一种钻孔瓦斯抽采负压探测装置及探测方法
技术领域
本发明涉及瓦斯抽采负压探测技术领域，具体为一种钻孔瓦斯抽采负压探测装置及探测方法。
背景技术
随着我国煤矿开采技术的迅速发展，煤层瓦斯灾害已成为制约高效集约化开采技术发展和安全生产需要的重要因素，常规或单一的瓦斯灾害防治技术已不能满足煤矿高效安全生产的需要，强化瓦斯抽采才是防止瓦斯灾害事故最有效的途径。目前国内很多煤矿顺层钻孔抽采瓦斯效果并不好，导致抽采效果不好的因素很多，包括煤层透气性系数低、封孔质量差、抽采负压不合适等，其中，抽放负压是影响瓦斯抽放效果的重要因素，只有钻孔内部形成负压，从煤层中解吸出来的瓦斯才能在压差的作用下流入抽放管路，进而起到持续抽放的效果。随着钻孔深度的增加，由于孔壁摩擦阻力的影响，在瓦斯气体流动时沿钻孔长度方向上孔内压降不容忽略，因此，通过某种装置掌握钻孔中的抽放负压值十分重要。若抽放钻孔内某处不能形成负压，由于瓦斯积聚的作用而形成正压，则该处瓦斯不会通过抽放系统排出，进而形成瓦斯抽放空白带，在进行煤层回采的过程中极易造成瓦斯事故，例如，中国专利发明公开号CN205908290U公开了一种瓦斯抽放钻孔负压测定装置，用于测定钻孔内的负压情况。
但目前对钻孔底部的瓦斯抽采负压进行检测大都是通过手工送入负压探测管的方式进行输送，由于有的钻孔是弯曲的，因此手工送入负压探测管的长度极其有限，尤其当遇上松软煤层后，仅能测量出钻孔中20m以内的负压，该距离相对于一般瓦斯抽采钻孔达百米甚至数百米设计距离而言，能提供的参考较为有限，这与矿上的实际需求仍有较大差距，无法探测较深钻孔中的抽采负压。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于如何保证负压探测管的探测深度。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种钻孔瓦斯抽采负压探测装置，包括与钻机连接的空心钻杆、探测管、递送管、支撑结构和压力管，所述探测管设置在空心钻杆内部，所述探测管伸入空心钻杆的端头连接所述递送管，所述递送管上设置有能够将递送管固定在钻孔内臂上的支撑机构，所述压力管一端设置在所述探测管外部，另一端伸入探测管内并与所述递送管上的支撑机构连接。
所述支撑结构包括密封板、活动组件、卡爪和弹性件，所述密封板固定在所述递送管内部将递送管内部一分为二，所述递送管内还设有能够紧密贴合递送管内壁的活动组件，所述活动组件与密封板之间形成空腔，所述压力管与密封板密封连接并与所述空腔连通，所述活动组件远离空腔一侧的递送管上铰接有至少三个卡爪，所述卡爪一端朝探测管方向设置在递送管外部，所述卡爪另一端朝钻孔底部方向设置在递送管内部并且与所述活动组件贴合，设置在递送管外部的卡爪与递送管外壁之间还设置弹性件。
通过将空心钻杆作为一个护孔管，并将所述探测管与递送管连接固定以及将压力管与所述递送管上的支撑结构连接形成的探测组件从空心钻杆内推送至钻孔底部，保证了探测管的探测深度，有效了避免了钻孔成孔过程中塌孔导致孔内负压无法探测的问题发生，以及结合支撑结构的设置，防止空心钻杆推杆时带动探测管退出钻孔，保证探测管能够稳定的固定在钻孔内，实现对钻孔全孔段的负压探测，满足钻孔负压探测要求。
优选地，所述活动组件为活塞。
优选地，所述活塞与卡爪端部贴合的一端为锥形状。
优选地，所述卡爪沿递送管径向方向均匀分布有三个。
优选地，所述卡爪的伸出递送管的端部为尖头状。
优选地，所述弹性件为弹簧，且弹簧始终处于压缩状态。
优选地，在所述探测管外部的压力管上还设置有压力表。
优选地，所述探测管与递送管之间通过螺纹连接。
优选地，本发明还提供一种钻孔瓦斯抽采负压探测装置的探测方法，包括如下步骤：
步骤1：通过钻机和空心钻杆打出所需的瓦斯抽采钻孔；
步骤2：将所述探测管与递送管连接固定以及将压力管与所述递送管上的支撑结构连接，形成探测组件；
步骤3：移开钻机，然后通过压力管向空腔内注入压力，使得活动组件推动所述卡爪收缩，然后将该探测组件向空心钻杆内推送，直至递送管抵在钻孔底部则停止推送；
步骤4：然后再通过压力管将空腔内的压力吸出，在弹性件的弹力作用下卡爪扩张，并带动活动组件恢复到初始位置，再向外稍微拉动该探测组件，使得扩张后的卡爪卡紧在钻孔内壁上，实现对探测管的固定；
步骤5：再将钻机安装至钻孔口，通过钻机将空心钻杆取出，同时通过卡爪将探测管固定在钻孔内壁上，防止空心钻杆取出时带动探测管移动；
步骤6：然后向该钻孔内连接瓦斯抽采管，进行瓦斯抽采，同时通过探测管探测钻孔底部的负压；
步骤7：钻孔底部负压检测完成后，再通过压力管向空腔内注入压力，使得活动组件推动所述卡爪收缩，支撑机构从钻孔内壁脱落，此时向外拉动该探测组件；
步骤8：当探测组件向外移动满足探测的移动距离后，再通过压力管将空腔内的压力吸出，在弹性件的弹力作用下卡爪扩张，使得扩张后的卡爪卡紧在钻孔内壁上，再次实现对探测管的固定，探测钻孔不同位置的负压。
步骤9：依次重复上述步骤7和8，实现了对整个钻孔中的负压探测，并且探测完成后也完成了对探测组件的回收。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过将空心钻杆作为一个护孔管，并将所述探测管与递送管连接固定以及将压力管与所述递送管上的支撑结构连接形成的探测组件从空心钻杆内推送至钻孔底部，保证了探测管的探测深度，有效了避免了钻孔成孔过程中塌孔导致孔内负压无法探测的问题发生，以及结合支撑结构的设置，防止空心钻杆推杆时带动探测管退出钻孔，保证探测管能够稳定的固定在钻孔内，实现对钻孔全孔段的负压探测，满足钻孔负压探测要求。
2、通过弹性件设置能够带动卡爪自动扩张，进而使得扩张后的卡爪卡紧在钻孔内壁上，实现对递送管的固定，进而实现对探测管的固定。
附图说明
图1为本发明实施例的一种钻孔瓦斯抽采负压探测装置的结构示意图；
图2为本发明实施例另一状态结构示意图。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，现结合说明书附图对本发明技术方案做进一步的说明。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
参阅图1，本实施例公开了一种钻孔瓦斯抽采负压探测装置，包括与钻机连接的空心钻杆1、探测管2、递送管3、支撑结构4和压力管5，在本实施例中，所述空心钻杆1为空心三棱钻杆；所述探测管2设置在空心钻杆1内部，所述探测管2伸入空心钻杆1的端头螺纹连接所述递送管3，所述递送管3上设置有能够将递送管3固定在钻孔6内臂上的支撑机构4，所述压力管5一端设置在所述探测管2外部连接压力输送设备(图中未示)并且在探测管2外部的压力管5上设置有压力表(图中未示)，用于观察压力管5内部压力情况，具体的，所述压力管5可以为水管，向内部注水提供压力，另一端伸入探测管2内并与所述递送管3上的支撑机构4连接。
所述支撑结构4包括密封板41、活动组件42、卡爪43、弹性件44和限位环45，所述密封板41固定在所述递送管3内部将递送管3内部一分为二，所述递送管3内还设有能够紧密贴合递送管3内壁的活动组件42，在本实施例中，所述活动组件42为活塞，所述活动组件42与密封板41之间形成空腔46，所述压力管5与密封板41密封连接并与所述空腔46连通，所述活塞41远离空腔46一侧的递送管3上铰接有至少三个卡爪43，在本实施例中，所述卡爪43沿递送管3径向方向均匀分布有三个。
所述卡爪43一端朝探测管2方向设置在递送管3外部，所述卡爪43另一端朝钻孔1底部方向设置在递送管3内部并且与所述活动组件42贴合，具体的，所述活动组件42与卡爪43端部贴合的一端为锥形状，所述卡爪43的中间段与所述递送管3铰接；设置在递送管3外部的卡爪43与递送管3外壁之间还设置有始终处于压缩状态的弹性件44，所述卡爪43与递送管3的铰接点与活动组件42之间的递送管3内壁上设置有限位环45，防止活动组件42移动过多超出卡爪43的铰接点而导致活动组件42不能恢复初始位置的现象发生。
通过将空心钻杆1作为一个护孔管，并将所述探测管2与递送管3连接固定以及将压力管5与所述递送管3上的支撑结构4连接形成的探测组件从空心钻杆1内推送至钻孔6底部，保证了探测管2的探测深度，有效了避免了钻孔6成孔过程中塌孔导致孔内负压无法探测的问题发生，以及结合支撑结构4的设置，防止空心钻杆推杆时带动探测管退出钻孔，保证探测管能够稳定的固定在钻孔6内，实现对钻孔6全孔段的负压探测，满足钻孔6负压探测要求。
进一步的，所述卡爪43的伸出递送管3的端部为尖头状，有利于卡爪43卡紧在钻孔6内壁上。
进一步的，所述递送管3远离探测管2的端部为半球形状，且在半球形状端部上设置有多个通孔31，通过半球形状的端部设置，减小了递送管3在空心钻杆1中推送过程中的摩擦力，有利于递送管3的推送，同时满足递送管3内气压流通的需求，防止气压不流通导致活动组件42无法推动的现象发生。
具体的，该钻孔瓦斯抽采负压探测装置的探测方法的定位步骤如下：
步骤1：通过钻机(图中未示)和空心钻杆1打出所需的瓦斯抽采钻孔6。
步骤2：将所述探测管2与递送管3连接固定以及将压力管5与所述递送管3上的密封板41密封连接，形成探测组件。
步骤3：移开钻机，参阅图2，然后通过压力管5向空腔46内注水提供压力，使得活动组件42向钻孔6底部运动，从而推动设置在递送管3外部的卡爪43收缩，然后将该探测组件向空心钻杆1内推送，直至递送管3抵在钻孔6底部则停止推送。
步骤4：然后再通过压力管5将空腔46内的水分压力吸出，在弹性件44的弹力作用下卡爪43扩张，并带动活动组件42恢复到初始位置，再向外稍微拉动该探测组件，使得扩张后的卡爪43卡紧在钻孔6内壁上，实现对递送管3的固定，进而实现对探测管2的固定。
步骤5：再将钻机安装至钻孔口，通过钻机将空心钻杆1取出，同时通过卡爪43将探测管2固定在钻孔6内壁上，防止了空心钻杆1取出时带动探测管2移动，保证探测组件的稳定性。
步骤6：然后向该钻孔6内连接瓦斯抽采管，进行瓦斯抽采，同时通过探测管2探测钻孔6底部的负压。
步骤7：钻孔6底部负压检测完成后，再通过压力管5向空腔46内注水提供压力，使得活动组件42推动所述卡爪43收缩，支撑机构4从钻孔6内壁脱落，此时向外拉动该探测组件；
步骤8：当探测组件向外移动满足探测的移动距离后，再通过压力管5将空腔46内的水分压力吸出，在弹性件44的弹力作用下卡爪43扩张，使得扩张后的卡爪43卡紧在钻孔6内壁上，再次实现对探测管2的固定，探测钻孔6不同位置的负压。
步骤9：依次重复上述步骤7和8，实现了对整个钻孔6中的负压探测，有效了避免了钻孔6成孔过程中塌孔导致孔内负压无法探测的问题发生，并且探测完成后也完成了对探测组件的回收。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述实施例仅表示发明的实施方式，本发明的保护范围不仅局限于上述实施例，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。
