井下煤层瓦斯含量定点钻屑取样及瓦斯含量计算方法技术

井下煤层瓦斯含量定点钻屑取样及瓦斯含量计算方法，提供一种井下煤层瓦斯含量钻屑取样系统及此种取样情况下的瓦斯含量计算方法。钻杆系统包括采集仓控制器、普通信号传输钻杆、带传输信号放大功能的钻杆、取样钻杆和钻头。通过电磁感应无线传输技术，当钻头钻进到预定位置后，可以做到定点取样，缩短钻屑暴露时间，煤样中的瓦斯损失量小，大大提高了采样效率和检测准确性；采用与钻屑取样钻杆系统配套的瓦斯含量计算方法，省去了井下解吸过程，缩短了井下工作时间，根据取样时的温度确定瓦斯损失量的大小更接近实际情况，损失量数值更准确，与其他取样方式、瓦斯含量计算方法相比具有更广泛的适用性。

【技术实现步骤摘要】
井下煤层瓦斯含量定点钻屑取样及瓦斯含量计算方法
本专利技术属于煤矿瓦斯灾害防治领域，尤其涉及一种井下煤层瓦斯含量定点钻屑取样及瓦斯含量计算方法。
技术介绍
煤与瓦斯突出是发生在煤矿井下的一种极其复杂的瓦斯动力灾害现象。我国2009年起执行了《防治煤与瓦斯突出规定》，对煤与瓦斯突出煤层的开采提出了严格要求，但煤与瓦斯突出灾害防治形势依然严峻，时有事故发生。进行煤与瓦斯突出预测，能指导防突措施科学的运用、减少防突措施工程量，保障突出煤层作业人员的人身安全。因此，突出预测具有重大的现实意义。根据煤与瓦斯突出的综合作用假说，煤层瓦斯含量是瓦斯突出的直接控制因素，只有达到一定的瓦斯含量，煤层才具有突出的可能性。近年来，煤层瓦斯含量作为突出危险性预测指标越来越得到国内外的关注。瓦斯含量法预测突出危险性的技术关键是快速准确测定预测煤层的瓦斯含量。澳大利亚采用压风排碴单管取芯直接测定瓦斯含量，由于其煤层赋存条件好，煤质硬，因而能够取到相对完整的煤芯。但由于其计算瓦斯含量时，对损失瓦斯含量没有采取其它特殊措施，仍沿用补偿计算的方式，得出的瓦斯含量值相对准确性较低。煤炭科学研究总院重庆分院全套引进澳大利亚瓦斯含量法技术，但在松软煤层钻进取芯时，取不到完整煤芯。后经过风水联动雾化排碴、双管双动取芯等改进试验，在水平及上仰角取芯时可以保证煤芯一定的完整，但对损失瓦斯量的计算仍沿用澳大利亚的方法。湖南涟绍、四川南桐、河南焦作等矿区所采用的瓦斯含量法测定为钻屑法，此法一方面对所取煤样的破碎度大，瓦斯损失量大；另一方面在钻孔孔口所接的煤样不一定是煤层预定深度的煤屑，因而影响了所测瓦斯含量值的精度。澳大利亚研究人员曾试图通过钻杆中间排碴、周围压风解决预定深度钻屑取样问题，但由于钻杆中间空间有限，产生的钻屑量与之不成比例，导致钻杆堵塞，取样深度达不到10m以上。国内相关研究人员针对国内煤层赋存及煤质特点进行了大量的取样方法研究工作，相继开发出多种取样取样装置，纵览这些取样方式，存在以下不足之处：取样时间长，煤样密封不好，造成取样过程中瓦斯损失量大；难以做到真正的定点取样，不同位置煤样混样严重；取样量少。由此造成测定的瓦斯含量数据不准确，影响了瓦斯危险程度的客观评价和后续选取可靠的防治措施。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中的不足之处，提供一种取样时间短、定点准确、瓦斯损失量小的钻屑定点取样及瓦斯含量计算方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：钻屑定点取样及瓦斯含量计算方法，包括以下具体步骤：(1)首先进行了煤样采集和制备，在实验室完成不同温度下的解吸曲线测定，得到一系列瓦斯解吸量Q＝AQ(t)曲线，式中A是拟合系数，t是时间，同时建立温度和拟合系数的关系方程T＝T(A)；(2)根据防突技术方案选取合适的煤层取样位置，布置钻机和取样钻杆系统进行钻孔作业，取样钻杆联接在钻头后，取样钻杆后联接普通信号传输钻杆，每间隔10个普通信号传输钻杆联接一个带传输信号放大功能的钻杆；(3)当钻孔钻到预定的采样深度后，钻杆原位旋转一会，将钻孔前方钻屑排出；(4)通过采集仓控制器控制取样钻杆上的采集仓打开采集仓门；(5)继续向前钻进，采集仓采集钻头前方破碎的煤屑；(6)停止钻进，通过采集仓控制器控制取样钻杆上的采集仓关闭采集仓门，并记录采集时间t0、钻头处环境温度T0；(7)将钻杆退出，取下取样钻杆，取样钻杆作为煤样罐，完成煤样存储的任务；(8)将取样钻杆带回地面实验室，将取样钻杆放气口与解吸测定装置连接，测定自然解吸气体量QJ；(9)打开取样钻杆，选取一定有代表性的煤样放入破碎系统，测定粉碎煤样过程中的瓦斯解吸量QC；(10)将井下取样时记录的钻头处环境温度T0带入关系方程T＝T(A)，推算出A0，再由A0得到瓦斯解吸量Q＝A0Q(t)方程，将井下煤样采集时间t0代入方程Q＝A0Q(t)可得到井下采样时的瓦斯损失量QS；(11)最后得到瓦斯含量Q0＝QS+QC+QJ，完成一次瓦斯含量检测过程。钻杆系统包括采集仓控制器、普通信号传输钻杆、带传输信号放大功能的钻杆、取样钻杆和钻头。所述采集仓控制器包括两个控制按钮、一个指示灯和电磁信号传输/接收装置，工作人员可以通过控制按钮控制取样钻杆上采集仓的仓门开启/关闭，指示灯负责告诉操作人员仓门是否开启/关闭到位。所述普通信号传输钻杆跟一般肋骨钻杆类似，表面带有螺纹用于排渣，中间具有贯通的空隙，可用于通风和通水。其特殊之处在于在两端联接处均有一个铁氧体磁环，在铁氧体磁环中嵌入有线圈，两端的线圈连接在一起形成一个闭环，铁氧体磁环和线圈构成控制信号的电磁传输信道。所述带传输信号放大功能的钻杆结构与普通信号传输钻杆类似，区别在于在两端线圈中间的连接处增加了一个双向信号放大电路，用于放大电磁感应信号，保证电磁传输信道长距离传输。所述取样钻杆放置在钻头后，区别于普通信号传输钻杆的地方在于取样钻杆中部有煤样采集仓用于采集、保存煤样，且取样钻杆钻杆仅有前端有一个铁氧体磁环，磁环中有一个线圈，尾端没有铁氧体磁环和线圈，前端的线圈连接到采集仓控制模块中。所述采集仓位于取样钻杆中部，用于采集煤样。采集仓由放气口、物料传感器、煤样仓、密封剂、仓门、螺杆、直线电机、电机支架、控制模块、温度传感器、充电口组成。当钻头钻进到预定位置后，采集仓控制模块接收到控制器发出的打开仓门控制信号，驱动直线电机动作，打开仓门，仓门打开完毕后向控制器反馈信号。继续向前钻进，采集仓收集煤样完成后，控制器发送关闭仓门控制信号，仓门关闭后采集仓控制模块向控制器反馈信号。煤样采集完成后，将钻杆全部退出，取下取样钻杆即可得到预定位置煤样。采用上述技术方案，本专利技术采用专用的取样钻杆、普通信号传输钻杆、带传输信号放大功能的钻杆、采集仓控制器配套使用，组成定点钻屑取样钻杆系统。当钻头钻进到预定位置后，可以做到定点取样，缩短钻屑暴露时间，煤样中的瓦斯损失量小，大大提高了采样效率和检测准确性；采用与钻屑取样钻杆系统配套的瓦斯含量计算方法，省去了井下解吸过程，缩短了井下工作时间，根据取样时的温度确定瓦斯损失量的大小更接近实际情况，损失量数值更准确。与其他取样方式、瓦斯含量计算方法相比具有更广泛的适用性，不但可以应用于硬煤层，同样适用于取煤块困难的松软煤层。且取样深度不受系统本身性能影响，没有特殊的钻孔倾角等要求，理论上钻孔能打多深就能取多深的煤样。附图说明图1是本专利技术所采用的煤层瓦斯含量定点钻屑取样钻杆系统结构示意图；图2是图1中普通信号传输钻杆的结构示意图；图3是图1中带传输信号放大功能的钻杆结构示意图；图4是图1中取样钻杆的结构示意图；图5(a)是图1中采集仓控制器的侧视结构示意图；图5(b)是图1中采集仓控制器的剖面结构示意图；图6(a)是钻杆两端铁氧体磁环及线圈闭环结构的侧视结构示意图；图6(b)是钻杆两端铁氧体磁环及线圈闭环结构的剖面结构示意图；图7是取样钻杆上采集仓的结构示意图。图中：1、采集仓控制器，2、普通信号传输钻杆，3、带传输信号放大功能钻杆，4、取样钻杆，5、钻头，1-1、开仓门按钮，1-2、关仓门按钮，1-3、指示灯，1-4、采集仓控制器充电口，1-5、采集仓控制器控制模块，1-6、铁氧体磁环，1-7、液晶显示器，3-1、信号传输放大本文档来自技高网...

【技术保护点】
井下煤层瓦斯含量定点钻屑取样及瓦斯含量计算方法，其特征在于：包括以下具体步骤，(1)首先进行了煤样采集和制备，在实验室完成不同温度下的解吸曲线测定，得到一系列瓦斯解吸量Q＝AQ(t)曲线，式中A是拟合系数，t是时间，同时建立温度和拟合系数的关系方程T＝T(A)；(2)根据防突技术方案选取合适的煤层取样位置，布置钻机和取样钻杆系统进行钻孔作业，取样钻杆联接在钻头后，取样钻杆后联接普通信号传输钻杆，每间隔10个普通信号传输钻杆联接一个带传输信号放大功能的钻杆；(3)当钻孔钻到预定的采样深度后，钻杆原位旋转一会，将钻孔前方钻屑排出；(4)通过采集仓控制器控制取样钻杆上的采集仓打开采集仓门；(5)继续向前钻进，采集仓采集钻头前方破碎的煤屑；(6)停止钻进，通过采集仓控制器控制取样钻杆上的采集仓关闭采集仓门，并记录采集时间t

【技术特征摘要】
1.井下煤层瓦斯含量定点钻屑取样及瓦斯含量计算方法，其特征在于：包括以下具体步骤，(1)首先进行了煤样采集和制备，在实验室完成不同温度下的解吸曲线测定，得到一系列瓦斯解吸量Q＝AQ(t)曲线，式中A是拟合系数，t是时间，同时建立温度和拟合系数的关系方程T＝T(A)；(2)根据防突技术方案选取合适的煤层取样位置，布置钻机和取样钻杆系统进行钻孔作业，取样钻杆联接在钻头后，取样钻杆后联接普通信号传输钻杆，每间隔10个普通信号传输钻杆联接一个带传输信号放大功能的钻杆；(3)当钻孔钻到预定的采样深度后，钻杆原位旋转一会，将钻孔前方钻屑排出；(4)通过采集仓控制器控制取样钻杆上的采集仓打开采集仓门；(5)继续向前钻进，采集仓采集钻头前方破碎的煤屑；(6)停止钻进，通过采集仓控制器控制取样钻杆上的采集仓关闭采集仓门，并记录采集时间t0、钻头处环境温度T0；(7)将钻杆退出，取下取样钻杆，取样钻杆作为煤样罐，完成煤样存储的任务；(8)将取样钻杆带回地面实验室，将取样钻杆放气口与解吸测定装置连接，测定自然解吸气体量QJ；(9)打开取样钻杆，选取一定有代表性的煤样放入破碎系统，测定粉碎煤样过程中的瓦斯解吸量QC；(10)将井下取样时记录的钻头处环境温度T0带入关系方程T＝T(A)，推算出A0，再由A0得到瓦斯解吸量Q＝A0Q(t)方程，将井下煤样采集时间t0代入方程Q＝A0Q(t)可得到井下采样时的瓦斯损失量QS；(11)最后得到瓦斯含量Q0＝QS+QC+QJ，完成一次瓦斯含量检测过程。2.根据权利要求1所述的井下煤层瓦斯含量定点钻屑取样及瓦斯含量计算方法，其特征在于：取样钻杆系统包...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑晓亮，袁亮，薛生，刘泽功，李尧斌，周波，李文权，陈鲜展，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34