CN106593412B - 一种全角度瓦斯抽采钻孔稳定性动态监测装置与监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全角度瓦斯抽采钻孔稳定性动态监测装置与方法，该装置包括主体承载机构、高灵敏度应变传感器、低阻值电信号连接线、水平倾斜钻孔推杆装置及便携式精密应力应变读数显示仪；所述主体承载机构承载钻孔周边应力并发生相应变形；所述高灵敏度应变传感器置于所述主体承载机构内壁，并与之紧密接触；所述高灵敏度应变传感器通过低阻值电信号连接线与精密应力应变读数显示仪相连接；所述水平倾斜钻孔推杆装置可将所述主体承载机构递送到指定钻孔深部位置。本发明可实现全角度监测瓦斯抽采钻孔稳定性，测量瓦斯抽采钻孔周边地应力，同时有效加固瓦斯抽采钻孔。
Description
技术领域
本发明涉及瓦斯抽采钻孔技术领域，尤其涉及一种全角度瓦斯抽采钻孔稳定性动态监测装置与监测方法。
背景技术
煤矿瓦斯抽采钻孔稳定是瓦斯抽采技术高效运行的保障，同时井下地应力随着深度增加而增加，不同方向上的地应力大小也不同，了解瓦斯抽采钻孔周围地应力，对于瓦斯抽采钻孔稳定性具有重要意义。由于瓦斯抽采钻孔没有直接观测的条件，对于钻孔内部的节理裂隙不易观测，而且受采动影响作用，本煤层瓦斯抽采钻孔往往会发生较大的变形，进而在一定变形时刻失去稳定性，发生瓦斯抽采钻孔坍塌，大大降低瓦斯抽采效率。在不同岩性条件下，钻孔易变形程度也会变化，这与施工有关，也可以通过一定手段进行钻孔加固，同时不应影响瓦斯抽采工作。因此，需要一种全角度瓦斯抽采钻孔稳定性动态监测装置与方法，能够通过应变传感器动态监测钻孔局部应变，进而得出钻孔变形情况，了解地应力场不同方向的应力，同时可以实现瓦斯抽采钻孔的加固，又不影响瓦斯抽采工作进行，这将对观测瓦斯抽采钻孔稳定性提供极大帮助。
发明内容
本发明的目的在于克服现有监测瓦斯抽采钻孔稳定性技术的不足，提供一种全角度瓦斯抽采钻孔稳定性动态监测装置与监测方法，实现对全角度瓦斯抽采钻孔稳定性监测，提高瓦斯稳定性监测效率，维护瓦斯抽采钻孔稳定。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种全角度瓦斯抽采钻孔稳定性动态监测装置，该装置包括主体承载机构、高灵敏度应变传感器、低阻值电信号连接线、水平倾斜钻孔推杆装置及便携式精密应力应变读数显示仪；所述主体承载机构承载钻孔周边应力并发生相应变形；所述高灵敏度应变传感器置于所述主体承载机构内壁，与之充分接触；所述低阻值电信号连接线连接高灵敏度应变传感器与精密应力应变读数显示仪；所述水平倾斜钻孔推杆装置将所述主体承载机构递送到指定钻孔深部位置。
所述主体承载机构为铁皮圆筒开一条形豁口，底面截面形成扇形，破坏圆筒整体承载能力，使之随不同方向受力容易发生周长变化和直径变化，圆筒高10cm，直径可根据钻孔大小有不同种类，圆筒周边打磨整齐；所述主体承载机构铁皮上开有圆形气孔，可保证监测瓦斯抽采钻孔稳定性同时不影响瓦斯抽采工作。
所述高灵敏度应变传感器位于所述主体承载机构铁皮圆筒内壁，充分接触所述主体承载机构铁皮圆筒，将所述主体承载机构变形数字化，将力学信号转化为电学信号传递出去，所述高灵敏度应变传感器包括高灵敏度电阻应变片和免焊接延长导线。
所述高灵敏度电阻应变片与所述免焊接延长导线在所述高灵敏度应变传感器一端固定连接，所述高灵敏度电阻应变片基底为7mm×4mm与10mm×4mm两种型号。
所述水平倾斜钻孔推杆装置由多段2m长水平倾斜钻孔推杆连接组合，整体装置可达20m。
所述水平倾斜钻孔推杆装置顶端的水平倾斜钻孔推杆由钻孔推杆杆头和快速连接杆组成，其余所述水平倾斜钻孔推杆由快速连接杆组成。
所述水平倾斜钻孔推杆杆头由2根可伸缩杆十字交叉固定组成，每根可伸缩杆两端分别有一个两头叉，杆头用来推递所述主体承载机构至钻孔指定位置，并可根据所述主体承载机构不同尺寸调整伸缩杆长度，进而用两头叉固定所述主体承载机构。
所述高灵敏度应变传感器和所述便携式精密应力应变读数显示仪由所述低阻值电信号连接线连接。
所述便携式精密应力应变读数显示仪由读数显示部分和连接数据线组成。
基于全角度瓦斯抽采钻孔稳定性动态监测装置与方法，包括如下步骤：
a、设备制作：将不同直径的铁皮圆筒加工成高10cm的主体部分，并沿圆筒母线开一1cm宽的条形豁口，形成主体承载机构；
b、设备组合：用强力粘结剂将高灵敏度应变传感器固定在主体承载机构内壁中部位置，连接高灵敏度电阻应变片与免焊接延长导线；
c、杆件加工：将两个两头叉分别固定在可伸缩杆两端，并将两根可伸缩杆在中部十字交叉固定在首根快速连接杆一端，在首根快速连接杆另一端打磨连接螺纹，在其余快速连接杆两端打磨连接螺纹；
d、线路连接：根据放置主体承载机构的钻孔位置选用对应长度的低阻值电信号连接线连接免焊接延长导线和便携式应力应变读数显示仪连接数据线；
e、设备安置：用水平倾斜钻孔推杆杆头固定主体承载机构，并及时连接快速连接杆和递送低阻值电信号连接线，将主体承载机构推递到指定钻孔位置；
f、数据采集：本发明可用于三种用途数据采集：
(1)采集全角度地应力大小：主体承载机构去除部分不能与钻孔充分接触，故与条形豁口部分垂直方向为主体承载机构测量应变方向，可通过控制主体承载机构的放置角度，实现测量全角度地应力对主体承载机构产生的应变，通过高灵敏度电阻应变片、低阻值电信号连接线和数据连接线将应变传输出来，并显示在读数显示部分上，进而可以计算得出地应力大小；
(2)采集钻孔变形数据：钻孔与主体承载机构充分接触，可反映出一个范围内的瓦斯抽采钻孔变形坍塌情况，通过高灵敏度电阻应变片、低阻值电信号连接线和数据连接线将应变传输出来，即反映钻孔变形情况。可通过调整主体承载机构的放置角度，实现对瓦斯抽采钻孔不同方位的形变的监测，并可动态采集数据，实现对钻孔变形量的实时监测；
(3)不同材质的主体承载机构实现钻孔稳定性加固的数据采集：使用不同材质的主体承载机构对瓦斯抽采钻孔实现稳定性加固，并可通过高灵敏度电阻应变片、低阻值电信号连接线和数据连接线将应变传输出来，反映出钻孔稳定性加固效果，调整主体承载机构的条形豁口的尺寸，可实现多种加固方式对钻孔稳定性提高效果的数据采集；
g、数据整理：根据实验室测量不同参数对应不同尺寸装置变形，对所采集应变数据进行分析处理，得到瓦斯抽采钻孔相应位置的变形量，进而得到瓦斯抽采钻孔的稳定性情况。
本发明的有益效果：1、本发明采用便捷的加工手段，对材料进行加工，可以实现全角度瓦斯抽采钻孔稳定性动态监测，极大地提高了监测瓦斯抽采钻孔稳定性的效率。
2、本发明主体承载机构开一条形豁口，并采用不同角度放置，实现了瓦斯抽采钻孔全角度的监测，对研究不同方向的地应力大小有重要意义。
3、本发明在瓦斯抽采钻孔稳定性监测同时可以实现一定程度的钻孔稳定性加固，并测量出相应效果，提高了瓦斯抽采钻孔稳定性加固的效果。
4、本发明在主体承载机构设有多个透气圆孔，在监测瓦斯抽采钻孔稳定性同时不影响瓦斯抽采工作。
附图说明
图1为本发明一种全角度瓦斯抽采钻孔稳定性动态监测装置的结构示意图
图2为图1中主体承载机构的主视图
图3为图1中水平倾斜钻孔推杆装置的主视图和俯视图
图中：1、主体承载机构；2、高灵敏度电阻应变片；3、连接头；4、圆形气孔；5、免焊接延长导线；6、条形豁口；7、两头叉；8、可伸缩杆；9、快速连接杆；10、连接螺纹；11、接线部分；12、便携式精密应力应变仪主体；13、读数显示部分；14、连接数据线；15、低阻值电信号连接线；16、数据线接头；17、连接导线接头；18煤体；19瓦斯抽采钻孔
具体实施方式
下面结合附图，进一步详细说明本发明的具体实施方式。
如图1至图3所示，一种全角度瓦斯抽采钻孔稳定性动态监测装置，该装置包括主体承载机构1、高灵敏度应变传感器、低阻值电信号连接线15、水平倾斜钻孔推杆装置及便携式精密应力应变读数显示仪；所述主体承载机构1承载钻孔周边应力并发生相应变形；所述高灵敏度应变传感器置于所述主体承载机构1内壁，与之充分接触；所述低阻值电信号连接线15连接高灵敏度应变传感器与精密应力应变读数显示仪；所述水平倾斜钻孔推杆装置将所述主体承载机构1递送到指定钻孔深部位置。
所述主体承载机构1为铁皮圆筒开一条形豁口6，底面截面形成扇形，破坏圆筒整体承载能力，使之随不同方向受力容易发生周长变化和直径变化，圆筒高10cm，直径可根据钻孔大小有不同种类，圆筒周边打磨整齐；所述主体承载机构1铁皮上开有圆形气孔4，可保证监测瓦斯抽采钻孔稳定性同时不影响瓦斯抽采工作。
所述高灵敏度应变传感器位于所述主体承载机构1铁皮圆筒内壁，充分接触所述主体承载机构1铁皮圆筒，将所述主体承载机构1变形数字化，将力学信号转化为电学信号传递出去，所述高灵敏度应变传感器包括高灵敏度电阻应变片2和免焊接延长导线5。
所述高灵敏度电阻应变片2与所述免焊接延长导线5在所述高灵敏度应变传感器一端固定连接，所述高灵敏度电阻应变片2基底为7mm×4mm与10mm×4mm两种型号。
所述水平倾斜钻孔推杆装置由多段2m长水平倾斜钻孔推杆连接组合，整体装置可达20m。
所述水平倾斜钻孔推杆装置顶端的水平倾斜钻孔推杆由钻孔推杆杆头和快速连接杆9组成，其余所述水平倾斜钻孔推杆由快速连接杆9组成。
所述水平倾斜钻孔推杆杆头由2根可伸缩杆8十字交叉固定组成，每根可伸缩杆两端分别有一个两头叉7，杆头用来推递所述主体承载机构1至钻孔指定位置，并可根据所述主体承载机构1不同尺寸调整伸缩杆长度，进而用两头叉7固定所述主体承载机构1。
所述高灵敏度应变传感器和所述便携式精密应力应变读数显示仪由所述低阻值电信号连接线15连接。
所述便携式精密应力应变读数显示仪由读数显示部分13和连接数据线14组成。
基于全角度瓦斯抽采钻孔稳定性动态监测装置与方法，包括如下步骤：
a、设备制作：将不同直径的铁皮圆筒加工成高10cm的主体部分，并沿圆筒母线开一1cm宽的条形豁口6，形成主体承载机构1；
b、设备组合：用强力粘结剂将高灵敏度应变传感器固定在主体承载机构1内壁中部位置，连接高灵敏度电阻应变片2与免焊接延长导线5；
c、杆件加工：将两个两头叉7分别固定在可伸缩杆8两端，并将两根可伸缩杆8在中部十字交叉固定在首根快速连接杆9一端，在首根快速连接杆9另一端打磨连接螺纹，在其余快速连接杆9两端打磨连接螺纹10；
d、线路连接：根据放置主体承载机构1的钻孔位置选用对应长度的低阻值电信号连接线15连接免焊接延长导线5和便携式应力应变读数显示仪连接数据线14；
e、设备安置：用水平倾斜钻孔推杆杆头固定主体承载机构1，并及时连接快速连接杆9和递送低阻值电信号连接线15，将主体承载机构1推递到指定钻孔位置；
f、数据采集：本发明可用于三种用途数据采集：
(1)采集全角度地应力大小：主体承载机构1去除部分不能与钻孔充分接触，故与条形豁口6部分垂直方向为主体承载机构1测量应变方向，可控制主体承载机构1的放置角度，实现测量全角度地应力对主体承载机构1产生的应变，通过高灵敏度电阻应变片2、低阻值电信号连接线15和数据连接线将14应变传输出来，并显示在读数显示部分13上，进而可以计算得出地应力大小；
(2)采集钻孔变形数据：钻孔与主体承载机构1充分接触，可反映出一个范围内的瓦斯抽采钻孔变形坍塌情况，通过高灵敏度电阻应变片2、低阻值电信号连接线15和数据连接线14将应变传输出来，即反映钻孔变形情况，由于主体承载机构1放置角度不同，可表现不同方向瓦斯抽采钻孔的形变，并可动态采集数据，实现钻孔变形数据的采集；
(3)不同材质的主体承载机构1实现钻孔稳定性加固的数据采集：使用不同材质的主体承载机构1对瓦斯抽采钻孔实现稳定性加固，并可通过高灵敏度电阻应变片2、低阻值电信号连接线15和数据连接线14将应变传输出来，反映出钻孔稳定性加固效果，调整主体承载机构1的条形豁口6的尺寸，可实现多种加固方式对钻孔稳定性提高效果的数据采集；
g、归纳总结：对读数显示部分13的应变数据进行计算，得到最终结果，分析数据，得出理论规律。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种全角度瓦斯抽采钻孔稳定性动态监测装置，该装置包括主体承载机构、高灵敏度应变传感器、低阻值电信号连接线、水平倾斜钻孔推杆装置及便携式精密应力应变读数显示仪；所述主体承载机构承载钻孔周边应力并发生相应变形；所述高灵敏度应变传感器置于所述主体承载机构内壁，与之充分接触；所述低阻值电信号连接线连接高灵敏度应变传感器与精密应力应变读数显示仪；所述水平倾斜钻孔推杆装置将所述主体承载机构递送到指定钻孔深部位置；所述主体承载机构为铁皮圆筒开一条形豁口，底面截面形成扇形，破坏圆筒整体承载能力，使之随不同方向受力容易发生周长变化和直径变化，圆筒高10cm，直径可根据钻孔大小有不同种类，圆筒周边打磨整齐；所述主体承载机构铁皮上开有圆形气孔，可保证监测瓦斯抽采钻孔稳定性同时不影响瓦斯抽采工作；所述高灵敏度应变传感器位于所述主体承载机构铁皮圆筒内壁，充分接触所述主体承载机构铁皮圆筒，将所述主体承载机构变形数字化，将力学信号转化为电学信号传递出去，所述高灵敏度应变传感器包括高灵敏度电阻应变片和免焊接延长导线。
2.根据权利要求1所述的一种全角度瓦斯抽采钻孔稳定性动态监测装置，其特征在于：所述高灵敏度电阻应变片与所述免焊接延长导线在所述高灵敏度应变传感器一端固定连接，所述高灵敏度电阻应变片基底为7mm×4mm与10mm×4mm两种型号。
3.根据权利要求1所述的一种全角度瓦斯抽采钻孔稳定性动态监测装置，其特征在于：所述水平倾斜钻孔推杆装置由多2m长水平倾斜钻孔推杆连接组合，整体装置最大长度为20m。
4.根据权利要求1所述的一种全角度瓦斯抽采钻孔稳定性动态监测装置，其特征在于：所述水平倾斜钻孔推杆装置顶端的水平倾斜钻孔推杆由钻孔推杆杆头和快速连接杆组成，其余所述水平倾斜钻孔推杆由快速连接杆组成。
5.根据权利要求1所述的一种全角度瓦斯抽采钻孔稳定性动态监测装置，其特征在于：所述水平倾斜钻孔推杆杆头由2根可伸缩杆十字交叉固定组成，每根可伸缩杆两端分别有一个两头叉，杆头用来推递所述主体承载机构至钻孔指定位置，并可根据所述主体承载机构不同尺寸调整伸缩杆长度，进而用两头叉固定所述主体承载机构。
6.根据权利要求1所述的一种全角度瓦斯抽采钻孔稳定性动态监测装置，其特征在于：所述高灵敏度应变传感器和所述便携式精密应力应变读数显示仪由所述低阻值电信号连接线连接。
7.根据权利要求1所述的一种全角度瓦斯抽采钻孔稳定性动态监测装置，其特征在于：所述便携式精密应力应变读数显示仪由读数显示部分和连接数据线组成。
8.根据权利要求1所述的一种全角度瓦斯抽采钻孔稳定性动态监测装置，其特征在于：设备组成构件的加工以及安装具有特定步骤，主要包括以下步骤：
a、设备制作：将不同直径的铁皮圆筒加工成高10cm的主体部分，并沿圆筒母线开一宽1cm的条形豁口，形成主体承载机构；
b、设备组合：用强力粘结剂将高灵敏度应变传感器固定在主体承载机构内壁中部位置，连接高灵敏度电阻应变片与免焊接延长导线；
c、杆件加工：将两个两头叉分别固定在可伸缩杆两端，并将两根可伸缩杆在中部十字交叉固定在首根快速连接杆一端，在首根快速连接杆另一端打磨连接螺纹，在其余快速连接杆两端打磨连接螺纹；
d、线路连接：根据放置主体承载机构的钻孔位置选用对应长度的低阻值电信号连接线连接免焊接延长导线和便携式应力应变读数显示仪连接数据线；
e、设备安置：用水平倾斜钻孔推杆杆头固定主体承载机构，并及时连接快速连接杆和递送低阻值电信号连接线，将主体承载机构推递到指定钻孔位置；
f、数据采集：本发明可用于三种用途数据采集：(1)采集全角度地应力大小：主体承载机构去除部分不能与钻孔充分接触，故与条形豁口部分垂直方向为主体承载机构测量应变方向，可通过控制主体承载机构的放置角度，实现测量全角度地应力对主体承载机构产生的应变，通过高灵敏度电阻应变片、低阻值电信号连接线和数据连接线将应变传输出来，并显示在读数显示部分上，进而可以计算得出地应力大小；(2)采集钻孔变形数据：钻孔与主体承载机构充分接触，可反映出一个范围内的瓦斯抽采钻孔变形坍塌情况，通过高灵敏度电阻应变片、低阻值电信号连接线和数据连接线将应变传输出来，即反映钻孔变形情况，可通过调整主体承载机构的放置角度，实现对瓦斯抽采钻孔不同方位的形变的监测，并可动态采集数据，实现对钻孔变形量的实时监测；(3)不同材质的主体承载机构实现钻孔稳定性加固的数据采集：使用不同材质的主体承载机构对瓦斯抽采钻孔实现稳定性加固，并可通过高灵敏度电阻应变片、低阻值电信号连接线和数据连接线将应变传输出来，反映出钻孔稳定性加固效果，调整主体承载机构的条形豁口的尺寸，可实现多种加固方式对钻孔稳定性提高效果的数据采集；
g、数据整理：根据实验室测量不同参数对应不同尺寸装置变形，对所采集应变数据进行分析处理，得到瓦斯抽采钻孔相应位置的变形量，进而得到瓦斯抽采钻孔的稳定性情况。
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