CN104390736A - 钻屑法智能化检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种钻屑法智能化检测系统，其包括钻杆转速监测系统、钻机推进力监测系统、煤粉量自动分选测量系统和数据处理系统，煤粉量自动分选测量系统位于井下；煤粉量自动分选测量系统包括煤粉滑落装置和煤粉筛选装置，煤粉滑落装置将煤粉送至煤粉筛选装置进行筛选，煤粉筛选装置与数据处理系统连接，通过数据处理系统对煤粉量进行实时观测。本发明系统可以实现在井下对不同钻孔深度的钻屑质量分级分析，可通过对钻机转速参数以及煤粉量智能化测量得出冲击地压发生可能性大小，从而进行提前预报，也可以对围岩中应力状态进行检测。

Description

钻屑法智能化检测系统

技术领域

本发明属于煤矿围岩应力检测技术领域，具体涉及一种钻屑法智能化检测系统与其使用方法。

背景技术

我国能源结构中煤炭所占比例依然是最大的，随着煤炭工业的发展以及现代化设备的运用，煤矿开采速度逐年增高，开采深度迅速加大，冲击地压也变得日趋严重，因此对于冲击地压的检测检控以及安全治理显得极为迫切。冲击地压是一种发生在井巷或回采工作面围岩(煤)体内、以突然、急剧、猛烈破坏为特征的动力现象，常伴有巨大声响、煤体振动和冲击波，它往往造成采掘空间中支护设备的破坏及采掘空间的变形，严重造成人员伤亡和井巷破坏，甚至引起地表塌陷从而造成局部地震。冲击地压是世界范围内煤矿矿井中最严重的自然灾害之一，灾害是以突然、急剧、猛烈的形式释放煤岩变形能，煤岩被抛出，造成支架被破坏，巷道堵塞并产生最大的声响和岩体震动，震动时间从几秒到几十秒，冲出的煤岩从几吨到几百吨，记录到的矿山最大震级已超过里氏5级。由于冲击地压发生的原因极为复杂、影响因素颇多、灾害严重而成为岩石力学研究中的重大问题。

冲击地压是世界范围内煤矿中最严重的自然灾害之一。我国大多数矿山的煤层与岩层都具有不同程度的冲击倾向性，在一定的临界深度下煤岩冲击极为严重，特别是随着我国煤矿开采深度以每年约25米的深度不断增加，冲击地压越来越严重，已成为制约我国矿山生产和安全的主要重大灾害性事故之一。

解决冲击地压灾害最主要的是对于冲击地压的检测与预报，目前现有技术中，对于冲击地压检测方案与设备多种多样，包括钻屑法、微震法、音波法、应力在线系统等。其中，钻屑法检测冲击地压危险的基本理论在受压煤层中钻直径42～50mm的钻孔，当钻孔进入煤体高应力区时，钻进过程中会呈现动态特征，如孔壁煤体部分可能会突然挤入孔内，并伴有振动、声响和微冲击等现象。根据排出的煤粉量及变化规律和有关动力效应，鉴别冲击危险程度。其理论基础是钻出煤粉量与煤体应力状态具有定量的关系；即使其他条件相同的煤体，当应力状态不同时，其钻孔的煤粉量也不同；当单位长度排粉率增大或超过标定值时，表示应力集中程度增加或者危险性提高。

钻屑法是比较经济高效准确的一种关于冲击地压监测的方法，但是目前还不能够在井下对于钻屑以及钻孔过程中钻机状态进行分析，只能依靠技术工人经验对钻机状态进行记录而且取出的钻屑需要运送井上进行分析，很难对不同钻孔深度的钻屑质量分级分析。

发明内容

为此，本发明提出了一种钻屑法智能化检测系统，该系统可以实现在井下对不同钻孔深度的钻屑质量分级分析，可通过对钻机转速参数以及煤粉量智能化测量得出冲击地压发生可能性大小，从而进行提前预报，也可以对围岩中应力状态进行检测。

本发明的任务之一是提供一种钻屑法智能化检测系统，其包括钻杆转速监测系统、钻机推进力监测系统、煤粉量自动分选测量系统和数据处理系统，所述煤粉量自动分选测量系统位于井下；

所述钻杆转速监测系统，其包括钻杆、反光标签、激光发射器和信号处理模块，所述钻杆的头部伸入围岩内，所述反光标签贴在所述钻杆的尾部，所述激光发射器设置在反光标签的正下方并与其保持一段距离，所述信号处理模块一端与所述激光发射器连接，另一端通过连线连接至所述数据处理系统；

所述钻机推进力监测系统，其包括液压槽、移动滑板和压力传感器，所述液压槽的底部与钻机的手柄粘结在一起，所述移动滑板位于钻机手柄上方，其下方充填有液压油，通过按压所述移动滑板可改变液压油的压力，通过所述压力传感器将液压油的压力传送至所述数据处理系统；

所述煤粉量自动分选测量系统，其包括煤粉滑落装置和煤粉筛选装置，所述煤粉滑落装置将煤粉送至煤粉筛选装置进行筛选，所述煤粉筛选装置与数据处理系统连接，通过所述数据处理系统对煤粉量进行实时观测。

作为本发明的一个优选方案，上述煤粉滑落装置包括钻孔和位于钻孔下方的煤粉滑落槽；上述煤粉筛选装置包括煤粉筛网、位于煤粉筛网下方的煤粉收集板，上述煤粉筛网和煤粉收集板之间形成容纳煤粉的煤粉收集槽，上述煤粉筛网、煤粉收集板的下方均通过线路与测力计的一端连接，上述测力计的另一端连接至上述数据处理系统。

作为本发明的另一个优选方案，上述煤粉筛网为三毫米口径筛网。

本发明的任务之二是提供上述钻屑法智能化检测系统的使用方法，包括以下步骤：

步骤1、监测钻杆转速，启动钻杆转速监测系统保持钻杆旋转，在钻杆旋转的同时，所述激光发射器发射激光，根据反光标签与信号处理模块进行时间计算来确定钻杆转速；

步骤2、监测钻机推进力，通过手压移动滑板，所述移动滑板向下滑动，此时液压油压力增加，通过所述压力传感器测出液压油压力的大小，并传送至数据处理系统，由数据处理系统分析监测钻机推进力数值；

步骤3、对煤粉量进行测量，从所述钻孔内喷出的煤粉，通过煤粉滑落槽落至煤粉筛网，摊平煤粉，使小于筛网口径的煤粉落至所述煤粉收集板上，大于筛网口径的煤粉留在煤粉筛网上，通过所述测力计分别测定煤粉收集板上煤粉的重量、煤粉筛网上煤粉的重量，然后通过线路将其传输至数据处理系统，实现对煤粉重量的实时观测。

本发明提出了一种钻屑法智能化检测系统，其包括有钻杆转速监测系统、钻机推进力监测系统、煤粉量自动分选测量系统和数据处理系统，其中，钻杆转速监测系统、钻机推进力监测系统和煤粉量自动分选测量系统分别与数据处理系统连接，钻杆转速监测系统提供对钻杆转速的测量，钻机推进力监测系统提供对钻机推进力的测量，煤粉量自动分选测量系统提供对煤粉量的测量；本发明在可在钻机功率不变的情况下，监测钻机钻杆转速，可在钻孔过程中对钻机推进力进行实时监测。

现有技术中的煤粉均是从井下取至井上再进行测量，测量工序繁琐，本发明通过设置在井下的煤粉量自动分选测量系统，可对取出的煤粉直接在井下进行测量，并实时显示每个时间段内不同粒径钻屑颗粒含量及重量，测量方便且更加精确。

本发明通过对钻机转速参数、钻机推进力监测以及煤粉量智能化测量，从而得出冲击地压发生可能性大小从而进行提前预报，使危险性降低。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步清楚、完整的说明：

图1为本发明钻杆转速监测系统的结构示意图；

图2为本发明钻机推进力监测系统的结构示意图；

图3为本发明煤粉量自动分选测量系统的结构示意图；

图中，1、围岩，2、钻杆，3、反光标签，4、信号处理模块，5、激光发射器，6、连线，7、数据处理系统，8、液压槽，9、移动滑板，10、液压油，11、压力传感器，12、煤粉收集槽，13、煤粉筛网，14、煤粉收集板，15、煤粉滑落槽，16、钻孔，17、测力计。

具体实施方式

本发明提出了一种钻屑法智能化检测系统，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做进一步清楚、完整的说明。

本发明，一种钻屑法智能化检测系统，其包括钻杆转速监测系统、钻机推进力监测系统、煤粉量自动分选测量系统和数据处理系统。

如图1所示，钻杆转速监测系统，其包括钻杆2、反光标签3、激光发射器5和信号处理模块4，钻杆2的头部伸入围岩1内，反光标签3贴在钻杆的尾部，本发明钻杆2优选插接式麻花钻杆，反光标签3优选为镭射反光标签，其反光效果较好，激光发射器5设置在反光标签3的正下方，并且二者之间有一段距离，信号处理模块4一端与激光发射器5连接，另一端通过连线6连接至数据处理系统7。

如图2所示，钻机推进力监测系统，其包括液压槽8、移动滑板9、液压油10和压力传感器11，在液压槽8的底部与钻机的手柄粘结在一起，移动滑板9位于钻机手柄上方，其下方充填有液压油10，通过按压移动滑板9可改变液压油10的压力，通过压力传感器11将液压油10的压力传送至数据处理系统7。

如图3所示，煤粉量自动分选测量系统，其包括煤粉滑落装置和煤粉筛选装置，其中，煤粉滑落装置包括有钻孔16和位于钻孔16下方的煤粉滑落槽15；煤粉从钻孔16喷出通过煤粉滑落槽15落到煤粉筛选装置进行筛选，煤粉筛选装置包括煤粉筛网13、位于煤粉筛网13下方的煤粉收集板14，煤粉筛网13和煤粉收集板14之间形成容纳煤粉的煤粉收集槽12，上述煤粉筛网13、煤粉收集板14的下方均通过线路与测力计17的一端连接，测力计17的另一端连接至数据处理系统7，通过数据处理系统对煤粉量进行实时观测。

本发明，钻屑法智能化检测系统的使用方法，具体包括以下步骤：

步骤1、选择钻孔地点：自工作面煤壁线，向外直至工作面停采位置，对轨顺下帮、皮顺上帮超前煤壁线120米在检测范围内进行选点，以6m的间距布置检测孔(钻孔)，孔深10m，孔距底板1.2m左右，单排布置，钻孔方向与煤层倾角平行，下帮垂直于煤帮；

步骤2、监测钻杆转速，在1m插接式麻花钻杆贴上镭射反光标签，激光发射器发射激光，在钻杆旋转的时候，反光标签与激光束平行信号处理模块进行时间计算，根据两次反光标签与激光束平行相隔时间来确定钻杆转速大小；

步骤3、监测钻机推进力，在手持气动式煤钻机在钻机把手安装应力计，通过钻机操作人员推荐钻机过程中对钻机作用力大小的实时监测，从而确定在钻机进入围岩不同距离下所需推进力大小；液压槽8底部与钻机手柄粘结，钻机工人在推进钻机时，手压移动滑板9，移动滑板9向下滑动，体积减少液压油10压力增加，通过压力传感器测出液压油压力大小传送给数据处理系统，判定在各个时间段内钻机推进力大小；

步骤4、对煤粉量进行测量，通过煤粉筛网对煤粉分级，从钻孔内喷出的煤粉通过煤粉滑落槽进入3毫米口径的煤粉筛网，人工摊平煤粉，小于3毫米的颗粒通过煤粉筛网进入下一层，大于3毫米的直径颗粒留在煤粉筛网上部，根据压力传感器获得每个时间段内不同颗粒质量大小，通过传输线传输入数据处理系统，实时对煤粉量进行观测。

步骤5、数据处理，利用检测到的数据，不同孔深条件下钻杆转数，推进力大小，以及不同直径的煤粉量，每钻进1米，对转数、推进力大小、以及煤粉量进行数据处理。

Claims (4)

1.一种钻屑法智能化检测系统，其特征在于：其包括钻杆转速监测系统、钻机推进力监测系统、煤粉量自动分选测量系统和数据处理系统，所述煤粉量自动分选测量系统位于井下；

所述钻杆转速监测系统，其包括钻杆、反光标签、激光发射器和信号处理模块，所述钻杆的头部伸入围岩内，所述反光标签贴在所述钻杆的尾部，所述激光发射器设置在反光标签的正下方并与其保持一段距离，所述信号处理模块一端与所述激光发射器连接，另一端通过连线连接至所述数据处理系统；

所述钻机推进力监测系统，其包括液压槽、移动滑板和压力传感器，所述液压槽的底部与钻机的手柄粘结在一起，所述移动滑板位于钻机手柄上方，其下方充填有液压油，通过按压所述移动滑板可改变液压油的压力，通过所述压力传感器将液压油的压力传送至所述数据处理系统；

所述煤粉量自动分选测量系统，其包括煤粉滑落装置和煤粉筛选装置，所述煤粉滑落装置将煤粉送至煤粉筛选装置进行筛选，所述煤粉筛选装置与数据处理系统连接，通过所述数据处理系统对煤粉量进行实时观测。

2.根据权利要求1所述的钻屑法智能化检测系统，其特征在于：所述煤粉滑落装置包括钻孔和位于钻孔下方的煤粉滑落槽；所述煤粉筛选装置包括煤粉筛网、位于煤粉筛网下方的煤粉收集板，所述煤粉筛网和煤粉收集板之间形成容纳煤粉的煤粉收集槽，所述煤粉筛网、煤粉收集板的下方均通过线路与测力计的一端连接，所述测力计的另一端连接至所述数据处理系统。

3.根据权利要求2所述的钻屑法智能化检测系统，其特征在于：所述煤粉筛网为三毫米口径筛网。

4.根据权利要求3所述的钻屑法智能化检测系统的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、监测钻杆转速，启动钻杆转速监测系统保持钻杆旋转，在钻杆旋转的同时，所述激光发射器发射激光，根据反光标签与信号处理模块进行时间计算来确定钻杆转速；

步骤2、监测钻机推进力，通过手压移动滑板，所述移动滑板向下滑动，此时液压油压力增加，通过所述压力传感器测出液压油压力的大小，并传送至数据处理系统，由数据处理系统分析监测钻机推进力数值；

步骤3、对煤粉量进行测量，从所述钻孔内喷出的煤粉，通过煤粉滑落槽落至煤粉筛网，摊平煤粉，使小于筛网口径的煤粉落至所述煤粉收集板上，大于筛网口径的煤粉留在煤粉筛网上，通过所述测力计分别测定煤粉收集板上煤粉的重量、煤粉筛网上煤粉的重量，然后通过线路将其传输至数据处理系统，实现对煤粉重量的实时观测。