CN101446193A - 一种煤层瓦斯压力和煤壁应力的检测装置及方法 - Google Patents

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一种煤层瓦斯压力和煤壁应力检测装置及方法，其检测装置是由穿过岩层置入煤壁钻孔内的压力检测器、应力检测器和设在煤壁钻孔外部的模数转换器、单片机和显示器构成，其检测方法是在煤层上钻孔，将压力检测器和应力检测器送入钻孔内部，两种检测器分别监测煤层内部的瓦斯压力和煤壁应力，压力检测器将检测信息转化成标准电流信号，应力检测器将检测信息转化成电压信号并进行放大，电流和电压信号通过导线传送到钻孔外，经模数转换器转换为数字信号；再经单片机程序运算和处理后，即可在显示屏上显示出煤层瓦斯压力和煤壁应力的数值，不仅可以大幅缩短煤层内瓦斯压力测量时间，而且降低了封孔的技术要求，节约成本。

Description

一种煤层瓦斯压力和煤壁应力的检测装置及方法
技术领域
本发明涉及一种煤层瓦斯压力和煤壁应力的检测装置及方法，尤其适用于煤矿井下瓦斯储量、瓦斯抽放、瓦斯涌出与瓦斯突出等基本参数的检测。
背景技术
研究与评价瓦斯储量、瓦斯抽放、瓦斯涌出与瓦斯突出等煤矿瓦斯治理问题，多年来一直是该技术领域内的一大难题，而获取煤层瓦斯压力和煤壁应力是解决上述问题的关键，因此如何准确并快速的测定煤层瓦斯压力和煤壁应力具有重要意义。目前已有的检测煤层瓦斯压力方法仅只是采用压力表的测量方法，其主要方式是用金属导气管将煤层内瓦斯引到煤层钻孔外，封孔之后将压力表接在导气管上进行压力测量，虽然该技术能够对煤壁进行煤层瓦斯压力的检测，但由于导气管连接不善会引起漏气，要求封孔的技术高，需换表操作，施工难度高，成本高，且压力的恢复时间较长，无法进行快速检测，此外目前还没有对煤壁应力进行测试的方法。
发明内容
本发明的目的是针对已有技术中存在的问题，提供一种结构简单，方法简便，易施工，成本低，快速准确，效果好的煤层瓦斯压力和煤壁应力检测装置及方法。
本发明的检测装置是由穿过岩层置入煤壁钻孔内的压力检测器、应力检测器和设在煤壁钻孔外部的模数转换器、单片机和显示器构成，其中：压力检测器和应力检测器的输出端分别与设在煤壁钻孔外部的模数转换器的输入端相连接，模数转换器的输出端与单片机的输入端相连接，单片机的输出端连接显示器。
所述的压力检测器由压力传感器、电阻、电容、二极管和集成块组成；压力传感器由四个电阻串连的电桥构成，该电桥的上节点连接集成块的恒流输出端，下节点通过电阻连接集成块的输出端，电桥左右两个节点分别连接集成块的两个输入端，集成块的3个零点调节端依次连接有电位器、电阻、电位器，以调节精密电流变送电路的零点输出；集成块的2个满量程调节端之间连有电位器；+12V电源和集成块的供电端+V之间连有一个起极性保护作用的二极管；所述的应力检测器由集成加速度传感器和运算放大器组成，集成加速度传感器的+VSS端接+5V电源，COM端接地，其输出端通过电阻接运算放大器的反向输入端，其比较端通过电阻接运算放大器的同向输入端，运算放大器的输出端与同向输入端之间连有一个反馈电阻；加速度传感器将应力的变化转化成电压信号并从输出端输出，运算放大器和三个电阻将输出端VOUT端的电压信号放大并输送到集成模数转换器的输入端；所述单片机的型号为89S51；所述集成块的型号为XTR101。
本发的检测方法：
a.向着煤层方向的岩壁钻孔，直至煤层，抽出钻杆；
b.用推杆将压力检测器和应力检测器送入钻孔底部；
c.对钻孔进行封堵；
d.将压力检测器和应力检测器的导线与钻孔外部的模数转换器输入端连接，模数转换器将数字信号传送至单片机，单片机对数字信号进行处理，计算得出瓦斯压力和煤壁应力的数值，通过连接在单片机输出端的显示器显示检测结果。
有益效果：采用在煤壁钻孔内设置压力检测器和应力检测器，通过导线传输检测信息，用单片机对检测信息进行处理，可以同时检测煤层瓦斯压力和煤壁应力两种信息，不仅检测速度快，而且检测精度高，为研究与评价瓦斯储量、瓦斯抽放、瓦斯涌出与瓦斯突出等煤矿瓦斯治理问题提供了重要的基本参数，为煤矿井施工提供了安全保障，与现有技术相比，不仅可以大幅缩短煤层内瓦斯压力恢复时间，避免了因导气管连接不善而引起的漏气，而且降低了封孔的技术要求，节约成本；无需换表操作，减小了施工难度，在本技术领域内具有广泛的实用性。
附图说明
图1是本发明的煤层瓦斯压力和煤壁应力的检测装置构成框图；
图2是本发明的煤层瓦斯压力和煤壁应力的检测装置电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：
图1所示，由压力检测器、应力检测器、模数转换器、单片机和显示器构成，压力检测器和应力检测器设在穿过岩层的煤壁钻孔的煤层底部，压力检测器和应力检测器的输出端分别与设在煤壁钻孔外部的模数转换器相连接，模数转换器的输出端与单片机的输入端连接，单片机的输出端连接显示器，模数转换器通过连接单片机和与单片机相连接的显示器显示数据，当煤壁钻孔内压力检测器和应力检测器检测到相应的压力与应力后，压力检测器器将检测出的瓦斯压力信息转化成标准电流信号，应力检测器将煤壁应力信息转化成电压信号，向设在煤壁钻孔外部的模数转换器，模数转换器将两路信号转换成数字信号传送至单片机，单片机对数字信号进行处理，计算得出瓦斯压力和煤壁应力的数值，单片机的输出端连接有用于显示检测结果的显示器，将检测结果显示出来。
图2所示，压力检测器由压力传感器、电阻、电容、二极管和集成块组成；压力传感器由四个电阻Ra、Rb、Rc、Rd串连的电桥构成，电桥上下两个节点为其输入端，上节点连接集成块XTR101的恒流输出端IREF1、IREF2，下节点通过电阻R4串联连接到集成块的输出端OUT，电桥左右两个节点为其输出端，分别连接集成块XTR101的两个输入端IN+和IN-；集成块XTR101的3个零点调节端ZA依次串联电位器R1、电阻R5、电位器R2，用以调节精密电流变送电路的零点输出，集成块XTR101的2个满量程调节端SPAN连接了电位器R3，用以调节精密电流变送电路的满量程输出，电源的正极和集成块XTR101的供电端+V之间连有一个二极管D1，起极性保护作用；电源的负极和集成块XTR101的输出端OUT之间有一个电阻RL，用于将输出的标准电流信号转换成电压信号。应力检测器由集成加速度传感器和运算放大器组成，采用集成加速度传感器ADXL150敏感元件，集成加速度传感器ADXL150的+VSS端接+5V电源，COM端接地，输出端VOUT通过电阻R7接运算放大器A的反向输入端，比较端OFFSET通过电阻R6接运算放大器A的同向输入端，运算放大器A的输出端与同向输入端之间有一个反馈电阻R8；加速度传感器ADXL150将应力的变化转化成电压信号并从VOUT输出，运算放大器A和三个电阻R6、R7、R8将VOUT端的电压信号放大并输送到集成模数转换器ADC0809。集成模数转换器ADC0809的输入端INO和IN7分别连接压力检测器和应力检测器的输出端，用以接收电路的输出信号。集成模数转换器ADC0809的工作电源端VCC和正参考电压端VREF+接+5V电源，其工作地端和负参考电压VREF-接地，其工作状态指示端EOC接单片机89S51的P3.0引脚，其工作端连接单片机89S51的P3.1引脚，其转换控制端ALE和START接单片机89S51的P3.2引脚，其通道选择控制端ADDA、ADDB和ADDC接单片机89S51的P3.3引脚，其8个数据输出端D0至D7分别接单片机的8个引脚P0.0至P0.7。单片机89S51的P3.4引脚连接显示器12864LCD的命令控制引脚DI，P3.5引脚连接显示器12864LCD的读写控制引脚RW，P3.6引脚连接显示器12864LCD的左半屏控制引脚CS1，P3.7引脚连接显示器12864LCD的右半屏控制引脚CS2，P1.0至P1.7的引脚分别连接显示器12864LCD的8个数据引脚DTO至DT7。
本发明的检测方法：先向着煤层方向的岩壁钻孔，直至煤层，抽出钻杆，用推杆将压力检测器和应力检测器送入钻孔底部，对钻孔进行密实封堵后，将压力检测器和应力检测器的导线与钻孔外部的模数转换器输入端连接，两种检测器分别监测煤层内部的瓦斯压力和煤壁应力，压力检测器将检测信息转化成标准电流信号，应力检测器将检测信息转化成电压信号并进行放大；电流和电压信号通过导线传送到钻孔外，通过模数转换器将数字信号传送至单片机，经单片机程序运算和处理后，即可在显示器上显示出煤层瓦斯压力和煤壁应力的数值。

Claims (6)

1、一种煤层瓦斯压力和煤壁应力的检测装置，其特征在于：它由穿过岩层置入煤壁钻孔内的压力检测器、应力检测器和设在煤壁钻孔外部的模数转换器、单片机和显示器构成，其中：压力检测器和应力检测器的输出端分别与设在煤壁钻孔外部的模数转换器的输入端相连接，模数转换器的输出端与单片机的输入端相连接，单片机的输出端连接显示器。
2、根据权利要求1所述的煤层瓦斯压力和煤壁应力的检测装置，其特征在于：所述的压力检测器由压力传感器、电阻、电容、二极管和集成块组成；压力传感器由四个电阻(Ra、Rb、Rc、Rd)串连的电桥构成，该电桥的上节点连接集成块的恒流输出端(IREF1、IREF2)，下节点通过电阻(R4)连接集成块的输出端(OUT)，电桥左右两个节点分别连接集成块的两个输入端(IN+、IN-)，集成块的3个零点调节端(ZA)依次连接有电位器(R1)、电阻(R5)、电位器(R2)，以调节精密电流变送电路的零点输出；集成块的2个满量程调节端(SPAN)之间连有电位器(R3)；+12V电源和集成块的供电端+V之间连有一个起极性保护作用的二极管(D1)。
3、根据权利要求1所述的煤层瓦斯压力和煤壁应力的检测装置，其特征在于：所述的应力检测器由集成加速度传感器(ADXL150)和运算放大器组成，集成加速度传感器(ADXL150)的+VSS端接+5V电源，COM端接地，其输出端(VOUT)通过电阻(R7)接运算放大器(A)的反向输入端，其比较端(OFFSET)通过电阻(R6)接运算放大器(A)的同向输入端，运算放大器(A)的输出端与同向输入端之间连有一个反馈电阻(R8)；加速度传感器(ADXL150)将应力的变化转化成电压信号并从输出端(VOUT)输出，运算放大器(A)和三个电阻(R6、R7、R8)将输出端(VOUT)的电压信号放大并输送到集成模数转换器(ADC0809)的输入端(IN7)。
4、根据权利要求1所述的煤层瓦斯压力和煤壁应力的检测装置，其特征在于：所述单片机的型号为89S51。
5、根据权利要求2所述的煤层瓦斯压力和煤壁应力的检测装置，其特征在于：所述集成块的型号为XTR101。
6、一种煤层瓦斯压力和煤壁应力的检测方法，其特征在于：
a.向着煤层方向的岩壁钻孔，直至煤层，抽出钻杆；
b.用推杆将压力检测器和应力检测器送入钻孔底部；
c.对钻孔进行封堵；
d.将压力检测器和应力检测器的导线与钻孔外部的模数转换器输入端连接，模数转换器将数字信号传送至单片机，单片机对数字信号进行处理，计算得出瓦斯压力和煤壁应力的数值，通过连接在单片机输出端的显示器显示检测结果。
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