CN102562033B - 微震定位测定瓦斯抽放钻孔深度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微震定位测定瓦斯抽放钻孔深度的方法，步骤如下：先测定钻头破围岩时产生的震动波在钻杆中传播的速度V；然后记录钻杆开始转动的时间t₀和声波接收器首次接收破围岩产生的声波信号的时间t；最后计算钻孔深度H=L－h，式中：h为围岩表面到声波接收器之间的距离；L为钻头到声波接收器之间的距离，L=V（t－t₀）。该方法直接利用开钻那一时刻发出的震动波来测定钻孔深度，因钻头破围岩产生的强震信号在钻杆中传播的速度很容易测定，测定震动波从钻头到声波接收器的传播时间，便可精确的计算出钻孔深度，不但测量钻孔深度精确高，监测速度快，且成本较低。

Description

微震定位测定瓦斯抽放钻孔深度的方法

技术领域

本发明涉及一种测量钻孔深度的方法，尤其涉及一种微震定位测定瓦斯抽放钻孔深度的方法。

背景技术

煤矿开采过程中因瓦斯存在，对煤矿安全开采带来巨大的危害，如瓦斯爆炸、瓦斯突出等，严重危害矿井工人的生命安全及造成巨大经济损失。所以，现有矿井开采时，在巷道开挖时对待开采煤层进行钻孔，便于煤层中瓦斯的溢出，减少瓦斯灾害的发生。然而，在现实煤矿钻孔排除瓦斯时，部分企业或施工人员为减少工作量，节约成本，往往在钻孔时减少钻孔深度，使得待开挖煤层瓦斯排放量不足，形成潜在危害。一般煤矿瓦斯抽放钻孔深度在100m左右，是目前设计的安全钻孔深度，而在实际中，多数钻孔深度仅在设计钻孔深度的50%，严重影响后续开采工作的安全。

现有技术中，测量钻孔深度的方法主要存在如下不足：测量瓦斯抽放钻孔深度的方法仅用测定钻孔机活塞的行程来获得钻孔深度，而活塞行程可人为设置，易发生改变，不能真实反映钻孔深度；另外，在巷道围岩面布置测点确定钻头震源位置的方法需要至少4个探头，因围岩不均匀，测量误差很大，且监测速度慢，单日内监测数量少，成本高。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，本发明提供了一种测量钻孔深度精确高，监测速度快，且成本较低的微震定位测定瓦斯抽放钻孔深度的方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

微震定位测定瓦斯抽放钻孔深度的方法，在该方法中采用了一种测定瓦斯抽放钻孔深度的装置，该测定瓦斯抽放钻孔深度的装置包括钻头、钻杆、电动机、声波分析仪和声波接收器，所述钻头固定在钻杆的一端上，钻杆的另一端与电动机的动力输出轴连接，声波接收器固定在钻杆的另一端部上；

该方法包括如下步骤：

1）测定钻头破围岩时产生的震动波在钻杆中传播的速度V；

2）在围岩上安装测定瓦斯抽放钻孔深度的装置，使钻杆垂直于围岩，钻头伸入钻孔内并与钻孔底部的围岩接触；

3）同步启动电动机和声波接收器，并用计时器记录钻杆开始转动的时间t ₀ ；

4）将声波接收器接收钻头破围岩产生的声波信号输入声波分析仪，由声波分析仪进行滤波处理，以获得所需震动波形，并记录声波接收器首次接收破围岩产生的声波信号的时间t；

5）计算钻孔深度H：

H=L－h，式中：h为围岩表面到声波接收器之间的距离；L为钻头到声波接收器之间的距离；

L=V（t－t ₀ ），式中：V为震动波在钻杆中传播的速度；t为声波接收器首次接收破围岩产生的声波信号的时间；t ₀ 为钻杆开始转动的时间。

作为本发明的一种优选方案，在声波接收器上设有发射声波接收器接收震动声波的信号发射器，在声波分析仪上设有接收信号发射器发出信号的信号接收器。

与现有技术相比，本发明的微震定位测定瓦斯抽放钻孔深度的方法，具有如下优点：

1、该方法直接利用开钻那一时刻发出的震动波来测定钻孔深度，因钻头破围岩产生的强震信号在钻杆中传播的速度很容易测定，测定震动波从钻头到声波接收器的传播时间，便可精确的计算出钻孔深度，不但测量钻孔深度精确高，监测速度快，且成本较低。

2、本方法采用信号发射器和信号接收器将声波接收器首次接收破围岩产生的声波信号通过无线的方式输入声波分析仪，避免了现有技术中采用导线布置和缠绕从而影响信号接收效果的缺陷。

附图说明

图1为测定瓦斯抽放钻孔深度的装置的结构示意图。

附图中，1—钻头； 2—钻杆； 3—电动机； 4—声波分析仪； 5—声波接收器； 6—信号发射器； 7—信号接收器； 8—围岩； 9—开关。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

微震定位测定瓦斯抽放钻孔深度的方法，在该方法中采用了一种测定瓦斯抽放钻孔深度的装置，该测定瓦斯抽放钻孔深度的装置的结构如图1所示，测定瓦斯抽放钻孔深度的装置包括钻头1、钻杆2、电动机3、声波分析仪4和声波接收器5。钻头1固定在钻杆2的一端上，钻杆2的另一端与电动机3的动力输出轴连接，声波接收器5固定在钻杆2的另一端部上。将声波接收器5固定在钻杆2与电动机3连接的端部，使声波接收器5接收到的震源信号干扰小，信号明显。

微震定位测定瓦斯抽放钻孔深度的方法，包括如下步骤：

1）测定钻头破围岩时产生的震动波在钻杆2中传播的速度V。

2）在围岩8上安装测定瓦斯抽放钻孔深度的装置，使钻杆2垂直于围岩8，钻头1伸入钻孔内并与钻孔底部的围岩8接触。

3）通过开关9同步启动电动机3和声波接收器5（本实施例中，开关9固定设置在电动机控制箱上），并用计时器记录钻杆2开始转动的时间t ₀ 。将启动声波接收器5与启动控制钻杆2的电动机3的开关设为同一开关，实现钻杆2与声波接收器5同步启动，并开始计时。

4）将声波接收器5接收钻头1破围岩产生的声波信号输入声波分析仪4，由声波分析仪4进行滤波处理，以获得所需震动波形，并记录声波接收器5首次接收破围岩产生的声波信号的时间t。因在测试时周围其它杂波较多，但钻头1破围岩产生的波震最强烈，通过一定的滤波处理，可获得测试所需的震动波形，以便获得准确的传播时间。

5）计算钻孔深度H：由公式H=L－h计算，式中：h为围岩8表面到声波接收器5之间的距离（本实施例中，声波接收器5固定设置在钻杆2的外端，h为钻杆2外露的长度），L为钻头到声波接收器之间的距离；其中，L=V（t－t ₀ ），式中：V为震动波在钻杆中传播的速度，t为声波接收器首次接收破围岩产生的声波信号的时间，t ₀ 为钻杆开始转动的时间。

本发明的方法在监测瓦斯抽放钻孔深度时，仅测量钻孔深度，而无需测定最终钻孔位置点，可直接利用开钻那一时刻发出的震动波来测定钻孔深度。因为钻头破围岩产生的强震信号在钻杆中传播的速度很容易测定，而钻头转动的时间可以人为控制，即可测定震动波从钻头到声波接收器的传播时间，便可精确地计算出钻孔深度，且计算方法简单，可以只需一个探头（即一个声波接收器）就可完成测量工作。

本实施例还在声波接收器5上设有发射声波接收器5接收震动声波的信号发射器6，在声波分析仪4上设有接收信号发射器6发出信号的信号接收器7，将声波接收器5首次接收破围岩8产生的声波信号通过无线的方式输入声波分析仪4，避免了现有技术中采用导线布置和缠绕从而影响信号接收效果的缺陷。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.微震定位测定瓦斯抽放钻孔深度的方法，其特征在于，在该方法中采用了一种测定瓦斯抽放钻孔深度的装置，该测定瓦斯抽放钻孔深度的装置包括钻头（1）、钻杆（2）、电动机（3）、声波分析仪（4）和声波接收器（5），所述钻头（1）固定在钻杆（2）的一端上，钻杆（2）的另一端与电动机（3）的动力输出轴连接，声波接收器（5）固定在钻杆（2）与电动机（3）连接的端部；在声波接收器（5）上设有发射声波接收器（5）接收震动声波的信号发射器（6），在声波分析仪（4）上设有接收信号发射器（6）发出信号的信号接收器（7）;

该方法包括如下步骤：

1）测定钻头破围岩时产生的震动波在钻杆（2）中传播的速度V；

2）在围岩（8）上安装测定瓦斯抽放钻孔深度的装置，使钻杆（2）垂直于围岩（8），钻头（1）伸入钻孔内并与钻孔底部的围岩（8）接触；

3）将启动声波接收器与启动控制钻杆的电动机的开关设为同一开关，实现钻杆与声波接收器同步启动；同步启动电动机（3）和声波接收器（5），并用计时器记录钻杆（2）开始转动的时间t ₀ ；

4）将声波接收器（5）接收钻头（1）破围岩产生的声波信号输入声波分析仪（4），由声波分析仪（4）进行滤波处理，以获得所需震动波形，并记录声波接收器（5）首次接收破围岩产生的声波信号的时间t；

5）计算钻孔深度H：

H=L－h，式中：h为围岩（8）表面到声波接收器（5）之间的距离；L为钻头到声波接收器之间的距离；

L=V（t－t ₀ ），式中：V为震动波在钻杆中传播的速度；t为声波接收器首次接收破围岩产生的声波信号的时间；t ₀ 为钻杆开始转动的时间。