[发明专利]一种基于真空条件的水侵钻孔瓦斯压力测定方法

摘要

本发明公开了一种基于真空条件的水侵钻孔瓦斯压力测定方法，采用的测定装置包括接头、阀门Ⅰ、阀门Ⅱ、真空泵、压力表、活塞式体积测量仪和超声脱气装置，所述活塞式体积测量仪的进口端设有阀门Ⅲ，压力表的进口端通过胶管分别与接头的一端和真空泵连接，阀门Ⅰ装在压力表与接头连接的胶管上，阀门Ⅱ装在压力表与真空泵连接的胶管上，压力表的出口端通过胶管与阀门Ⅲ连接。本发明在真空负压条件及超声波脱气相结合时可快速、有效地将常压下难以解析的甲烷从钻孔水中解析出来，从而精确得出钻孔水中的甲烷溶解量，最终准确得出开采煤层的瓦斯压力值；另外本发明还具有稳定、快速、有效且对环境无污染的优点。

主权项

1.一种基于真空条件的水侵钻孔瓦斯压力测定方法，其特征在于，采用的测定装置包括接头(5)、阀门Ⅰ(6)、阀门Ⅱ(7)、真空泵(8)、压力表(9)、活塞式体积测量仪和超声脱气装置(16)，所述活塞式体积测量仪的进口端设有阀门Ⅲ(15)，压力表(9)的进口端通过胶管分别与接头(5)的一端和真空泵(8)连接，阀门Ⅰ(6)装在压力表(9)与接头(5)连接的胶管上，阀门Ⅱ(7)装在压力表(9)与真空泵(8)连接的胶管上，压力表(9)的出口端通过胶管与阀门Ⅲ(15)连接，所述活塞式体积测量仪包括腔体(13)、密封圈(14)、挡板(12)、螺母(11)和推杆(10)，挡板(12)固定在腔体(13)顶部，所述挡板(12)上开设通孔，推杆(10)的一端穿过通孔伸入腔体(13)内，密封圈(14)固定在伸入腔体(13)内的推杆(10)端部，推杆(10)的圆周面开设螺纹，螺母(11)套在处于腔体(13)外部的推杆(10)上，所述螺母(11)的外径大于通孔的孔径，所述腔体(13)为外表面设有刻度线的透明筒体；具体的步骤测定步骤为：A、当瓦斯压力测定钻孔(2)封孔成功后，此时测压管(4)处于封孔后的钻孔内，将压力表(9)的进口端通过胶管及接头(5)与测压管(4)的一端密封连通，压力表(9)的出口端连接排出阀，打开阀门Ⅰ(6)，待压力表(9)数值稳定后记录压力值，然后打开排出阀，此时压力表(9)数值开始下降；若有水不断经排出阀排出，且关闭排出阀后压力表(9)数值迅速恢复至记录时压力值，则判断为水侵钻孔，关闭阀门Ⅰ(6)并拆卸排出阀后进入步骤B，若无上述情况则记录的压力值即为瓦斯钻孔内的瓦斯压力值；B、打开阀门Ⅲ(15)，使活塞式体积测量仪中螺母(11)处于推杆(10)顶端的位置并且向腔体(13)方向推动活塞式体积测量仪的推杆(10)，使密封圈(14)处于腔体(13)的最低端，对腔体(13)内进行排气；阀门Ⅲ(15)通过胶管与压力表(9)的出口端连接，同时将真空泵(8)通过胶管及阀门Ⅱ(7)与压力表(9)的进口端连接；C、保持阀门Ⅰ(6)处于关闭状态，使阀门Ⅱ(7)和阀门Ⅲ(15)处于打开状态，开启真空泵(8)对活塞式体积测量仪的腔体(13)进行真空脱气，真空脱气10min后关闭阀门Ⅱ(7)及真空泵(8)；D、打开阀门Ⅰ(6)，使得钻孔内的钻孔水流入到活塞式体积测量仪的腔体(13)内，同时观测活塞式体积测量仪的刻度，当钻孔水在腔体(13)的体积达到500ml时即刻关闭阀门Ⅲ(15)；E、先将与活塞式体积测量仪连接的胶管取下，然后将推杆(10)向腔体(13)外抽动直至使密封圈(14)处于腔体(13)顶端后停止，最后使推杆(10)上的螺母(11)旋转至腔体(13)顶端与挡板(12)接触，进而保持推杆(10)的位置，使腔体(13)内的钻孔水处于真空负压状态；F、将活塞式体积测量仪整体置于加满水的超声脱气装置(16)内，开启超声脱气装置(16)，处于活塞式体积测量仪内的钻孔水在真空负压状态下开始超声波脱气，脱气时间为30min；从钻孔水中脱出的甲烷气体会处于腔体(13)内；G、超声波脱气完毕后关闭超声波装置(16)，将活塞式体积测量仪的螺母(11)恢复至推杆(10)顶端的位置；然后推杆(10)在外界大气压的作用下会逐渐向腔体(13)内移动直至内外气压恢复至平衡位置时，即刻记录密封圈(14)所对应的刻度值及此时钻孔水的表面所对应的刻度值，分别记为水气总体积值Vt和钻孔水体积值Vw；进而钻孔水中的气体溶解量S通过下式可得:H、每隔三天重复步骤B至G，分别测出气体溶解量随时间的变化规律，直至气体溶解量趋于稳定时停止测量，同时通过温度传感器测出稳定时钻孔水的温度值，此时气体溶解量即为该煤层瓦斯压力下的钻孔水平衡溶解量；I、采集钻孔水样带至实验室，通过气体溶解量测试装置测定处于稳定时钻孔水温条件下不同平衡压力下的甲烷溶解量Se，并依据亨利定律得出该温度条件下钻孔水的Henry’s常数；式中：P为平衡压力值；H为Henry’s常数；J、将步骤H得到的煤层实际的钻孔水平衡溶解量带入至步骤I中的公式，即得到该水侵钻孔内的瓦斯压力值。