隨鑽快速密封煤層鑽孔的測量裝置的製作方法

2023-12-09 16:55:16

本發明涉及煤層鑽孔密封及測量裝置，具體是一種隨鑽快速密封煤層鑽孔的測量裝置。

背景技術：

眾所周知，在煤礦井下，不管是測定煤層瓦斯壓力和煤層鑽孔瓦斯流量，還是瓦斯抽採，都需要對煤層鑽孔進行密封,傳統的煤層鑽孔密封，均需先退出鑽杆，然後，再向鑽孔內送入封孔材料，並密封鑽孔,這種方法對於瓦斯抽採來說，影響不是很大，但是，對於瓦斯壓力和鑽孔瓦斯流量測定工作來說，具有較大影響：（1）對於封孔測壓，即使補氣，也會影響瓦斯壓力測定時間和測定結果的真實性；（2）對於封孔測定鑽孔瓦斯流量，既會增加測定時間，也可能錯過瓦斯流量的最高峰值，使得測定結果偏低。

對於煤層鑽孔隨鑽快速密封的測量裝置研發方面，只有專利號為CN200610040222.1的發明專利公開了一種預測煤巷突出的連續鑽進流量法及其裝置，該裝置只能測定瓦斯流量，不能測定瓦斯壓力，另外，它將煤渣與瓦斯氣體分離，並且還涉及到防爆和數據集成、採集與顯示問題，裝置特別複雜，不便於煤礦井下使用。

技術實現要素：

本發明旨在解決上述問題，從而提供一種能夠準確測定煤層瓦斯壓力和鑽孔瓦斯流量的隨鑽快速密封煤層鑽孔的測量裝置。

本發明解決所述問題，採用的技術方案是：

一種隨鑽快速密封煤層鑽孔的測量裝置，包括鑽頭、鑽杆、鑽機、氣體導流鋼管、壓力表/流量計，鑽杆為中空兩段式結構，裝有鑽頭的一段鑽杆固接有鋼管，鋼管另一端通過螺紋結構與另一段鑽杆連接，氣體導流鋼管設置在鋼管和兩段鑽杆內，鋼管內兩端分別設有伸縮腔體，伸縮腔體內填充有膨脹液，鋼管外套裝有矽膠圈，矽膠圈兩端分別通過液壓缸與兩個伸縮腔體連接，鑽機反轉帶動氣體導流鋼管擠壓兩個伸縮腔體內的膨脹液，並通過兩個液壓缸擠壓矽膠圈兩端，使矽膠圈徑向膨脹密封鑽孔。

採用上述技術方案的本發明，與現有技術相比，其突出的特點是：

①在煤層鑽進過程中不用拔出鑽杆，停止鑽進，反轉鑽機，即可密封煤層鑽孔、測定煤層瓦斯壓力或鑽孔瓦斯流量，既快速，又準確、可靠。

②結構簡單，便於操作，提高了測量工作效率。

作為優選，本發明更進一步的技術方案是：

氣體導流鋼管一端通過第一固定密封圈與裝有鑽頭的一段鑽杆連接，氣體導流鋼管另一端與壓力表/流量計連接，氣體導流鋼管上套裝有密封軸承聯軸器，密封軸承聯軸器與另一段鑽杆靠近鑽頭一端連接。

壓力表/流量計通過螺紋結構與氣體導流鋼管連接。

伸縮腔體包括大圓盤和圓盤，大圓盤設在膨脹液靠近鑽頭一端，圓盤設在膨脹液另一端，大圓盤外圈通過滑動密封圈與鋼管連接，大圓盤內圈固接在氣體導流鋼管上，圓盤外圈固接在鋼管內，圓盤內圈通過第二固定密封圈與氣體導流鋼管連接；液壓缸缸體內設有與矽膠圈相互頂推的活塞，活塞相對矽膠圈一端套裝有置於缸體內的第三固定密封圈，活塞另一端連接有置於缸體內的小圓盤。鑽機反轉時，通過氣體導流鋼管帶動大圓盤向後移動，擠壓兩個伸縮腔體內的膨脹液，並通過液壓傳動推動小圓盤和活塞分別擠壓矽膠圈兩端，迫使矽膠圈徑向膨脹，密封煤層鑽孔。

兩個液壓缸缸體內的活塞與矽膠圈之間分別設有套裝在鋼管上的環形圓盤，活塞通過液壓傳動擠壓矽膠圈兩端的環形圓盤，並通過環形圓盤擠壓矽膠圈，確保矽膠圈快速徑向膨脹，密封煤層鑽孔。

每段鑽杆包括多個麻花鑽杆，麻花鑽杆通過銷釘依次首尾套接，套接在裡面的麻花鑽杆端部通過錐面和密封圈組合接頭與氣體導流鋼管連接。

錐面和密封圈組合接頭的錐面角度為30°。

另一段鑽杆另一端通過銷釘連接有聯接器，聯接器另一端與鑽機焊接。

附圖說明

圖1 是本發明實施例結構示意圖；

圖2 是圖1中A的局部放大圖；

圖3 是圖1中B的局部放大圖；

圖4 是圖1中C的局部放大圖；

圖5 是圖1中D的局部放大圖；

圖中：煤層1；鑽頭2；第一鑽杆3；鋼管4；矽膠圈5；氣體導流鋼管6；第二鑽杆7；銷釘8；第三鑽杆9；壓力表/流量計10；聯接器11；鑽機12；第一固定密封圈13；第一大圓盤14；滑動密封圈15；膨脹液16；第一液壓缸17；環形圓盤18；第一圓盤19；第二固定密封圈20；第三固定密封圈21；第一活塞22；第一小圓盤23；第一伸縮腔體24；第二大圓盤25；第二伸縮器腔體26；第二小圓盤27；第二活塞28；第二圓盤29；第二液壓缸30；密封軸承聯接器31；錐面和密封圈組合接頭32。

具體實施方式：

下面結合實施例對本發明作進一步說明，目的僅在於更好地理解本發明內容，因此，所舉之例並不限制本發明的保護範圍。

參見圖1、圖2、圖3、圖4、圖5，第一鑽杆3兩端分別與鑽頭2和鋼管4焊接，鋼管4另一端通過螺紋結構與第二鑽杆7連接，第二鑽杆7另一端通過銷釘8與第三鑽杆9套接，第三鑽杆9另一端通過銷釘8與聯接器11連接，聯接器11另一端焊接有鑽機12，第一鑽杆3、第二鑽杆7和第三鑽杆9均為中空結構，氣體導流鋼管6置於第一鑽杆3、鋼管4、第二鑽杆7和第三鑽杆9內的中心，第一鑽杆3內設有套裝在氣體導流鋼管6一端上的第一固定密封圈13，第三鑽杆9上設有通過螺紋結構與氣體導流鋼管6另一端連接的壓力表/流量計10，第二鑽杆7與鋼管4連接一端焊接有套裝在氣體導流鋼管6上的密封軸承聯軸器31，第三鑽杆9套接在第二鑽杆7內的端部通過錐面和密封圈組合接頭32與氣體導流鋼管6連接，鋼管4內兩端分別設有第一伸縮腔體24和第二伸縮腔體26，第一伸縮腔體24和第二伸縮腔體26內分別填充有膨脹液16，第一伸縮腔體24包括第一大圓盤14和第一圓盤19，第二伸縮腔體26包括第二大圓盤25和第二圓盤29，第一大圓盤14和第二大圓盤25分別設置在每段膨脹液16靠近鑽頭2一端，第一圓盤19和第二圓盤29分別設置在每段膨脹液16另一端，第一大圓盤14和第二大圓盤25外圈分別通過滑動密封圈15與鋼管4連接，第一大圓盤14和第二大圓盤25內圈分別固接在氣體導流鋼管6上，第一圓盤19和第二圓盤29外圈分別固接在鋼管4內，第一圓盤19和第二圓盤29內圈分別通過第二固定密封圈20與氣體導流鋼管6連接，鋼管4外套裝有矽膠圈5，矽膠圈5兩端的鋼管4上分別加工有與第一伸縮腔體24和第二伸縮腔體26連通的第一液壓缸17和第二液壓缸30，第一液壓缸17和第二液壓缸30的缸體內分別裝有與矽膠圈5相互頂推的第一活塞22和第二活塞28，第一活塞22和第二活塞28相對矽膠圈5一端分別套裝有置於缸體內的第三固定密封圈21，第一活塞22和第二活塞28另一端分別連接有置於缸體內的第一小圓盤23和第二小圓盤27，第一活塞22與矽膠圈5之間以及第二活塞28與矽膠圈5之間分別設有套裝在鋼管4上的環形圓盤18，鑽機12反轉帶動氣體導流鋼管6通過第一大圓盤14和第二大圓盤25擠壓第一伸縮腔體24和第二伸縮腔體26內的膨脹液16，並通過第一液壓缸17和第二液壓缸30擠壓矽膠圈5兩端使其徑向膨脹。

鑽頭2為煤電鑽鑽頭，直徑50mm；第一鑽杆3、第二鑽杆7和第三鑽杆9均為為空心麻花鑽杆，長1000mm，直徑42mm；第一固定密封圈13為O型密封圈，外徑15mm，內徑8mm；第一大圓盤14和第二大圓盤25的製作材料為不鏽鋼，直徑34mm，厚2mm；膨脹液16由水和乳化液組成，體積比例為10：1；鋼管4為圓形鋼管，長1500mm，外徑40mm，壁厚2mm，製作材料為不鏽鋼；第一小圓盤23和第二小圓盤27的製作材料為不鏽鋼，直徑4mm，厚2mm；第一活塞22和第二活塞28的製作材料為不鏽鋼，直徑2mm，長20mm；第三固定密封圈21為O型密封圈，外徑5mm，內徑1.5mm；環形圓盤18的製作材料為不鏽鋼，外徑44mm，內徑40mm，厚2mm；矽膠圈5長1200mm，外徑50mm，厚5mm；滑動密封圈15為O型密封圈，外徑37mm，內徑33mm；第二固定密封圈20為O型密封圈，外徑10mm，內徑8mm；第一圓盤19和第二圓盤29的製作材料為不鏽鋼，外徑38mm，內徑10mm，厚2mm；氣體導流鋼管6的製作材料為不鏽鋼，外徑10mm，內徑8mm，厚1mm；密封軸承聯接器31的製作材料為不鏽鋼，外徑20mm，內徑10mm，長5mm；錐面和密封圈組合接頭32的錐面角度為30°，錐面和密封圈組合接頭32的密封圈為O型密封圈，外徑10mm，內徑7mm；銷釘8的直徑為4mm，長15mm；壓力表/流量計10為YTXC-150-Z防震壓力表/LP-SF10LP-SF10型浮子流量計；聯接器11的製作材料為不鏽鋼，直徑36mm，長200mm；鑽機12為ZM15型煤電鑽。

安裝和使用過程為：

預先將兩個環形圓盤18及矽膠圈5套在鋼管4上，將第一大圓盤14、第一圓盤19、第二大圓盤25、第二圓盤29、膨脹液16、滑動密封圈15、第二固定密封圈20和氣體導流鋼管6置於鋼管4內，並在鋼管4上加工製作好第一液壓缸17和第二液壓缸30，在第一液壓缸17和第二液壓缸30缸體內安裝好第一活塞22、第二活塞28、第一小圓盤23、第二小圓盤27、第三固定密封圈21。

將第一固定密封圈13內置於第一鑽杆3內，再將鑽頭2、第一鑽杆3和鋼管4連接好，且氣體導流鋼管6穿過第一固定密封圈13，在第二鑽杆7上焊接密封軸承聯接器31，將第二鑽杆7與鋼管4連接，直至密封軸承聯接器31與氣體導流鋼管6連接好為止，密封軸承聯接器31採用氣體導流鋼管6做其內圈，第二鑽杆7的端頭與密封軸承聯接器31相連接，可確保第二鑽杆7旋轉時，鋼管4內部的部件只伸縮而不旋轉。

將第三鑽杆9與第二鑽杆7連接，直至錐面和密封圈組合接頭32與氣體導流鋼管6連接好為止，然後在第三鑽杆9上安裝聯接器11和鑽機12。

鑽機12順轉向煤層1內鑽進，整個裝備深入煤層鑽孔，待鑽進到預定位置，停止鑽進，讓鑽機12反向旋轉，第二鑽杆7與鋼管4逐漸分離，並通過密封軸承聯接器31帶動氣體導流鋼管6向後移動，而鋼管4不動，第一大圓盤14、第二大圓盤25以及滑動密封圈15也一起移動，而第一圓盤19、第二圓盤29以及第二固定密封圈20則固定不動，導致第一伸縮腔體24和第二伸縮腔體26內的膨脹液16受到擠壓，受到擠壓的膨脹液16通過液壓傳動，推動對應的第一小圓盤23、第二小圓盤27、第一活塞22和第二活塞28向中間移動，擠壓矽膠圈5兩側的環形圓盤18，從而使得矽膠圈5軸向受壓，矽膠圈5具有很好的彈性，在軸向壓力作用下，自動變形縮短，並徑向膨脹，密封煤層鑽孔，再裝上壓力表/流量計10，即可測定煤層瓦斯壓力或鑽孔瓦斯流量，實現在不退鑽杆條件下密封鑽孔，測定數據，即隨鑽密封煤層鑽孔測定瓦斯參數，待煤層鑽孔瓦斯壓力或流量測定完畢，再順向旋轉鑽機12，第二鑽杆7通過氣體導流鋼管6帶動第一大圓盤14和第二大圓盤25向前移動，第一伸縮腔體24和第二伸縮腔體26內的膨脹液16的壓力降低，矽膠圈5反過來推動第一活塞22和第二活塞28向兩側移動，而自身徑向收縮，與煤壁分離，完全分離後，即可繼續向煤層1深部鑽進並測定瓦斯壓力或流量，也可將整個裝置從煤層1的鑽孔內拔出。

本發明為煤礦企業提供了一種能夠快速準確獲取煤層瓦斯壓力和鑽孔瓦斯流量的裝置，結構簡單，便於操作，提高了測量工作效率。

以上所述僅為本發明較佳可行的實施例而已，並非因此局限本發明的權利範圍，凡運用本發明說明書及其附圖內容所作的等效變化，均包含於本發明的權利範圍之內。