè)試裝置在煤層鉆孔及停鉆更換鉆頭期間實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)孔底附近氣體壓力、溫度、流量、煤體波速、電磁輻射、聲波信號(hào)及其變化，分析計(jì)算測(cè)點(diǎn)處煤層初始解吸瓦斯量、煤層瓦斯壓力、瓦斯含量、介質(zhì)巖性與強(qiáng)度和煤體應(yīng)力，分析判斷煤層突出危險(xiǎn)性；具體步驟如下

a.在煤層鉆孔前，在艙體（20）的前端安裝鉆頭（1），后端安裝第一鉆桿（23）,第一鉆桿（23）連接能夠測(cè)量并記錄鉆頭（1）位置的隨鉆測(cè)斜儀（24），開(kāi)啟電源，鉆頭（1）向鉆孔（22）內(nèi)鉆進(jìn)，當(dāng)監(jiān)測(cè)聲波信號(hào)識(shí)別出開(kāi)始鉆進(jìn)后，實(shí)時(shí)記錄水流流量Q_si、壓力P_i、溫度T_i、電磁輻射E_i和聲波信號(hào)A_i；

b.正常鉆進(jìn)時(shí)，艙體（20）上的主水路開(kāi)關(guān)（15）處于開(kāi)啟狀態(tài)，水從鉆頭流出，正常鉆進(jìn)和排屑；封孔模塊動(dòng)作由監(jiān)測(cè)控制CPU控制；當(dāng)監(jiān)測(cè)到聲波信號(hào)識(shí)別出停止鉆進(jìn)并退鉆停止后，關(guān)閉主水路開(kāi)關(guān)（15），開(kāi)啟封孔膠囊水路開(kāi)關(guān)（8），高壓水進(jìn)入封孔膠囊（14），水壓穩(wěn)定且無(wú)流量時(shí)表明膠囊（14）封孔完畢，停止供水，封孔膠囊水路開(kāi)關(guān)（8）關(guān)閉，封閉孔底測(cè)壓室（21），鉆孔（22）煤壁涌出瓦斯使孔底測(cè)壓室（21）內(nèi)壓力Pi不斷升高；同時(shí)自動(dòng)測(cè)試煤體波速，通過(guò)監(jiān)測(cè)控制CPU控制，由振源（5）產(chǎn)生振動(dòng)波信號(hào)，由拾振器（6）接收該振動(dòng)波信號(hào)，實(shí)時(shí)計(jì)算并記錄煤體波速V_i；在此期間在鉆機(jī)處更換添加鉆桿；限定時(shí)間測(cè)壓結(jié)束，開(kāi)啟氣路開(kāi)關(guān)（4），實(shí)時(shí)測(cè)定并記錄瓦斯流量Q_wi；測(cè)試流量時(shí)間結(jié)束或流量小于某一設(shè)定值后，停止記錄瓦斯流量Q_wi，關(guān)閉氣路開(kāi)關(guān)（4）；開(kāi)啟封孔膠囊水路開(kāi)關(guān)（8），封孔膠囊（14）自動(dòng)收縮排水，膠囊（14）收縮到位后給水繼續(xù)鉆進(jìn)；

c.鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)位置后，停止鉆進(jìn)；瓦斯流量測(cè)試結(jié)束，且聲波傳感器（18）較長(zhǎng)時(shí)間接收不到鉆進(jìn)信號(hào)時(shí)，停止采集及監(jiān)測(cè)各信號(hào)；

隨鉆測(cè)試裝置得到了不同時(shí)間的溫度、壓力、水流流量、瓦斯流量、煤體波速、電磁輻射、聲波各指標(biāo)參數(shù)或波形數(shù)據(jù)；監(jiān)測(cè)裝置根據(jù)停鉆期間測(cè)壓室內(nèi)瓦斯壓力及變化、瓦斯涌出速度、溫度及其變化規(guī)律等計(jì)算確定不同時(shí)間及不同位置處的煤層初始解吸瓦斯量、煤層瓦斯含量和煤層瓦斯壓力；通過(guò)波速和電磁輻射信號(hào)，確定測(cè)點(diǎn)處的煤體應(yīng)力；通過(guò)波速和聲波信號(hào)特征確定介質(zhì)巖性與硬度；通過(guò)煤體應(yīng)力、煤層瓦斯含量、煤層瓦斯壓力、溫度確定煤層突出危險(xiǎn)性；

d.退出鉆桿，取下隨鉆測(cè)試裝置，進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，通訊后，在計(jì)算機(jī)中，結(jié)合隨鉆測(cè)斜儀（24）的位置數(shù)據(jù)，即可確定鉆孔（22）內(nèi)不同位置處的煤層初始解吸瓦斯量、煤層瓦斯壓力、煤層瓦斯含量、介質(zhì)巖性、煤體波速、煤體應(yīng)力和煤層突出危險(xiǎn)性；

e. 重復(fù)步驟a-d，進(jìn)行下一鉆孔的測(cè)試。