[发明专利]煤层突出危险性随钻测试方法及装置

权利要求书

1.一种煤层突出危险性随钻测试装置，其特征在于：该装置包括舱体（20）、压力传感器（17）、温度传感器（16）、包含振源（5）和拾振器（6）的波速测试模块、电磁传感器（19）、声波传感器（18）、封孔模块、流量测试模块、通讯接口（9）、监测控制模块（12）和带有充电接口且可快速拆卸与安装的电源舱（11），所述的电源舱（11）为监测控制模块（12）及与监测控制模块连接的各用电模块或传感器供电；所述的舱体（20）为固定有多种传感器和模块、中空过水孔、过线孔、两头分别密封连接钻头（1）和随钻测斜仪（24）和第一钻杆（23）的杆体；压力传感器（17）、温度传感器（16）、流量测试模块、波速测试模块、电磁传感器（19）、声波传感器（18）、电源舱（11）、通讯接口（9）分别与监测控制模块的相应接口连接；

所述的封孔模块包括包裹在舱体（20）外缘的两个封孔胶囊（14）、安装于中空水管前端、封孔时起截止作用的主水路开关（15）和封孔胶囊水路开关（8）；两个封孔胶囊（14）中的一个封孔胶囊上安装有波速测试模块的振源（5），发射振动波，另一个封孔胶囊上安装有拾振器（6），接收振动波，通过振源（5）和拾振器（6）间的距离和信号时间差计算测点处煤体波速；

所述监测控制模块（12）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；

所述的流量测试模块包括气流孔（2）和安装于气流孔内的气路开关（4）和流量传感器（3）。

2.根据权利要求1所述的煤层突出危险性随钻测试装置，其特征在于：所述的压力传感器（17）、气流孔（2）、温度传感器（16）各至少为2个，声波传感器（18）和电磁辐射传感器（19）各为1个，均匀分布在舱体（20）的四周。

3.实施权利要求1所述煤层突出危险性随钻测试装置的测试方法，其特征在于：对瓦斯参数、岩性及煤层信息进行随钻自动测试，通过多参数随钻测试装置在煤层钻孔及停钻更换钻头期间实时自动监测孔底附近气体压力、温度、流量、煤体波速、电磁辐射、声波信号及其变化，分析计算测点处煤层初始解吸瓦斯量、煤层瓦斯压力、瓦斯含量、介质岩性与强度和煤体应力，分析判断煤层突出危险性；具体步骤如下

a.在煤层钻孔前，在舱体（20）的前端安装钻头（1），后端安装第一钻杆（23）,第一钻杆（23）连接能够测量并记录钻头（1）位置的随钻测斜仪（24），开启电源，钻头（1）向钻孔（22）内钻进，当监测声波信号识别出开始钻进后，实时记录水流流量Q_si、压力P_i、温度T_i、电磁辐射E_i和声波信号A_i；

b.正常钻进时，舱体（20）上的主水路开关（15）处于开启状态，水从钻头流出，正常钻进和排屑；封孔模块动作由监测控制CPU控制；当监测到声波信号识别出停止钻进并退钻停止后，关闭主水路开关（15），开启封孔胶囊水路开关（8），高压水进入封孔胶囊（14），水压稳定且无流量时表明胶囊（14）封孔完毕，停止供水，封孔胶囊水路开关（8）关闭，封闭孔底测压室（21），钻孔（22）煤壁涌出瓦斯使孔底测压室（21）内压力Pi不断升高；同时自动测试煤体波速，通过监测控制CPU控制，由振源（5）产生振动波信号，由拾振器（6）接收该振动波信号，实时计算并记录煤体波速V_i；在此期间在钻机处更换添加钻杆；限定时间测压结束，开启气路开关（4），实时测定并记录瓦斯流量Q_wi；测试流量时间结束或流量小于某一设定值后，停止记录瓦斯流量Q_wi，关闭气路开关（4）；开启封孔胶囊水路开关（8），封孔胶囊（14）自动收缩排水，胶囊（14）收缩到位后给水继续钻进；

c.钻进到设计位置后，停止钻进；瓦斯流量测试结束，且声波传感器（18）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、煤体波速、电磁辐射、声波各指标参数或波形数据；监测装置根据停钻期间测压室内瓦斯压力及变化、瓦斯涌出速度、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初始解吸瓦斯量、煤层瓦斯含量和煤层瓦斯压力；通过波速和电磁辐射信号，确定测点处的煤体应力；通过波速和声波信号特征确定介质岩性与硬度；通过煤体应力、煤层瓦斯含量、煤层瓦斯压力、温度确定煤层突出危险性；

d.退出钻杆，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（24）的位置数据，即可确定钻孔（22）内不同位置处的煤层初始解吸瓦斯量、煤层瓦斯压力、煤层瓦斯含量、介质岩性、煤体波速、煤体应力和煤层突出危险性；

e. 重复步骤a-d，进行下一钻孔的测试。