Устройство для определения газоносности угольного пласта
DEVICE FOR DETERMINING GAS CONTENT OF COAL BED

Изобретение относится к горному делу, в частности, к устройствам для определения газоносности угольных пластов и может быть использовано в шахтных условиях для определения объема газа, выделяющегося при бурении скважины.
Известно устройство для определения газоносности угольного пласта, содержащее основную трубу, газосчетчик, накопитель буровой мелочи, уплотнительную втулку, буровую штангу, герметизатор буровой штанги, выполненный в виде муфты, герметизатор устья скважины, выполненный в виде уплотнительной втулки, и привод буровой штанги [Авторское свидетельство СССР № 941628, опубл 07.07.82, бюл. № 25] (аналог).
Недостатком аналога является низкая надежность герметизации буровой штанги и устья скважины; в процессе бурения скважины буровой став оказывает вибрационное воздействие на герметизаторы буровой штанги и устья скважины, что провоцирует выход выделяемого из угля газа через герметизаторы, минуя газосчетчик.
Известно устройство для определения газоносности угольного пласта, принятое в качестве прототипа, состоящее из основной трубы, газового расходомера, штыбоприемника, герметизатора гладкой штанги, герметизатора устья скважины, выполненного из упругого элемента в виде манжеты, буровой шнековой штанги с буровой коронкой и литой штанги, внескважинный конец которой связан с буровым приводом [Плаксин М.С., Родин Р.И., Титов В.П. «Технические основы создания инновационного устройства и оперативного метода определения газоносности угольного пласта», Горный информационно-аналитический бюллетень, №S49, 2018,С. 165-173] (прототип).
Недостатками прототипа являются:
– как показали экспериментальные исследования (Клишин В.И., Леконцев, Ю.М., Сажин П.В. «Создание технологий и оборудования для разрушения прочных горных пород растягивающими усилиями», Горный информационно аналитический бюллетень. Москва: МГГУ. 2004. №10.С. 213-219.), поперечное расширение манжеты, выполненной из упругого материала в виде единого элемента, вызванное продольным сжатием, из-за трения манжеты о поверхность трубы приводит к неравномерному расширению и поэтому большая часть площади поверхности манжеты не прижимается к поверхности скважины;
– высока вероятность образования зазоров между поверхностью манжеты и поверхностью скважины из-за вибрационного воздействия бурового става в процессе бурения скважины, что способствует выходу выделяемого газа, минуя газовый расходомер.
Эти недостатки снижают точность определения газоносности угольного пласта, что свидетельствует о низкой эффективности работы устройства для определения газоносности угольного пласта.
Целью изобретения является повышение эффективности работы устройства для определения газоносности угольного пласта за счет выполнения герметизатора в виде двух составных частей, одна из которых расширяется под действием нагнетаемого воздуха, другая – под действием сжимающих усилий.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения газоносности угольного пласта, содержащем основную трубу, газовый расходомер, штыбоприемник, герметизатор гладкой штанги, герметизатор устья скважины, буровую шнековую штангу с буровой коронкой и гладкую штангу, внескважинный конец которой  связан с буровым приводом, в соответствии с техническим решением герметизатор устья скважины выполнен составным, состоящим из двух герметизаторов – камерного, расширяющегося под действием нагнетаемого воздуха, и эластичного, расширяющегося  под действием внешних сжимающих усилий, причем эластичный герметизатор состоит из упругих манжет, между которыми вставлены распределительные шайбы.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 показано устройство для определения газоносности угольного пласта; на фиг. 2 – герметизатор устья скважины.
Устройство для определения газоносности угольного пласта содержит основную трубу 1, газовый расходомер 2 и штыбоприемник 3, подключенные к трубе 1 посредством патрубков, герметизатор 4 устья скважины, буровую шнековую штангу 5, герметизатор гладкой штанги 6, гладкую штангу 7 и ее привод 8.
Герметизатор 4 устья скважины установлен на забойном конце трубы 1 и, в свою очередь, содержит упорную гайку 9, эластичные манжеты 10, распределительные шайбы 11, камерную опору 12, камерную манжету 13, упорную гайку 14 с рукоятками 15. Манжеты 10 в рассечку с распределительными шайбами 11 установлены в пространстве между упорной гайкой 9 и камерной опорой 12. При этом боковые поверхности шайб 11 выполнены наклонными для обеспечения равномерного распределения сжимающих усилий манжет 10 по длине скважины.
Противоположный конец трубы 1 посредством быстроразъемного соединения 16 связан с концевой трубой 17, внутри которой установлен герметизатор гладкой штанги 6.
Газоносность угольного пласта определяют суммированием количества газа, выделившегося в процессе бурения (показания газового расходомера), и количества газа, выделившегося из буровой мелочи при лабораторных исследованиях, за вычетом количества газа, выделившегося с поверхности скважины.
При определении газоносности угольного пласта устройство работает следующим образом. В угольный пласт бурят скважину 18 диаметром не менее диаметра герметизатора 4 устья скважины. В эту скважину устанавливают трубу 1 вместе с герметизатором 4.
Устье скважины 18 герметизируют, выполняя это в два этапа. Сначала вращением рукояток 15 упорную гайку 14 и камерную опору 12  перемещают в сторону забоя скважины 18, т.е. сжимают эластичные манжеты 10. При этом шайбы 11 равномерно распределяют сжимающие усилия на манжеты 10. В результате манжеты 10 равномерно расширяются в радиальном направлении, герметизируя призабойное пространство скважины 18 (первый этап). Затем подают воздух избыточного давления в камерную манжету 13, за счет чего манжета 13 раздувается и герметизирует скважину в ее устье.
После герметизации скважины 18 бурят контрольный шпур 19 меньшего диаметра на глубину до 10 м и производят измерения количества выделившегося газа с помощью газового расходомера 2 поэтапно на каждом метровом отрезке бурения.
В процессе бурения шпура 19 привод 8, гладкая штанга 7 и буровая штанга 5 перемещаются в сторону забоя скважины 19. При этом газ из шпура 19 в изолированном от внешней атмосферы режиме поступает в основную трубу 1 и далее в газовый расходомер 2, а буровая мелочь скапливается в штыбоприемнике 3.
После удлинения шпура 19 на один метр бурение останавливают, фиксируют показания газового расходомера 2, отсоединяют от устройства штыбоприемник 3 с накручиванием крышки (не показана) на штыбоприемник (штыб герметизируют с целью последующего определения его остаточной газоносности в лабораторных условиях). Затем к основной трубе 1 присоединяют порожний штыбоприемник и наращивают буровой став.
Для этого концевую трубу 17 с помощью быстроразъемного соединения 16 отсоединяют от основной трубы 1, привод 8 с гладкой штангой 7 отводят назад на расстояние не менее 1 м от концевой трубы 17, отсоединяют гладкую штангу 7 от буровой шнековой штанги 5, удлиняют буровой став вставкой дополнительной буровой шнековой штанги, которую затем соединяют с гладкой штангой 7. Далее концевую трубу 17 соединяют с основной трубой 1 – наращивание става завершено.
Таким образом, за счет того, что герметизатор устья скважины выполнен составным, состоящим из двух герметизаторов – камерного, расширяющегося под действием нагнетаемого воздуха, и эластичного, расширяющегося  под действием внешних сжимающих усилий, а также за счет введения в эластичный герметизатор распределительных шайб, обеспечивается наиболее полная герметизация устья скважины, что, в свою очередь, повышает эффективность работы устройства для определения газоносности угольного  пласта, а это и есть цель изобретения.