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专利号: 2017109453227
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 土层或岩石的钻进;采矿
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种煤层瓦斯参数随钻测试装置,其特征在于:该装置包括舱体(17)、压力传感器(15)、温度传感器(14)、声发射传感器(16)、封孔模块、流量测试模块、通讯接口(8)、监测控制模块(11)和带有充电接口(9)且可快速拆卸与安装的电源舱(10),随钻测试装置安装于钻头(1)与随钻测斜仪(21)或第一钻杆(20)之间;所述的舱体(17)为固定各种传感器和模块、中空过水、有过线孔(12)的杆体;流量传感器(4)、温度传感器(14)、压力传感器(15)、声发射传感器(16)、电源舱(10)、通讯接口(8)分别与监测控制模块(11)的相应接口连接,监测控制模块(11)包括各类传感器及模块接口、数据存储器、时钟、监测控制CPU及监测控制电路,电源舱(10)为监测控制模块(11)及与其连接的各用电模块或传感器供电。

2.根据权利要求1所述的煤层瓦斯参数随钻测试装置,其特征在于:所述封孔模块包括包裹在舱体外缘的封孔胶囊(2)、安装于中空水管前端、封孔时起截止作用的主水路开关(13)和封孔胶囊水路开关(7);所述封孔胶囊(2)的外侧包裹有弧形耐磨片(6)。

3.根据权利要求1所述的煤层瓦斯参数随钻测试装置,其特征在于:所述监测控制模块包括各类传感器及模块接口、数据存储器、时钟、监测控制CPU及监测控制电路;其中,传感器包括HD-LUGB流量传感器、GWD90型温度传感器、GZY25W型压力传感器和GS18声发射传感器,各类传感器并联,独立运行,互不影响,通过各自本身的接口与监测控制模块的接口连接在一起,具有监测信号转换、触发数据采集、定时数据采集、数据分析和控制功能。

4.根据权利要求1所述的煤层瓦斯参数随钻测试装置,其特征在于:所述流量测试模块包括气流孔(5)和安装于其内的气路开关(3)和流量传感器(4)。

5.根据权利要求1所述的煤层瓦斯参数随钻测试装置,其特征在于:所述的压力传感器(15)至少有2个,气流孔(5)至少有2个,温度传感器(14)至少有2个,均匀分布在舱体(17)的四周。

6.实施权利要求1所述的煤层瓦斯参数随钻测试装置的测试方法,其特征在于:对煤层瓦斯参数进行随钻自动测试及计算,通过煤层瓦斯参数随钻测试装置,在煤层内钻孔过程中,实时监测并记录测点处温度;停钻或更换第一钻杆(20)期间,封孔形成测压室(18),实时监测并记录测压室内(18)瓦斯压力;测压结束后,实时监测测压室(18)内气体排放流量及钻孔瓦斯涌出流量;综合计算测点处煤层瓦斯压力、瓦斯含量和初始解吸瓦斯量,具体步骤如下:a.在煤层钻孔前,在第一钻杆(20)前端安装钻头(1)及能够测量并记录钻头位置的随钻测斜仪(21),钻头(1)安装到位后,开启随钻测试装置电源开关,钻头(1)向钻孔(19)内钻进;当监测到声发射信号识别出第一钻杆(20)开始钻进后,实时记录水流流量Qsi、压力Pi、温度Ti和声发射信号Ai;

b.正常钻进时,舱体(17)上的主水路开关(13)处于开启状态,水从钻头(1)流出,进行正常钻进和排屑;封孔模块动作由监测控制CPU控制,当监测到声发射信号识别出停止钻进并完成退钻后,关闭主水路开关(13),开启封孔胶囊水路开关(7),高压水进入封孔胶囊(2),水压稳定且无流量时表明胶囊(2)封孔完毕;停止供水,封孔胶囊水路开关(7)关闭,封闭孔底测压室(18),钻孔煤壁涌出瓦斯使孔底测压室内(18)压力Pi不断升高;在此期间在钻机处更换填加第一钻杆(20);限定时间测压结束,开启气路开关(3),实时测定并记录瓦斯流量Qwi;测试流量时间结束或流量小于某一设定值后,停止记录Qwi,关闭气路开关(3);

开启封孔胶囊水路开关(7),封孔胶囊(2)自动收缩排水,胶囊收缩到位后可以给水继续钻进;

c.钻进到设计位置后,停止钻进;瓦斯流量参数测试结束,且声发射传感器(16)较长时间接收不到钻进信号时,停止采集及监测各信号;

随钻测试装置得到了不同时间的温度、压力、水流流量、瓦斯流量、声发射各指标参数或波形数据;监测装置根据停钻期间测压室(18)内瓦斯压力及变化、瓦斯流量、温度及其变化规律等计算确定不同时间及不同位置处的煤层瓦斯含量、瓦斯压力和煤层初始解吸瓦斯量;

d.退出第一钻杆(20),取下随钻测试装置,进行数据通讯;通讯后,在计算机中,结合随钻测斜仪(21)的位置数据,确定钻孔内不同测点处的煤层瓦斯含量、瓦斯压力和煤层初始解吸瓦斯量。

e.重复步骤a-d,进行下一钻孔的测试。

7.根据权利要求6所述的煤层瓦斯参数随钻测试装置的测试方法,其特征在于:高压水进入封孔胶囊(2)期间将钻杆低速转动1-2圈,以便更好密封。

8.根据权利要求6所述的测试方法,其特征在于:在进行下一个钻孔的测试之前,给电源充电,或更换电源模块。