煤矿井下煤层密闭取心技术及应用.pdf

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1、黑磊煤矿井下煤层密闭取心技术及应用2014正煤矿井下煤层密闭取心技术及应用木黑磊(中煤科工集团西安研究院，陕西西安710054)摘要：为了精确测定煤矿井下瓦斯含量，利用一种新型的煤矿井下煤层密闭取心装置，对煤矿井下煤层瓦斯含量进行测定，其测定的瓦斯含量与传统方法相比提高了20％～30％。煤矿井下煤层密闭取心技术的应用为矿井设计、煤矿安全生产、瓦斯灾害治理及煤层气资源开发提供了更加准确的数据支持。关键词：密闭取心装置；割心球阀；密闭取心工艺；瓦斯含量测定中图分类号：TD712．6文献标识码：A文章编号

2、：1671—749X(2014)02—0060—03的特殊条件设计研制一种适用于煤矿井下的煤层密0引言闭取心装置。目前，煤矿瓦斯含量多采用直接法测定，即直接1密闭取心装置设计及工作原理采取煤样，通过研究其解吸规律的方法直接测定、计算煤矿瓦斯含量。在测定过程中，煤心样品采取率1．1密闭取心装置设计是关键环节，取心质量的好坏直接关系到煤层气含为满足煤矿井下煤层气含量准确测定的技术要量测定的成功与否和准确程度J。目前已有的密求，达到快速、准确测定煤层气含量的目的，设计完闭取心和保压取心设备及技术多用于油田

3、的勘探开成的密闭取心装置如图1所示，主要由取心内筒、液发、天然气水合物等取心领域。但是这些方法不适压驱动筒、外筒、割心球阀、解吸球阀、角接触轴承组用于煤矿井下瓦斯含量的测试。悬挂总成、液压推动机构、取心钻头等组成。。该装多年来，我国煤矿井下煤层气(瓦斯)含量直接置采用模块化设计、双筒单动结构，解体性好、便于测定多采用钻机带动普通取心筒取样测试，取心过拆卸和维护，与各种钻机、钻具、泥浆泵、瓦斯解吸仪程会导致煤心暴露时间过长，损失量大且估算不准，等设备的配套和衔接十分方便，取心过程操作简单，还会导致煤心

4、煤体结构破坏严重，影响瓦斯含量测能够准确、完整、快速地提取高质量煤心样品。定的准确性和成功率。随着我国煤层气资源的大规通过角接触轴承组构成的悬挂总成实现了取心模勘探开发以及矿井瓦斯安全治理研究的进一步深过程中的双简单动的目标，即取心内筒和液压推动入，传统的取心装置和技术已经很难满足井下煤层筒不旋转，外筒带动钻头旋转，这样避免了取心内筒气含量准确测定的要求，研制矿井煤层气(瓦斯)密旋转而导致的煤心破坏，保持了样品的完整性。角闭取心设备，开发取心测试技术工艺，准确、快速、完接触轴承组既保证了径向的滚动摩

5、擦运动，同时还整地提取高质量煤心势在必行。本文结合煤矿井下能提供轴向力，这一轴向力既要承受取心内筒和液压推动总成的重力，又要承受割断煤心时产生的轴收稿日期：2013—10—22向力。另外通过取心内筒上侧的关闭阀与下侧割心}基金项目：国家科技重大专项(编号：2011ZX05040—003)；国家重球阀的联动来保证取心后取心筒的及时完全密封，点基础研究发展计划(973计划)(编号：2009CB219602)。作者简介：黑磊(1959一)，男，陕西西安人，1982年毕业于陕西广并且采用硬密封的形式来达到长

6、时间高压密封的播电视大学，工程师，现主要从事煤层气资源勘探及测试和仪器开发方面的研究。目的。第2期黑磊煤矿井下煤层密闭取心技术及应用61取心外筒：前端与取心钻头连接，末端通过转接筒、液压推动筒及液压推动机构，另一方面连接钻杆头与钻杆连接，取心外筒一方面保护内置的取心内并传递扭矩，带动钻头取心钻进。图l密闭取心装置装配图1一钻杆转接头；2一悬挂总成；3．液』区推动机构；4_夕筒；5一液压推动筒；6一解吸阀；7一取心内筒；8．割心球阀；9．取心钻头；10．投球装置取心内筒：主要由取心筒管、割心密闭球阀、

7、球被堵塞；③在泥浆泵的持续供压下，泥浆液的压力逐阀转接头、解吸球阀及安全定位铜套等组成。在取步升高，当由液体压力产生的力足够大并将液压推心过程中，取心内筒主要作用是收集煤心，取心钻进动筒的顶部的销钉剪断后，液压推动筒获得足够的结束后，将煤心密闭在其筒内取心内筒末端安装动量向前运动，带动推动杆将球阀关闭，割断煤心，有解吸阀门，因此可兼作瓦斯解吸罐，煤样无需装罐完成整个密闭取心过程。即可连接气含量测试设备进行现场解吸和脱气。这2密闭取心工艺流程样在很大程度上降低了气含量的损失。底部的割心密闭球阀采用硬密

8、封技术，具有剪切煤心、密闭取心2．1非取心钻进及密闭取心钻进内筒的作用。其密封压力可达4MPa以上，并且持非取心钻进：架设钻机并安装破碎钻头对岩层续密封保压时间大于24h。进行非取心钻进，当达到设计孔深后停钻并快速退液压推动筒、推动机构、投球装置及悬挂机构：出钻具，必要时进行扩孔钻进。①液压推动筒位于取心内筒和取心外筒之间，由液密闭取心钻进：换装密闭取心装置并快速送至压筒和相关轴承、销钉组成；②液压推动机构末端由孔底待取心部位，进行取心钻进，这时主要是外筒带销钉固定在