高明忠，陳 領(lǐng)，凡 東，楊明慶，劉 程，李佳南，趙 樂(lè)， 田東莊，李 聰，王瑞澤，謝和平

(1.深圳大學(xué) 廣東省深地科學(xué)與地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 深圳 518060; 2.深圳大學(xué) 深地科學(xué)與綠色能源研究院，廣東 深圳 518060; 3.四川大學(xué) 水利水電學(xué)院，四川 成都 610065; 4.四川大學(xué) 水力學(xué)與山區(qū)河流開(kāi)發(fā)保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610065; 5.四川大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，四川 成都 610065; 6.中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 西安 710054)

能源是社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的動(dòng)力，煤炭在我國(guó)能源消耗結(jié)構(gòu)中長(zhǎng)期占據(jù)主導(dǎo)地位[1-4]，2019年我國(guó)能源消耗總量為48.6億t標(biāo)準(zhǔn)煤，其中煤炭占57.7%[5-6]。然而，煤礦生產(chǎn)過(guò)程中安全事故頻發(fā)，頂板垮塌、水害、瓦斯災(zāi)害等安全事故嚴(yán)重威脅煤炭的安全綠色開(kāi)采[7-13]。其中，瓦斯災(zāi)害防治是煤礦安全生產(chǎn)的重點(diǎn)和難點(diǎn)[14-18]，2013—2018年，我國(guó)因瓦斯災(zāi)害遇難人數(shù)高達(dá)1 200人，占同期煤礦事故遇難總?cè)藬?shù)的31.33%[19]。同時(shí)，煤層瓦斯作為一種化石能源，具有重要的利用價(jià)值[20]，我國(guó)煤層氣儲(chǔ)量巨大，埋深2 000 m以淺的煤層氣資源量約36.8 萬(wàn)億m3[21]，如能有效開(kāi)發(fā)利用，將有望優(yōu)化我國(guó)能源結(jié)構(gòu)，對(duì)于進(jìn)一步確保國(guó)家能源安全意義重大。

瓦斯含量準(zhǔn)確表征是煤礦瓦斯災(zāi)害防治和煤層氣資源開(kāi)發(fā)的重要依據(jù)，傳統(tǒng)開(kāi)放式瓦斯勘探技術(shù)測(cè)得的瓦斯含量理論上低于儲(chǔ)層的實(shí)際瓦斯含量[22-23]，嚴(yán)重影響瓦斯治理方案設(shè)計(jì)與制定的科學(xué)性。因此，如何精準(zhǔn)測(cè)定煤層瓦斯含量成為煤礦瓦斯災(zāi)害防治和煤層氣高效開(kāi)發(fā)利用的關(guān)鍵[24-25]。目前測(cè)定煤層瓦斯含量的方法分為直接法和間接法。直接法是利用礦井鉆機(jī)在煤層中獲取煤樣后進(jìn)行瓦斯含量測(cè)定[26]，該方法在取芯過(guò)程中采用常規(guī)開(kāi)放式取芯方式[27-28]，煤樣在孔內(nèi)提升和地面暴露過(guò)程中大量原位瓦斯被釋放，導(dǎo)致瓦斯含量的估算失真[29-30];間接法是綜合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的瓦斯壓力與實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的原煤瓦斯放散數(shù)據(jù)[31]，通過(guò)Langmuir方程等理論來(lái)估算瓦斯含量，依然存在瓦斯壓力測(cè)定復(fù)雜、周期長(zhǎng)、成功率低、精準(zhǔn)度欠缺等不足。

煤層瓦斯壓力是煤礦生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)參數(shù)，為了準(zhǔn)確快速的測(cè)定煤層瓦斯壓力，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了大量的研究與探索。總體上，煤層瓦斯壓力測(cè)定方法亦可以分為直接法和間接法兩大類(lèi)。直接測(cè)定法是目前瓦斯壓力測(cè)定的常用方法，首先向煤層內(nèi)部打鉆孔，再利用封孔材料和測(cè)壓儀來(lái)測(cè)定煤層瓦斯壓力[32-33]。由于在封孔深度、封孔材料、封孔工藝技術(shù)等方面仍然存在瓦斯泄漏問(wèn)題，目前難以精準(zhǔn)測(cè)得煤層原位瓦斯壓力。間接法是根據(jù)煤層瓦斯含量、煤樣的吸附常數(shù)等參數(shù)，通過(guò)Langmuir方程計(jì)算得到瓦斯壓力[34]。間接法由于需要測(cè)定煤樣的特征信息，特別是需要測(cè)定瓦斯含量，操作過(guò)程繁瑣，所測(cè)誤差值較大[35]。

針對(duì)目前瓦斯含量和瓦斯壓力測(cè)定的不足，一些學(xué)者開(kāi)始研發(fā)原位保瓦斯或保壓的煤層取芯裝備。秦玉金[36]在總結(jié)我國(guó)地勘瓦斯含量測(cè)定方法的基礎(chǔ)上，建議推廣繩索取芯、保壓取芯等技術(shù)來(lái)減少瓦斯含量測(cè)定誤差;陳雄等[37]通過(guò)對(duì)不同取樣方式進(jìn)行對(duì)比分析，確定了一種合理的SDQ深孔定點(diǎn)取樣方法，但取芯過(guò)程無(wú)法保持原位瓦斯壓力;貴宏偉等[38]研制了超深鉆孔取芯裝置，攻關(guān)解決了超深鉆孔取樣期間定點(diǎn)和密閉技術(shù)難題;景興鵬[39]研制了直接機(jī)械密閉取芯的裝置，使測(cè)試瓦斯解吸裝置和取芯裝置一體化;孫四清、龍威威等[40-43]試制了適用于地面井瓦斯含量測(cè)定的“三筒單動(dòng)、球閥關(guān)閉、取芯筒與解吸罐一體化”的密閉取芯器。在保瓦斯取芯方面，楊昌光等[44]設(shè)計(jì)的壓風(fēng)排渣取芯器可控制煤樣暴露時(shí)間在3 min之內(nèi)，可一定程度上減少瓦斯損失;文光才等[45]研制出一種鉆孔引射取芯裝置，該裝置能夠?qū)γ簶舆M(jìn)行快速收集，避免煤樣長(zhǎng)時(shí)間暴露導(dǎo)致瓦斯損失量增加;WANG等[46]研發(fā)了一種煤與瓦斯突出定點(diǎn)取芯器，將取出的煤芯置于密閉空間以減少取樣操作中的瓦斯損失;任浩洋等[47-49]提出了低溫冷凍取芯方法，其仍存在巖芯暴露的問(wèn)題，無(wú)法完全保持原位瓦斯含量。

目前煤礦保壓取芯或者保瓦斯取芯普遍采用以球閥為主的密閉提鉆取芯傳統(tǒng)作業(yè)方式，原位煤樣會(huì)受到鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)帶來(lái)的旋轉(zhuǎn)擾動(dòng)導(dǎo)致樣品產(chǎn)狀表征異?；驌p壞嚴(yán)重，容易引起瓦斯解吸，特別是球閥占據(jù)空間較大，限制了鉆取煤芯的直徑，且當(dāng)密閉壓力較大時(shí)，容易泄漏壓力導(dǎo)致密封失效，無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)保壓保瓦斯取芯，難以真正獲得原位瓦斯壓力與瓦斯含量。筆者提出一種深部煤礦原位保壓保瓦斯取芯原理與技術(shù)，集成連續(xù)導(dǎo)管作業(yè)方案，以期實(shí)現(xiàn)取芯效率高、保壓性能穩(wěn)定、抗扭防轉(zhuǎn)等優(yōu)勢(shì)，為精準(zhǔn)測(cè)定煤層瓦斯含量、瓦斯壓力奠定理論與技術(shù)基礎(chǔ)，對(duì)于煤礦瓦斯災(zāi)害防治和煤層氣勘探開(kāi)發(fā)也具有重要意義。

1 煤礦瓦斯含量與壓力測(cè)定原理及方法

深部煤層瓦斯壓力內(nèi)涵的精準(zhǔn)定義可為保壓取芯裝備數(shù)據(jù)后處理提供科學(xué)依據(jù)。本節(jié)深入剖析了煤層壓力的組成與原位流體壓力的形成機(jī)制，結(jié)合取芯原理，進(jìn)一步推導(dǎo)了多相流體共存煤層的瓦斯壓力計(jì)算方法。

1.1 深部煤層壓力的內(nèi)涵

深部煤層的壓力包括煤層原位地應(yīng)力、瓦斯壓力、水壓力等，本文所述的深部煤礦原位保壓保瓦斯取芯目標(biāo)是獲得包含原位瓦斯壓力和瓦斯含量的煤芯。因此所涉及的“壓力”不是煤礦原位的地層應(yīng)力，而是指原位的孔隙壓力，包括游離態(tài)的瓦斯壓力和水壓。氣態(tài)瓦斯和液態(tài)水以一定的壓力狀態(tài)賦存于煤層的孔隙和裂隙中，通過(guò)有效保壓作業(yè)方式，將包括游離態(tài)瓦斯、吸附態(tài)瓦斯在內(nèi)的固、液、氣多相物質(zhì)組成的煤芯從原位煤層取出，從而獲取原位煤層真正的瓦斯壓力與含量。

1.2 煤層瓦斯壓力測(cè)定理論及方法

深部煤礦原位保壓保瓦斯取芯工具的巖芯艙上部設(shè)有壓力傳感器，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、采集、記錄巖芯艙內(nèi)部壓力波動(dòng)。然而，不同地質(zhì)條件下傳感器所測(cè)壓力并非與原位瓦斯壓力相等，如在多相流體共存時(shí)煤層壓力可能包含孔隙水壓、水蒸氣壓力等，需根據(jù)實(shí)際情況分別進(jìn)行討論。

1.2.1干燥煤巖體(Pw=0)

基于深部原位保壓保瓦斯取芯工具獲得的煤巖試樣壓力Po，其瓦斯處于吸附解吸平衡狀態(tài)，即煤層原位瓦斯壓力[50]為

Pg=Pm

(1)

其中，Pw為孔隙水壓，MPa;Pg為原位瓦斯壓力，MPa;Pm為取芯過(guò)程隨鉆測(cè)量的壓力，MPa。

1.2.2含水煤巖體(Pw

由于傳統(tǒng)高溫高壓等溫吸附試驗(yàn)裝置無(wú)法直接測(cè)量試驗(yàn)系統(tǒng)中水蒸氣的含量，而水蒸氣又具有一定的分壓作用(即分離壓力)，可能會(huì)改變?cè)囼?yàn)系統(tǒng)中甲烷氣體的壓力而對(duì)甲烷吸附量的準(zhǔn)確評(píng)估產(chǎn)生影響[51-52]。實(shí)際上，保真取芯工具測(cè)得的壓力Pm，包含了水蒸氣壓力和氣體壓力。因此，在估算瓦斯吸附量時(shí)需要進(jìn)一步考慮水蒸氣的分壓作用及水分對(duì)煤吸附瓦斯量的抑制作用。

(1)方法1:氣體分壓法。

(2)

(3)

(4)

(2)方法2:濃度法。

通過(guò)隨鉆測(cè)井工具，獲得煤巖賦存瓦斯物質(zhì)的量濃度，根據(jù)下式計(jì)算原位瓦斯壓力[54]。

Pg=C0RT

(5)

其中，C0為氣體物質(zhì)的量濃度;R為理想氣體常數(shù)。

(3)方法3:修正的Langmuir公式法。

也可根據(jù)修正的Langmuir方程[55]估算瓦斯吸附量:

(6)

其中,na,moist為含水煤巖的吸附量，mmol/g;nL為L(zhǎng)angmuir吸附量，mmol/g;PL為L(zhǎng)angmuir壓力，MPa;m為含水量，%;λ為吸附量衰減系數(shù)。

基于保壓取芯工具可獲得原位瓦斯單位質(zhì)量煤層瓦斯總量n,則游離態(tài)瓦斯量為

n2=n-na,moist

(7)

其中，n2為單位質(zhì)量煤層游離瓦斯量，mmol/g;n為單位質(zhì)量煤層瓦斯總量，mmol/g。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可估算煤層原位瓦斯壓力Pg:

(8)

其中，Vo為單位質(zhì)量煤層中瓦斯體積，mm3/g，可通過(guò)單位質(zhì)量煤巖孔隙體積減去液態(tài)水的體積計(jì)算。

(4)方法4:規(guī)范法。

依據(jù)《煤礦瓦斯抽放規(guī)范》、《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》以及《煤層瓦斯含量井下直接測(cè)定方法》，可估算吸附瓦斯量為

(9)

其中，N1為煤層吸附瓦斯量，m3/t;Aad，Mad分別為煤中灰分含量，水分含量，%。繼而，可根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程估算煤層原位瓦斯壓力Pg。

這幾種方法各有利弊，方法1考慮了水的飽和蒸氣壓對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，方法2需測(cè)量瓦斯?jié)舛?，方?考慮了水分對(duì)于瓦斯吸附的影響，方法4是經(jīng)驗(yàn)公式，也考慮了水對(duì)瓦斯吸附的影響。4種方法的準(zhǔn)確性需進(jìn)一步開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究。

1.2.3富水煤巖體(Pw≥Pg)

當(dāng)有外界水入侵或煤層原位賦存水壓時(shí)，宏觀上高壓水對(duì)煤層瓦斯具有驅(qū)趕作用，微觀上水分對(duì)煤層瓦斯具有或封堵孔隙抑制解吸、或競(jìng)爭(zhēng)吸附促進(jìn)解吸的作用[55]?？赡軙?huì)對(duì)煤體孔隙結(jié)構(gòu)以及瓦斯的溶解、吸附解吸平衡、擴(kuò)散運(yùn)移等造成影響。而隨鉆測(cè)量的壓力Pm即為水壓Pw，需對(duì)煤層原位瓦斯壓力進(jìn)一步探討。假設(shè)原位煤巖中瓦斯處于平面徑向滲流狀態(tài)，高壓鉆井液或地層水會(huì)驅(qū)替瓦斯，則鉆孔附近壓力分布[56]為

(10)

其中，RD為鉆孔半徑;Rg為煤層邊界條件;P為任意點(diǎn)的壓力，需要現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè);r為距鉆孔中心的距離。壓力分布規(guī)律如圖1所示。

圖1 平面徑向滲流壓力分布Fig.1 Pressure distribution of plane radial seepage

1.3 煤層瓦斯含量測(cè)定原理與技術(shù)

當(dāng)前煤層瓦斯含量測(cè)定方法包括間接法和直接法，其中間接法是基于Langmuir公式通過(guò)煤層瓦斯壓力和煤樣的吸附參數(shù)等信息估算得到，準(zhǔn)確性和可靠性較低[57]。直接法測(cè)的煤層瓦斯含量為Qm=Q1+Q2+Q3，其中Q1，Q2，Q3分別為損失氣含量、解吸氣含量和殘余氣含量。解吸氣含量是測(cè)試煤樣粉碎前脫出的瓦斯氣量;殘余氣含量指煤樣粉碎過(guò)程中及粉碎后脫出的瓦斯氣量;損失氣含量是煤樣在孔內(nèi)提升和地面暴露過(guò)程中逸散的氣量。在傳統(tǒng)的開(kāi)放式取芯實(shí)踐中，Q1難以確定，損失量估算模型假設(shè)條件的理想化和估算數(shù)據(jù)采集的不確定性，都會(huì)一定程度上導(dǎo)致?lián)p失量估算值與實(shí)際逸散量之間存在差異[26,58]。

為了避免煤樣在采取全過(guò)程中發(fā)生氣體解吸逸散，實(shí)現(xiàn)瓦斯含量精準(zhǔn)測(cè)試，筆者提出可最大程度防止煤樣在孔內(nèi)提升和地面暴露過(guò)程中氣體解吸逸散的有效保壓保瓦斯取芯工具原理，同時(shí)通過(guò)多重防轉(zhuǎn)的取芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和作業(yè)工藝，實(shí)現(xiàn)取芯過(guò)程對(duì)煤樣的低擾動(dòng)，進(jìn)一步降低所取煤樣解吸的可能性，確保所取煤樣與煤層原位瓦斯含量一致。因此，采用該工具與方法所測(cè)瓦斯含量?jī)H由解吸氣含量和殘余氣含量2部分構(gòu)成，即煤層瓦斯含量Qm=Q2+Q3。

2 原位保壓保瓦斯取芯原理及設(shè)計(jì)

深部煤礦原位保壓保瓦斯取芯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須充分考慮煤礦井下空間限制，同時(shí)兼顧取芯器的保壓性能、保瓦斯效率、取芯過(guò)程對(duì)煤樣的防轉(zhuǎn)低擾、隨鉆測(cè)量等技術(shù)難題，給系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)極大困難。因此，初步構(gòu)想將連續(xù)導(dǎo)管技術(shù)引入煤礦坑道取芯作業(yè)系統(tǒng)，發(fā)揮連續(xù)導(dǎo)管取芯過(guò)程的防轉(zhuǎn)低擾特性，聯(lián)合牟合方蓋保壓控制器，以期達(dá)到穩(wěn)定高效的原位保壓保瓦斯取芯目標(biāo)。

2.1 原位保壓保瓦斯取芯原理

如何在取芯鉆孔內(nèi)的有限空間實(shí)現(xiàn)巖芯艙的自動(dòng)密封及微擾取芯是深部原位保壓保瓦斯取芯系統(tǒng)的核心難題。筆者基于牟合方蓋幾何原理，集成多重防轉(zhuǎn)微擾取芯技術(shù)，提出了保壓保瓦斯取芯工具構(gòu)想，為后續(xù)煤礦瓦斯壓力測(cè)定與含量精準(zhǔn)評(píng)估奠定理論基礎(chǔ)與技術(shù)支撐。

(1)原位保壓取芯原理。當(dāng)前，煤礦保瓦斯取芯常用球閥密閉型式，無(wú)論壓力控制精度、能力、成功率，還是低擾動(dòng)取芯方面，都有待進(jìn)一步完善。本文基于《九章算術(shù)·開(kāi)立圓術(shù)》(劉徽，225—295年)牟合方蓋幾何原理，提出自觸發(fā)重力式保壓控制技術(shù)。牟合方蓋保壓控制器采用2圓柱筒相貫的幾何設(shè)計(jì)思想，在取芯器管套內(nèi)設(shè)計(jì)相切1/4的蝶閥閥體(圖2)，形成閥蓋與閥座，閥蓋在重力作用下實(shí)現(xiàn)自觸發(fā)翻轉(zhuǎn)密封，且隨著上部壓力的增大可確保密封動(dòng)作的穩(wěn)定可靠。牟合方蓋作為保壓控制器能夠最大限度的增大所取巖芯直徑，又能避免取芯器外徑過(guò)大，特別適合井下小空間內(nèi)保壓取芯。

圖2 牟合方蓋保壓原理示意Fig.2 Schematic of the developed self-triggere controller

(2)原位取芯煤樣多重防轉(zhuǎn)原理。常規(guī)取芯作業(yè)中內(nèi)管總成有時(shí)也會(huì)設(shè)置防轉(zhuǎn)組件，但該組件結(jié)構(gòu)單一，僅靠一組推力軸承作為防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，巖芯筒仍會(huì)因摩擦阻力隨外鉆高速轉(zhuǎn)動(dòng)，很容易對(duì)煤樣造成較大的擾動(dòng)，導(dǎo)致煤巖裂隙發(fā)育甚至破碎，對(duì)瓦斯原位吸附解吸狀態(tài)產(chǎn)生很大影響。為此特設(shè)計(jì)了巖芯筒防轉(zhuǎn)的單動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)多級(jí)逐層削弱擾動(dòng)降低取芯鉆進(jìn)對(duì)樣品的擾動(dòng)。該巖芯筒防轉(zhuǎn)的單動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)三級(jí)防轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)樣品微擾，其工作原理如圖3所示：① 一級(jí)防轉(zhuǎn)由內(nèi)管總成的推力軸承組構(gòu)成，使內(nèi)管總成上部懸掛機(jī)構(gòu)與下部保壓外筒分離，解除外筒旋轉(zhuǎn)對(duì)巖芯的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)約束，有效防止懸掛機(jī)構(gòu)隨外鉆旋轉(zhuǎn)對(duì)保壓外筒擾動(dòng)；② 二級(jí)防轉(zhuǎn)主要由取芯筒組件內(nèi)部的復(fù)合軸承組構(gòu)成，內(nèi)部巖芯筒通過(guò)此軸承固定在保壓外筒內(nèi)部。復(fù)合軸承將推力軸承與徑向軸承集成為一體，實(shí)現(xiàn)了軸徑向一體化防轉(zhuǎn)，從而做到內(nèi)部巖芯筒與保壓外筒分離，解除外筒旋轉(zhuǎn)對(duì)巖芯的徑向轉(zhuǎn)動(dòng)約束，進(jìn)一步削弱扭轉(zhuǎn)擾動(dòng)傳遞；③ 三級(jí)防轉(zhuǎn)由連續(xù)導(dǎo)管、中心桿及巖芯筒構(gòu)成，中心桿下部與巖芯筒通過(guò)花鍵實(shí)現(xiàn)軸向固定，上部與連續(xù)導(dǎo)管連接，由于連續(xù)導(dǎo)管是內(nèi)空鋼管，從孔底一直延續(xù)到地面，具有非常好的抗扭特性，實(shí)現(xiàn)巖芯筒在孔底位置的空間坐標(biāo)準(zhǔn)確固定，實(shí)現(xiàn)取芯作業(yè)對(duì)巖芯樣品的三級(jí)防轉(zhuǎn)。

圖3 內(nèi)管總成多重防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)示意Fig.3 Schematic diagram of multiple anti-rotation mechanism

2.2 深部原位保壓取芯技術(shù)探索與優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對(duì)現(xiàn)有保壓取芯器耐壓能力與密封效果的不足，基于牟合方蓋幾何保壓原理創(chuàng)新設(shè)計(jì)了5種構(gòu)形的保壓控制器，分別為A1型(30°錐角)、A2型(40°錐角)、A3型(50°錐角)、D型(球殼形)以及E型——馬鞍形底座(圖4)，均采用異型曲面密封設(shè)計(jì)，總體可分為閥蓋與閥座，并集成密封圈。

根據(jù)密封工藝設(shè)計(jì)，當(dāng)壓力小于20 MPa時(shí)為軟密封，密封功能主要由氟橡膠密封圈完成;當(dāng)壓力增大到一定程度后，進(jìn)入金屬與金屬的硬密封階段。此外，在取芯器內(nèi)部特殊設(shè)計(jì)了初始密封比壓機(jī)構(gòu)[59-60]，取芯動(dòng)作完成后自動(dòng)觸發(fā)，壓緊密封圈，堵塞流道、間隙，保障低壓初始密封性能。同時(shí)，基于接觸力學(xué)理論，針對(duì)密封接觸面型(異型曲面)及粗糙度進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，增強(qiáng)整體的密封能力。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，無(wú)論采用氟橡膠密封圈、丁晴橡膠密封圈，都可以保證初始的密封性能。因此，在取芯完畢保壓控制器順利蓋下后不會(huì)導(dǎo)致密封失效，所取樣品壓力不存在壓力泄漏問(wèn)題，適用于地層瓦斯壓力較大的保壓取芯作業(yè)。

圖4 保壓控制器剖面Fig.4 Profile of pressure maintaining controller

保壓控制器的空間結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，直接影響到保壓控制器的應(yīng)力集中及非均勻變形程度?；贏BAQUS有限元數(shù)值仿真，對(duì)控制器的耐壓強(qiáng)度進(jìn)行了驗(yàn)證，仿真的幾何模型底座高度為30 mm、外徑79 mm，閥蓋厚度為8 mm。圖5為A1型30°錐形保壓控制器網(wǎng)格模型圖，采用彈塑性本構(gòu)模型，閥蓋與閥座接觸面采用面面接觸，摩擦因數(shù)設(shè)為0.2，邊界條件為底端固定，閥蓋上施加水壓荷載。材料為較為常用的304不銹鋼，通過(guò)四川大學(xué)島津AGS-X系列電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行室溫拉伸測(cè)試，其屈服強(qiáng)度為613.6 MPa，抗拉強(qiáng)度為828.6 MPa。

圖5 網(wǎng)格劃分及邊界條件Fig.5 Meshing and boundary conditions

仿真結(jié)果顯示，隨著載荷的增加，保壓器閥蓋短軸邊緣沿接觸面發(fā)生較大位移，接觸壓力降低，無(wú)法提供足夠的密封比壓;而后，金屬密封失效，密封間隙增大，密封圈被擠出。以40°壓力控制器為例(圖6)，當(dāng)壓力增加到66.3 MPa時(shí)，閥蓋兩翼位移達(dá)0.63 mm，閥蓋與閥座分離，形成潛在的泄漏薄弱處。因此，可通過(guò)密封面的接觸壓強(qiáng)變化特征判斷保壓控制器極限耐壓強(qiáng)度，即以泄漏薄弱處接觸壓強(qiáng)降低時(shí)的荷載來(lái)評(píng)估保壓控制器的極限耐壓強(qiáng)度。隨著錐形角度的增加，邊緣的有效支撐面增大，極限強(qiáng)度也就越高，30°，40°，50°錐形保壓控制器極限強(qiáng)度仿真結(jié)果分別約27.8，66.3和100.5 MPa。在200 MPa荷載作用下，D型、E型的接觸壓強(qiáng)沒(méi)有降低趨勢(shì)，極限耐壓強(qiáng)度較高。

圖6 40°，66.3 MPa下錐形保壓控制器數(shù)值仿真結(jié)果Fig.6 Numerical simulation results of 40° conical pressure maintaining controller at 66.3 MPa

保壓控制器臨界荷載等效應(yīng)力如圖7所示。A1，A2，A3型保壓控制器的閥蓋在極限荷載作用下閥蓋底面中部等效應(yīng)力分別達(dá)到543，821，881 MPa。D型、E型保壓控制器應(yīng)力集中在邊緣，分別為999.8和1 185.0 MPa。

圖7 保壓控制器臨界荷載等效應(yīng)力云圖(背面)Fig.7 Equivalent stress nephogram of critical load of pressure maintaining controller (back)

為進(jìn)一步測(cè)試牟合方蓋保壓控制器的極限耐壓強(qiáng)度，自主設(shè)計(jì)了專(zhuān)門(mén)用于測(cè)試保壓控制器保壓能力的實(shí)驗(yàn)室模擬測(cè)試系統(tǒng)(量程為100 MPa)。該系統(tǒng)主要由控制系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、DHDAS應(yīng)變信號(hào)采集分析系統(tǒng)、壓力艙、增壓泵等組成。試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)增壓口向試驗(yàn)艙體內(nèi)注入流體提高壓力，直至保壓控制器密封失效，液壓泄漏(圖8)，加壓曲線峰值即為測(cè)試件的極限耐壓強(qiáng)度。對(duì)5種構(gòu)型保真控制器進(jìn)行了耐壓測(cè)試(圖9)，結(jié)果表明，A1型極限耐壓強(qiáng)度為24.0 MPa，A2型65.2 MPa，A3型98.0 MPa，D型48.2 MPa，E型100.9 MPa。其中，D型保壓控制器由于試件極易翻轉(zhuǎn)，導(dǎo)致耐壓測(cè)試過(guò)程不穩(wěn)定。E型耐壓強(qiáng)度高，已達(dá)到設(shè)備的最大加載能力，且可保壓24 h無(wú)泄漏。

圖8 密封失效Fig.8 Seal failure

圖9 煤礦原位保壓保瓦斯取芯器耐壓測(cè)試Fig.9 Pressure test device of the corer

多次試驗(yàn)表明無(wú)論采用氟橡膠密封圈、丁晴橡膠密封圈，都可以保證初始的密封性能。即使采用304不銹鋼材料，優(yōu)化設(shè)計(jì)的保壓控制器極限耐壓強(qiáng)度最低可達(dá)24 MPa(A1型)，最高可達(dá)到100.9 MPa(E型)以上。保壓控制器的耐壓能力和密封可靠性均可滿足當(dāng)前深部煤礦原位保壓保瓦斯的需求。在此基礎(chǔ)上，考慮取芯器裝配的便捷性和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際保壓保瓦斯需要，優(yōu)先選用A型保壓控制器。

2.3 原位取芯多重防轉(zhuǎn)的連續(xù)導(dǎo)管優(yōu)化設(shè)計(jì)

小型化連續(xù)導(dǎo)管是深部煤礦原位保壓保瓦斯取芯系統(tǒng)的重要組成部分，主要包括機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。機(jī)械系統(tǒng)包括:卷筒總成(滾筒、連續(xù)導(dǎo)管、動(dòng)力軸頭和信號(hào)軸頭、排管裝置、減速機(jī)及制動(dòng)系統(tǒng))、注入頭總成(注入頭、導(dǎo)向拱裝置、傳動(dòng)鏈條組、夾持塊、壓緊裝置、張緊裝置、減速機(jī)及液壓馬達(dá)等)、液壓動(dòng)力系統(tǒng)等;連續(xù)導(dǎo)管裝置的控制系統(tǒng)集成在鉆機(jī)控制臺(tái)。取芯作業(yè)時(shí)連續(xù)導(dǎo)管通過(guò)快拔接頭與井下取芯器的中心桿相連，保證巖芯在巖芯筒內(nèi)的穩(wěn)定防轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)抗扭防轉(zhuǎn)微擾動(dòng)取芯。為了進(jìn)一步優(yōu)化連續(xù)導(dǎo)管設(shè)計(jì)，并檢驗(yàn)其在取芯作業(yè)工況下的動(dòng)作執(zhí)行效果，開(kāi)展了數(shù)值仿真分析與室內(nèi)抗扭能力測(cè)試。

2.3.1連續(xù)導(dǎo)管抗扭特性仿真分析

基于ABAQUS有限元數(shù)值仿真，假設(shè)連續(xù)導(dǎo)管為均一直管構(gòu)型，忽略連續(xù)導(dǎo)管在卷筒上塑性彎曲變形，采用Beam31梁?jiǎn)卧?，材料為CT90鋼。取芯作業(yè)時(shí)連續(xù)導(dǎo)管地面上端由注入頭夾持，下端連接保壓保瓦斯取芯器，因此在有限元模擬設(shè)置邊界條件時(shí)，邊界條件的設(shè)置將連續(xù)導(dǎo)管上端固定，施加連續(xù)導(dǎo)管與取芯器自重約70 kg，底端施加1 000 N·m的扭矩，在取芯系統(tǒng)多重防轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)下，該扭矩?cái)?shù)值遠(yuǎn)大于取芯作業(yè)時(shí)連續(xù)導(dǎo)管承受的扭矩值，整體計(jì)算結(jié)果將趨于保守，確保連續(xù)導(dǎo)管固定取芯器效果良好。

為分析連續(xù)導(dǎo)管壁厚對(duì)扭轉(zhuǎn)的影響，固定模型外徑為38.1 mm、長(zhǎng)度30 m，壁厚分別為2.77，3.00，3.18，3.40，3.68，3.96，4.44，4.77，5.18，5.68，6.35，7.13，7.62 mm。計(jì)算獲得連續(xù)導(dǎo)管在1 000 N·m扭矩作用下不同壁厚工況下的轉(zhuǎn)角，提取最下端節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)角和Mises應(yīng)力。如圖10所示，在扭矩、管長(zhǎng)、外徑一定時(shí)，連續(xù)導(dǎo)管扭轉(zhuǎn)角隨壁厚的增加逐漸變小，即壁厚越大，連續(xù)導(dǎo)管轉(zhuǎn)角和Mises應(yīng)力越小，連續(xù)導(dǎo)管抗扭性能越好，對(duì)取芯器的固定效果越佳，巖芯受到的擾動(dòng)越小。另一方面考慮到壁厚越大連續(xù)導(dǎo)管質(zhì)量越大，鉆機(jī)負(fù)載越大，必須優(yōu)選最合適的壁厚值。從扭轉(zhuǎn)角度隨壁厚變化曲線變化趨勢(shì)(曲線斜率)來(lái)看，當(dāng)連續(xù)導(dǎo)管壁厚大于3.18 mm時(shí)，壁厚的增加對(duì)抗扭性能的提升幅度變小，因此兼顧抗扭性能和鉆機(jī)負(fù)載，優(yōu)選3.18 mm壁厚的連續(xù)導(dǎo)管。

圖10 不同壁厚CT90鋼連續(xù)導(dǎo)管應(yīng)力與轉(zhuǎn)角Fig.10 Stress and angle of CT90 with different thickness

為進(jìn)一步定量化分析連續(xù)管直徑對(duì)扭轉(zhuǎn)角的影響，固定壁厚3.18 mm、長(zhǎng)30 m，分別計(jì)算了直徑為25.4，31.8，38.1，44.4，50.8，60.3 mm的CT90鋼連續(xù)導(dǎo)管在1 000 N·m扭矩作用下的轉(zhuǎn)角和Mises應(yīng)力(圖11)?？梢?jiàn)，在扭矩、壁厚、長(zhǎng)度一定時(shí)，直徑越大，連續(xù)導(dǎo)管扭轉(zhuǎn)角和Mises應(yīng)力越小，即連續(xù)導(dǎo)管抗扭性能越好，對(duì)取芯器的固定效果越佳，巖芯受到的擾動(dòng)越小。另一方面，考慮到直徑的增加將會(huì)導(dǎo)致卷筒和導(dǎo)向拱尺寸過(guò)大，在巷道受限空間完成取芯作業(yè)對(duì)取芯裝備的高度有限制，因此必須優(yōu)選合適的直徑值。從扭轉(zhuǎn)角度隨直徑變化曲線變化趨勢(shì)(曲線斜率)來(lái)看，連續(xù)導(dǎo)管直徑大于38.1 mm后，隨直徑的增加，抗扭性能提升幅度變小，兼顧抗扭性能和裝備尺寸，優(yōu)選直徑為38.1 mm規(guī)格的連續(xù)導(dǎo)管。

圖11 不同直徑CT90鋼連續(xù)導(dǎo)管應(yīng)力與轉(zhuǎn)角Fig.11 Stress and angle of CT90 with different diameter

綜上，連續(xù)導(dǎo)管壁厚越大、直徑越大，在井下扭矩作用下轉(zhuǎn)角越小，即此時(shí)抗扭能力越大，連續(xù)導(dǎo)管本身的應(yīng)力越小，有利于連續(xù)導(dǎo)管的連續(xù)長(zhǎng)期作業(yè)。在工程實(shí)踐中，如邊界條件允許應(yīng)盡可能選用大直徑、大壁厚的連續(xù)導(dǎo)管作業(yè)。結(jié)合本研究特點(diǎn)，兼顧連續(xù)導(dǎo)管的壁厚、直徑、抗扭能力以及在巷道受限空間內(nèi)完成取芯作業(yè)，盡可能減輕自重、降低裝備整體高度，初步選用直徑38.1 mm、壁厚為3.18 mm的CT90鋼連續(xù)導(dǎo)管。

2.3.2連續(xù)導(dǎo)管抗扭能力實(shí)驗(yàn)室測(cè)試

連續(xù)導(dǎo)管作業(yè)時(shí)由從卷筒上纏繞的狀態(tài)拉出，經(jīng)導(dǎo)向拱后在注入頭的牽引下進(jìn)入井眼，先后經(jīng)歷了卷筒-無(wú)支撐段、無(wú)支撐段-導(dǎo)向拱、導(dǎo)向拱-注入頭3次塑性彎曲和拉直變形，導(dǎo)致連續(xù)導(dǎo)管存在一定的殘余彎曲變形和殘余應(yīng)力，連續(xù)導(dǎo)管的抗扭仿真計(jì)算通過(guò)控制單一變量，給出了連續(xù)導(dǎo)管的優(yōu)選尺寸，仿真分析中將連續(xù)導(dǎo)管簡(jiǎn)化假設(shè)為直管構(gòu)型，難以充分考慮殘余彎曲變形和殘余應(yīng)力的影響。為了檢驗(yàn)連續(xù)導(dǎo)管的實(shí)際抗扭能力，截取了一段經(jīng)歷前文所述塑性彎曲拉直過(guò)程的連續(xù)導(dǎo)管，進(jìn)一步開(kāi)展了連續(xù)導(dǎo)管室內(nèi)抗扭實(shí)驗(yàn)。

圖12 彎扭復(fù)合疲勞試驗(yàn)機(jī)Fig.12 Bending torsion compound fatigue testing machine

實(shí)驗(yàn)儀器為中煤科工集團(tuán)西安研究院的彎扭復(fù)合疲勞試驗(yàn)機(jī)(圖12)，分析對(duì)比了直徑為38.1 mm和25.4 mm的連續(xù)導(dǎo)管校直效果，實(shí)驗(yàn)長(zhǎng)度為9 m，扭矩為800 N·m。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在相同扭矩負(fù)載情況下，直徑38.1 mm的連續(xù)導(dǎo)管扭轉(zhuǎn)角度為145°，而直徑25.4 mm連續(xù)導(dǎo)管扭轉(zhuǎn)角度約為直徑38.1 mm連續(xù)導(dǎo)管的3倍。在上述連續(xù)導(dǎo)管的仿真中，直徑25.4 mm連續(xù)導(dǎo)管扭轉(zhuǎn)角度約為直徑38.1 mm連續(xù)導(dǎo)管的2倍?？梢钥闯?，連續(xù)導(dǎo)管的尺寸對(duì)于其抗扭性能有極大的影響，結(jié)合連續(xù)導(dǎo)管數(shù)值仿真的結(jié)果分析，直徑38.1 mm的連續(xù)導(dǎo)管可較好的滿足取芯系統(tǒng)防轉(zhuǎn)功能。

2.4 保壓保瓦斯取芯系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)上述各部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，初步研制了深部煤礦原位保壓保瓦斯取芯系統(tǒng)，主要由煤礦坑道鉆機(jī)、連續(xù)導(dǎo)管裝備、保壓保瓦斯取芯器等組成(圖13)。為了解決煤礦井下的空間高度限制，采用模塊化設(shè)計(jì)將整套裝備系統(tǒng)小型化、輕量化。其中，連續(xù)導(dǎo)管裝備的卷筒部分和鵝頸注入頭部分分別集成于分離式坑道鉆機(jī)的2個(gè)平臺(tái)?？拥楞@機(jī)為整個(gè)取芯作業(yè)提供動(dòng)力，連續(xù)導(dǎo)管與孔底的取芯器連接，可實(shí)現(xiàn)巖芯筒防轉(zhuǎn)、隨鉆隨測(cè)的目的。

保壓保瓦斯取芯器由外管總成和內(nèi)管總成組成，理論最大取芯長(zhǎng)度350 mm，取芯直徑50 mm。外管總成(圖14)包括彈卡室、懸掛環(huán)、擴(kuò)孔器和取芯鉆頭等，主要用來(lái)傳遞取芯動(dòng)力，輔助取芯內(nèi)管總成完成取芯作業(yè)。

圖13 坑道鉆機(jī)與連續(xù)導(dǎo)管裝備Fig.13 Tunnel drilling rig and coiled tubing equipment

內(nèi)管總成(圖15)包括彈卡機(jī)構(gòu)、單動(dòng)機(jī)構(gòu)、儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)、懸掛機(jī)構(gòu)、保壓控制器及中心桿組件等，主要機(jī)構(gòu)的工作原理如下:

(1)彈卡機(jī)構(gòu)。即定位機(jī)構(gòu)，內(nèi)設(shè)彈卡鉗借助張簧的張力而緊貼在彈卡室的內(nèi)壁上，實(shí)現(xiàn)內(nèi)管總成在外管軸向的相對(duì)坐標(biāo)定位，防止內(nèi)管總成上竄。

圖15 內(nèi)管總成(保壓保瓦斯取芯器)示意Fig.15 Schematic diagram of inner pipe assembly

(2)單動(dòng)機(jī)構(gòu)。由推力軸承組與復(fù)合軸承組共同構(gòu)成;確保在外管取芯轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中內(nèi)管僅僅在垂直方向運(yùn)動(dòng)，少甚至不發(fā)生旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)取芯作業(yè)全過(guò)程巖芯筒的“理論靜止”，可以有效減少取芯作業(yè)擾動(dòng)給煤樣帶來(lái)的強(qiáng)烈擾動(dòng)。

(3)儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)。采用惰性氣體預(yù)設(shè)壓力機(jī)構(gòu)，當(dāng)保壓腔內(nèi)因泄漏或其他因素造成壓力變化時(shí)，可以自動(dòng)識(shí)別并對(duì)內(nèi)部壓力進(jìn)行補(bǔ)償平衡調(diào)節(jié)，一定程度上可以確保取芯過(guò)程原位壓力的維持。

(4)懸掛機(jī)構(gòu)。取芯長(zhǎng)度達(dá)到預(yù)定目標(biāo)后，內(nèi)管總成到達(dá)外管總成的預(yù)定位置，懸掛機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)限制內(nèi)管總成的繼續(xù)下行。

(5)保壓控制器。該系統(tǒng)的核心部件，采用牟合方蓋構(gòu)型，實(shí)現(xiàn)孔底原位自觸發(fā)式保壓密封取芯。

(6)中心桿組件。與連續(xù)導(dǎo)管連接，貫穿整個(gè)取芯系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)取芯作業(yè)關(guān)鍵動(dòng)作觸發(fā)、防扭抗擾動(dòng)、信號(hào)傳遞等功能。

3 保壓保瓦斯取芯工藝與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

深部煤礦原位保壓保瓦斯取芯需要坑道鉆機(jī)、連續(xù)導(dǎo)管裝備、保壓取芯器等多裝備，在煤礦坑道狹小空間內(nèi)協(xié)同作業(yè)，工業(yè)設(shè)計(jì)可分為4個(gè)主要工序:取芯器裝配、鉆進(jìn)取芯、提芯密封和保真艙巖芯回收(圖16)。

(1)取芯器裝配。開(kāi)始取芯前，需在地面進(jìn)行取芯器的內(nèi)外鉆安裝，中心桿上端與連續(xù)導(dǎo)管連接，并進(jìn)行全部件的檢測(cè)、調(diào)整、校正，包括彈卡機(jī)構(gòu)、單動(dòng)機(jī)構(gòu)、懸掛機(jī)構(gòu)等狀態(tài)。

(2)鉆進(jìn)取芯。動(dòng)力扭矩由地面取芯鉆機(jī)提供，上部在連續(xù)管配合下給予垂直壓力實(shí)現(xiàn)鉆頭切割地層，向下鉆進(jìn)，巖芯進(jìn)入取芯筒，到達(dá)預(yù)設(shè)深度后系統(tǒng)報(bào)警提示。

(3)提芯密封。當(dāng)所取巖芯達(dá)到一定預(yù)設(shè)長(zhǎng)度時(shí)，依靠連續(xù)導(dǎo)管提拉保真取芯器，將巖芯提入取芯器內(nèi)置的保壓巖芯艙內(nèi)，保壓控制器自動(dòng)封閉，實(shí)現(xiàn)巖芯的保壓存儲(chǔ)。

(4)保真艙巖芯回收。連續(xù)導(dǎo)管繼續(xù)上提，彈卡機(jī)構(gòu)收縮，取芯器脫離外鉆，直至被連續(xù)導(dǎo)管提拉鉆具到達(dá)地面，獲取保真艙巖芯。

圖16 鉆進(jìn)取芯示意Fig.16 Schematic diagram of coring

為了檢驗(yàn)系統(tǒng)的取芯工藝和系統(tǒng)各部分的協(xié)同工作能力，并進(jìn)一步驗(yàn)證保壓保瓦斯取芯器的保壓性能和連續(xù)導(dǎo)管的抗扭特性，利用所研發(fā)的取芯系統(tǒng)原理樣機(jī)開(kāi)展了地面取芯測(cè)試試驗(yàn)(圖17)，試驗(yàn)地點(diǎn)位于陜西省寶雞市陳倉(cāng)區(qū)(圖18)。試驗(yàn)采用鉆機(jī)為ZDY4000BX分離式坑道鉆機(jī)，額定扭矩4 000 N·m，額定轉(zhuǎn)速380 r/min，鉆桿直徑114 mm。平均機(jī)械轉(zhuǎn)速約為90 r/min，取芯深度為6～12 m?；隍?yàn)證系統(tǒng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作可行性的試驗(yàn)?zāi)康暮腿⌒粳F(xiàn)場(chǎng)工況，小規(guī)格的連續(xù)導(dǎo)管具備足夠的防轉(zhuǎn)低擾動(dòng)性能，滿足測(cè)試需求。因此，選用直徑18 mm，壁厚2 mm，管線材質(zhì)為CT80鋼的連續(xù)導(dǎo)管進(jìn)行試驗(yàn)。

圖17 保壓保瓦斯取芯器實(shí)物Fig.17 Pressure and gas maintaining coring tool

共進(jìn)行了27次取芯試驗(yàn)，在現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)和不斷優(yōu)化的基礎(chǔ)上，取芯系統(tǒng)各模塊實(shí)現(xiàn)了協(xié)調(diào)工作，完成了井下取芯器的鉆進(jìn)、取芯和提拉，取芯過(guò)程中連續(xù)導(dǎo)管的防轉(zhuǎn)性能良好，且連續(xù)3次成功獲取到保壓樣品(圖19)，巖芯長(zhǎng)度分別為240，340，310 mm。

圖18 深部煤礦原位保壓保瓦斯取芯系統(tǒng)地面試驗(yàn)Fig.18 Field test of in situ pressure and gas maintaining coring system

圖19 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)獲取的保壓水及巖芯Fig.19 Pressure maintaining water and cores obtained from field test

4 結(jié)論與展望

(1)剖析了深部原位煤層壓力的內(nèi)涵，闡明了保壓保瓦斯取芯的目標(biāo)為維持原位瓦斯壓力和原位水壓力進(jìn)行煤層樣品獲取;進(jìn)一步建議了基于本系統(tǒng)測(cè)得原位壓力計(jì)算原位瓦斯壓力的方法。

(2)基于牟合方蓋幾何原理創(chuàng)新設(shè)計(jì)了5種構(gòu)型的保壓控制器，采用自主設(shè)計(jì)的室內(nèi)保壓特性試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明當(dāng)前保壓控制器的極限耐壓強(qiáng)度可達(dá)100.9 MPa。

(3)分析了不同壁厚、不同扭矩作用下連續(xù)導(dǎo)管的抗扭特性，連續(xù)導(dǎo)管壁厚越大、直徑越大，連續(xù)導(dǎo)管的轉(zhuǎn)角越小。兼顧抗扭性能和裝備尺寸，優(yōu)選直徑38.1 mm、壁厚3.18 mm、CT90鋼連續(xù)導(dǎo)管，以滿足井下保壓保瓦斯取芯作業(yè)需求。

(4)提出了一種適用于煤礦巷道受限空間內(nèi)的保壓保瓦斯取芯作業(yè)鉆機(jī)取芯原理與系統(tǒng)，并開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，系統(tǒng)整體運(yùn)行良好并取得保壓樣品。

筆者提出的深部煤礦保壓保瓦斯取芯原理與關(guān)鍵技術(shù)，可消除直接法測(cè)定瓦斯含量時(shí)損失氣對(duì)其結(jié)果準(zhǔn)確程度的影響，具有結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)、作業(yè)效率高、抗扭轉(zhuǎn)、低擾動(dòng)等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。但在自觸發(fā)式保壓技術(shù)、多重防轉(zhuǎn)取芯技術(shù)等方面仍有很大的提升空間，也將是后續(xù)的重點(diǎn)攻關(guān)方向。以上研究除了應(yīng)用于煤礦領(lǐng)域外，也可為深?？扇急⌒尽⒃禄Ｕ嫒⌒咎降V等領(lǐng)域提供技術(shù)儲(chǔ)備與方法借鑒。

致謝感謝寶雞通力鼎新有限公司對(duì)原理樣機(jī)測(cè)試提供現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)基地。