负压抽出式煤层瓦斯含量定点取样方法技术

负压抽出式煤层瓦斯含量定点取样方法，包括以下步骤：选取合适的煤层测试位置，布置钻孔装置进行钻孔作业，并在钻孔装置旁边布置负压抽出式取样装置；在钻进过程中采用压风从钻杆内部送至孔底，将钻屑由孔壁与钻杆间的缝隙吹出；当钻孔钻到预定的采样深度后，停止钻进，用压风吹净孔内残存的煤屑；将负压抽出式取样装置的取样管与钻孔装置的钻杆连接；然后继续钻进，同时开启负压抽出式取样装置，负压将钻头切削下的新鲜煤屑通过钻头、钻杆的内部孔隙、取样管进入煤样采集器中。本发明专利技术不仅可以做到定点取样，而且可以缩短取样时间，取样可以在数秒内完成，煤样中瓦斯损失量小，大大提高了采样效率，取样工作与打钻可以同步连续进行，安全可靠，不需要退钻杆。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，包括以下步骤：选取合适的煤层测试位置，布置钻孔装置进行钻孔作业，并在钻孔装置旁边布置负压抽出式取样装置；在钻进过程中采用压风从钻杆内部送至孔底，将钻屑由孔壁与钻杆间的缝隙吹出；当钻孔钻到预定的采样深度后，停止钻进，用压风吹净孔内残存的煤屑；将负压抽出式取样装置的取样管与钻孔装置的钻杆连接；然后继续钻进，同时开启负压抽出式取样装置，负压将钻头切削下的新鲜煤屑通过钻头、钻杆的内部孔隙、取样管进入煤样采集器中。本专利技术不仅可以做到定点取样，而且可以缩短取样时间，取样可以在数秒内完成，煤样中瓦斯损失量小，大大提高了采样效率，取样工作与打钻可以同步连续进行，安全可靠，不需要退钻杆。【专利说明】
本专利技术属于煤矿瓦斯灾害防治领域，尤其涉及一种。
技术介绍
我国煤与瓦斯突出灾害严重，虽然自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，如2011年从10月4日至11月10日仅37天内，连续发生了 3起重大以上的突出事故，造成67人死亡，即:贵州省黔南州安平煤矿“10.4”事故(死亡14人)、河南煤化焦煤九里山矿“10.27”事故(死亡18人)和云南省曲靖市私庄煤矿“I1.10”事故(死亡35人)。煤层瓦斯含量测试是煤矿瓦斯灾害防治中的一项基础工作，不但制约着矿井瓦斯危险程度预测的准确性，而且影响着后续瓦斯防治措施的可靠性。在我国煤与瓦斯突出灾害防治工作中，广泛采用预抽瓦斯的方式消除煤层的突出危险性，但是由于预抽钻孔长度可达百米以上，在防突效果检验中，测试煤层抽采后残余瓦斯含量时，往往需要从很远的煤体深部取煤样，受取样方法所限，取样时间过长，可达半小时至I小时，在取样过程中由于煤体吸附瓦斯大量解吸，严重影响了煤层残余瓦斯含量测值的准确性，以致形成误判，酿成事故。国内外对煤层瓦斯含量的测试方法进行了深入研究，目前我国普遍采用的煤层瓦斯含量测定方法有地勘解吸法、间接法和井下自然解吸法。地勘解吸法最早是1973年美国矿业局提出的，我国于良臣等人进行改进后在地质勘探部门取得广泛应用；间接法利用煤层吸附瓦斯符合单分子层吸附理论朗格缪尔方程(Langmuir equation)的原理，通过测试煤层瓦斯压力，吸附常数a值、b值及煤的水分、灰分、温度等参数间接得到煤层瓦斯含量值。井下解吸法是在地勘解吸法的基础上形成的一种煤矿井下瓦斯含量的取样测试方法，在我国煤矿开采中广泛应用，主要采用麻花钻杆自然排粉取样或穿层钻孔采集煤芯。在煤样取样方法上，地勘部门也有采用绳索取芯和保压取芯的方法，但是由于取芯需要昂贵的取芯和钻孔装置，难以推广应用；王兆丰等人通过在钻杆中设置取样室通过反转钻机达到了定点取样的目的，但受制于取样室的容积，取样量收到了限制。纵观目前的煤层瓦斯含量测试方法，主要存在有如下不足: ⑴、取样时间长，造成取样过程中瓦斯损失量大。由于瓦斯损失量大，在现场解吸过程中，测得的瓦斯解吸量和解吸速度均偏小，而且导致根据现场解吸量推算的瓦斯损失量偏小，总体会造成瓦斯含量测值比实际值低得多，尤其是瓦斯放散速度快的煤层，造成煤层瓦斯含量测试值偏差更大。由于麻花钻杆取样需要钻粉沿钻孔自然排出，钻粉从孔底到孔口需要较长的时间；而采用取芯钻头取样，需要退钻杆后取出取芯钻头的煤样，两种方法在取样深度在50米以上时，往往需要半小时以上的取样时间。取出煤样中瓦斯逸散殆尽，测定的瓦斯解吸速度偏小，推算的瓦斯损失量偏小，而且由于已解吸了大量瓦斯，在实验室中测试的残存瓦斯量依旧偏小，造成瓦斯含量测值与实际值相比偏小很多，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。⑵、难以做到真正的定点取样，麻花钻杆取样钻粉混样严重，与定点取样要求差距很大，很难分清煤样的来源；而采用钻杆中设置取样室反转钻机取样，虽可以做到定点取样，但受制于取样室的容积，取样量受到限制；取芯钻头虽可以定点取样，且取样量较大，但由于退钻杆时间过长，影响了煤层瓦斯含量测试的准度，也不是理想的定点取样方法。
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，提供一种安全可靠、取样时间短、瓦斯损失量小、定点性准的。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案:，包括以下具体步骤: (1)、选取合适的煤层测试位置，布置钻孔装置进行钻孔作业，并在钻孔装置旁边布置负压抽出式取样装置； (2)、在钻进过程中采用压风从钻杆内部送至孔底，将钻屑由孔壁与钻杆间的缝隙吹出； (3)、当钻孔钻到预定的采样深度后，停止钻进，用压风吹净孔内残存的煤屑； (4)、将负压抽出式取样装置的取样管与钻孔装置的钻杆连接； (5)、然后继续钻进，同时开启负压抽出式取样装置，负压将钻头切削下的新鲜煤屑通过钻头、钻杆的内部孔隙、取样管进入专用煤样采集器中； (6)、当煤样采集量达到要求后，即可使钻孔装置和负压抽出式取样装置停止作业，并记录负压压力表读数、大气压力和温度。所述钻孔装置包括钻机、钻杆、钻头、压风管路、进风管和进风阀门，钻机的动力输出端与钻杆外端连接，最内端的一根钻杆的内端与钻头连接，钻机的进风口通过进风管与压风管路连接，进风阀门设在进风管上。所述负压抽出式取样装置包括煤样采集器、取样管、连接管、负压压力表和抽取阀门，取样管的进口与最外端的一根钻杆连接，取样管的出口与煤样采集器的进口连接，煤样采集器的出口与连接管的进口连接，负压压力表和抽取阀门均设在连接管上。所述煤样采集器包括支架和储料容器，储料容器上部两侧分别与取样管和连接管连接，储料容器上设有透明观察窗，储料容器下端设有卸料管，卸料管上设有取样阀门；通过透明观察窗看，当煤样采集量达到要求后，即可停止采样，打开取样阀门，从储料容器中放出煤样进入煤样罐中，之后可以进行瓦斯含量测试的现场解吸工作。 所述连接管的出口设有射流弓I射器或负压泵。所述连接管的出口与煤矿井下的瓦斯抽采管路连接。采用上述技术方案，本专利技术采用专用煤样采集器与改造后的专用风动钻机、钻头和专用中空钻杆配套使用，开发出负压抽出式定点取样装置。当取样钻孔打到预定位置后，改变原来的压风排粉方式为负压抽出式排粉，利用专用煤样采集器采集煤样。本专利技术不仅可以做到定点取样，而且可以缩短取样时间，取样可以在数秒内完成，煤样中瓦斯损失量小，大大提高了采样效率，取样工作与打钻可以同步连续进行，安全可靠，不需要退钻杆。在有瓦斯抽采管路的矿井可以利用瓦斯抽采管路的负压，没有瓦斯抽采管路的矿井需要采用射流引射器或者负压泵作为产生负压抽取煤样的动力。采样过程可在几十秒钟内完成，大大提高了采样效率。取样深度与钻孔倾角、负压大小等密切相关，钻孔仰角和负压越大，取样深度越大，钻孔俯角越大，抽采管路负压越小，取样深度越小。当负压为0.5MPa时，水平钻孔取样深度不小于40 m，大于15°仰角钻孔取样深度不小于60m，15°俯角钻孔取样深度不小于20 m0由于煤样采用负压抽出式进行取样，虽然缩短了取样时间，但由于所采煤样在负压环境中，与传统瓦斯含量煤样处于大气压力环境下不同，需要对负压环境下瓦斯解吸规律进行研究，由于煤样在负压中的瓦斯解吸规律与大气压的解吸规律仅仅是气压不同，解吸规律是相似的。因此，可以通过测试负压环境下瓦斯解吸本文档来自技高网...

【技术保护点】
负压抽出式煤层瓦斯含量定点取样方法，其特征在于：包括以下具体步骤，（1）、选取合适的煤层测试位置，布置钻孔装置进行钻孔作业，并在钻孔装置旁边布置负压抽出式取样装置；（2）、在钻进过程中采用压风从钻杆内部送至孔底，将钻屑由孔壁与钻杆间的缝隙吹出；（3）、当钻孔钻到预定的采样深度后，停止钻进，用压风吹净孔内残存的煤屑；（4）、将负压抽出式取样装置的取样管与钻孔装置的钻杆连接；（5）、然后继续钻进，同时开启负压抽出式取样装置，负压将钻头切削下的新鲜煤屑通过钻头、钻杆的内部孔隙、取样管进入专用煤样采集器中；（6）、当煤样采集量达到要求后，即可使钻孔装置和负压抽出式取样装置停止作业，并记录负压压力表读数、大气压力和温度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖知国，常红，郑立刚，刘立果，张攀，段振伟，孟雷庭，王宪刚，王顺双，李建，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41