[发明专利]煤层突出危险性随钻测试方法及装置

说明书

一种煤层突出危险性随钻测试方法及装置，适用于突出危险性预测、瓦斯抽采效果评价等。通过对煤层进行钻孔，并随钻实时测试瓦斯参数、岩性及煤层信息，实现对煤层突出危险性的随钻随地测试。该装置包括舱体、压力传感器、温度传感器、流量传感器、电磁传感器、声波传感器、波速测试模块、监测控制模块、电源模块和通讯模块，安装于钻头与随钻测斜仪或第一钻杆之间。煤层钻孔及停钻更换钻头期间，能够实时监测并记录测点处气体压力、温度、流速、煤体波速及电磁辐射、声波信号，分析计算测点处瓦斯压力、瓦斯含量、初始解吸瓦斯量、介质岩性、波速、煤体应力和煤层突出危险性。具有无需取样测试、随钻随地测试、多参数同步测试综合评价等优点。

技术领域

本发明涉及一种煤层突出危险性测试方法及装置，特别是一种煤层突出危险性随钻测试方法及装置，属于煤炭开采及煤矿安全领域。

背景技术

深部煤层开采面临着高瓦斯、煤与瓦斯突出(以下简称突出)危险性的威胁，我国原国有重点煤矿中50％以上矿井受此影响，而且随采深增大，地应力和瓦斯压力增大，突出危险性日趋严重及复杂。突出危险性鉴定、区域危险性探测、区域危险性预测、工作面突出危险性预报和防突措施效果检验等需要对煤层突出危险性进行测试和分析。目前煤层突出危险性鉴定、探测和区域预测、区域防突措施检验等工作主要通过测试分析煤层瓦斯压力和瓦斯含量等主要指标进行。煤层瓦斯含量等参数测试主要采用取样测试，煤层瓦斯压力主要采用封孔平衡测试方法或用煤层瓦斯含量反算得到。目前煤层瓦斯含量测试较准确的定点取样测定方法的取样过程比较复杂，退钻取样过程、取样时间长短、取样方式、取样地点代表性及初始损失量的反算等因素对煤层瓦斯含量测值准确性影响较大。目前应用非常普遍的钻孔取屑法煤层瓦斯含量快速测试，取样定点性更差，取样时间长度准确性更低，测试误差大。区域防突措施验证和工作面(局部)突出危险性主要采用钻屑瓦斯解吸指标或钻孔瓦斯涌出初速度等指标进行测试判定。钻屑瓦斯解吸指标或钻孔瓦斯涌出初速度等钻孔指标主要在工作面浅孔退钻后测试。这些方法均存在测点少的缺点，对煤层瓦斯及突出危险性分布反映准确性差，易漏掉最大值。同时，这些方法的测试参数较少，不能全面反映突出危险性的各项指标。各种煤层力学特性测试方法也存在测点少、测试时间长、过程复杂等问题，未实现随钻测试。因此，目前无法测试随钻各地的煤层突出危险性。

如何能快速、高效、就地、随钻实时测试煤层突出危险性，是急需解决的方法和技术问题，应用需求及前景非常广泛，也是对煤层突出危险性测试方法的巨大革命。

发明内容

技术问题：本发明是针对需求及现有技术中存在的问题，提供一种能够随钻、实时、就地测试煤层突出危险性的装置及方法，解决目前瓦斯参数测试点少、数据少，测试指标少，煤层瓦斯参数及突出危险性无法随钻、就地、实时测试，煤层突出危险性测试时间长、过程复杂等问题。

技术方案：本发明的煤层突出危险性随钻测试装置，包括舱体、压力传感器、温度传感器、包含振源和拾振器的波速测试模块、电磁传感器、声波传感器、封孔模块、流量测试模块、通讯接口、监测控制模块和带有充电接口且可快速拆卸与安装的电源舱，所述的电源舱为监测控制模块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和随钻测斜仪和第一钻杆的杆体；压力传感器、温度传感器、流量测试模块、波速测试模块、电磁传感器、声波传感器、电源舱、通讯接口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外缘的两个封孔胶囊、安装于中空水管前端、封孔时起截止作用的主水路开关和封孔胶囊水路开关；两个封孔胶囊中的一个封孔胶囊上安装有波速测试模块的振源，发射振动波，另一个封孔胶囊上安装有拾振器，接收振动波，通过振源和拾振器间的距离和信号时间差计算测点处煤体波速。