CN107121536A - 一种三维相似材料模拟实验中覆岩裂隙钻孔观测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三维相似材料模拟实验中覆岩裂隙钻孔观测系统，包括钻孔掘进装置、钻孔观测装置，所述钻孔掘进装置包括孔壁支撑桶，所述传动杆的上端通过电动机支架转动连接有电动机，所述传动杆的下端固定连接有钻头刀片，所述孔壁支撑桶的内部滑动连接有钻屑收集管，所述电动机支架的上表面固定连接有视频储存器，所述接线盒的外表面电性连接有微型摄像头，所述接线盒的外表面电性连接有微型LED灯,该三维相似模拟实验中覆岩裂隙钻孔观测系统，采用钻孔掘进装置可以对模型中设定的位置进行定位掘进，之后再采用钻孔观测装置，对模型中的覆岩裂隙发育位置，裂隙宽度，裂隙数量，裂隙形态进行直观观测。

Description

一种三维相似材料模拟实验中覆岩裂隙钻孔观测系统
技术领域
本发明涉及钻井技术领域，具体为一种三维相似材料模拟实验中覆岩裂隙钻孔观测系统。
背景技术
在煤矿水体下采煤时需要对覆岩裂隙宽度、深度和位置等情况进行明确，以合理的确定煤层开采的上限，划定安全开采范围，掌握采动覆岩裂隙发育规律对实现矿井安全开采、保护矿区生态环境等都有十分重要的意义。相似模拟实验是研究采动覆岩裂隙发育规律的一项重要实验手段，以往多采用二维平面相似模拟，通过对模型直接观察，即可直观的获取覆岩裂隙发育结果，但由于二维相似模拟实验相对实际开采情况做了很多简化，试验结果与实际情况往往相差很大，三维相似模拟实验可以克服二维相似模拟实验的很多缺点，试验结果更符合实际开采情况。但由于覆岩裂隙发生在模型内部，很难对其进行直观观测，基于以上技术问题，本使用新型提供了一种三维相似模拟实验覆岩裂隙钻孔观测系统，改系统包括钻孔掘进和钻孔观测两个装置，通过钻孔掘进装置对模型进行定位钻孔，之后才用钻孔观测装置，直观对模型内的覆岩裂隙进行观测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三维相似材料模拟实验中覆岩裂隙钻孔观测系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种三维相似材料模拟实验中覆岩裂隙钻孔观测系统，包括钻孔掘进装置、钻孔观测装置，所述钻孔掘进装置包括孔壁支撑桶，所述孔壁支撑桶的上表面固定连接有电动机支架，所述孔壁支撑桶的内部滑动连接有传动杆，所述传动杆的上端通过电动机支架转动连接有电动机，所述电动机的下表面固定连接在电动机支架的上表面，所述电动机的一端通过第一电线电性连接有电动机开关，所述电动机开关通过第一电线电性连接有电源，所述传动杆的下端固定连接有钻头刀片，所述孔壁支撑桶的内部滑动连接有钻屑收集管，所述钻屑收集管的上端通过电动机支架固定连接有吸风机，所述钻孔观测装置包括电动机支架，所述电动机支架的上表面固定连接有视频储存器，所述视频储存器的一侧外表面电性连接有集成控制按钮，所述视频储存器的上表面固定连接有液晶显示屏，所述视频储存器的外表面转动连接有绞盘，所述绞盘的外表面固定连接有摇柄，所述视频储存器的内部电性连接有第二电线，所述第二电线通过绞盘转动连接在接线盒的内部，所述接线盒的外表面电性连接有微型摄像头，所述接线盒的外表面电性连接有微型LED灯。
优选的，所述吸风机的内部安装有钻屑储存室。
优选的，所述钻屑收集管的端部呈碗状。
优选的，所述孔壁支承桶外部标有刻度。
优选的，所述钻头刀片有六个刀片，且刀片的长度为十五毫米。
优选的，所述钻头刀片的直径为三十毫米，且比孔壁支撑桶的外直径大四毫米。
优选的，所述钻头刀片的刀片与水平方向夹角为四十五度，且与电动机的转动方向相同。
优选的，所述第二电线缠绕在绞盘的外表面。
优选的，所述微型LED灯有两个，且安装于接线盒的上、下位置。
优选的，所述微型摄像头有个，且分别安装于接线盒的前、后、左、右四个位置。
优选的，所述接线盒为一长方体内空塑料盒子，且棱长为十五毫米。
优选的，所述液晶显示屏上表面安装有四个彩色液晶屏。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该三维相似模拟实验中覆岩裂隙钻孔观测系统，共包括钻孔掘进装置及钻孔观测装置，采用钻孔掘进装置可以对模型中设定的位置进行定位掘进，之后再采用钻孔观测装置，对模型中的覆岩裂隙发育位置，裂隙宽度，裂隙数量，裂隙形态进行直观观测，使用本发明的装置和方法不仅可以解决模型中钻孔的掘进问题，还可以解决实验模型内部的裂隙观测难题。整个技术方案其装置简单，自动化程度高，劳动强度小，可以极大发挥三维相似模拟实验的作用。
附图说明
图1为本发明的一种三维相似材料模拟实验中覆岩裂隙钻孔观测系统钻孔掘进装置结构示意图；
图2为本发明的一种三维相似材料模拟实验中覆岩裂隙钻孔观测系统钻孔观测装置结构示意图；
图3为本发明的一种三维相似材料模拟实验中覆岩裂隙钻孔观测系统俯视图。
图中：1吸风机、2钻屑收集管、3电动机、4传动杆、5孔壁支撑桶、6钻头刀片、7电动机开关、8第一电线、9电源、10摇柄、11视频储存器、12绞盘、13第二电线、14微型LED灯、15微型摄像头、16接线盒、17集成控制按钮、18液晶显示屏、19电动机支架。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种三维相似材料模拟实验中覆岩裂隙钻孔观测系统，包括钻孔掘进装置A、钻孔观测装置B，钻孔掘进装置A包括孔壁支撑桶5，孔壁支撑桶5的上表面固定连接有电动机支架19，孔壁支承桶5外部标有刻度，可以实时查看钻进的钻孔的深度，孔壁支撑桶5的内部滑动连接有传动杆4，传动杆4的上端通过电动机支架19转动连接有电动机3，电动机3的下表面固定连接在电动机支架19的上表面，电动机3的一端通过第一电线8电性连接有电动机开关7，电动机开关7通过第一电线8电性连接有电源9，传动杆4的下端固定连接有钻头刀片6，钻头刀片6有六个刀片，且刀片的长度为十五毫米，钻头刀片6的直径为三十毫米，且比孔壁支撑桶5的外直径大四毫米，这样方便钻孔，钻头刀片6的刀片与水平方向夹角为四十五度，且与电动机3的转动方向相同，这样电动机3在转动的时候可以带动钻头刀片6一起转动，孔壁支撑桶5的内部滑动连接有钻屑收集管2，钻屑收集管2的端部呈碗状，方便吸取钻屑，钻屑收集管2的上端通过电动机支架19固定连接有吸风机1，吸风机1的内部安装有钻屑储存室，能将钻孔内钻屑吸出且储存在钻屑储存室中，钻孔观测装置B包括电动机支架19，电动机支架19的上表面固定连接有视频储存器11，视频储存器11的一侧外表面电性连接有集成控制按钮17，视频储存器11的上表面固定连接有液晶显示屏18，液晶显示屏18上表面安装有四个彩色液晶屏，可以分别显示四个微型摄像头15的影像，视频储存器11的外表面转动连接有绞盘12，绞盘12的外表面固定连接有摇柄10，视频储存器11的内部电性连接有第二电线13，第二电线13通过绞盘12转动连接在接线盒16的内部，接线盒16为一长方体内空塑料盒子，且棱长为十五毫米，第二电线电线13缠绕在绞盘12的外表面，这样通过摇柄10可以控制微型摄像头15的升降，接线盒16的外表面电性连接有微型摄像头15，微型摄像头15有4个，且分别安装于接线盒16的前、后、左、右四个位置，接线盒16的外表面电性连接有微型LED灯14，微型LED灯14有两个，且安装于接线盒16的上、下位置。
工作原理：首先确定要观测的位置，观测位置一般位于工作面采区空中部，及边界位置，计算需要观测的深度，将钻孔掘进装置A的钻头刀片6对准所选观测位置，保证钻杆垂直，由于吸风机1、电动机3通过第一电线8电性连接于电源9，电动机3的型号为Y90L-4-1.5，打开电动机3的电动机开关7，钻头刀片6向下掘进的过程中，吸风机1将钻屑吸出，待钻孔掘进一定深度后，钻头刀片6依靠刀片、钻杆、电动机3、孔壁支撑桶5等的重力向下自动钻进，在钻进过程中，留意电动机3的运行状态，当卡钻时，停止钻进，将钻头向上稍稍提出，并用吸风机1将钻屑吸取干净后继续钻进，通过钻孔支撑桶5外部的刻度查看到钻进至所需深度后，停止钻进，将钻具缓慢的垂直提出钻孔，将钻孔观测装置B安放在钻孔正上方，使微型摄像头15处在钻孔的正中心位置，打开微型摄像头15及微型LED灯14，通过摇柄10将微型摄像头15下放至钻孔中，同时打开视频拍摄按钮，利用微型摄像头15及微型LED灯14通过第二电线13与液晶显示屏18电性连接的关系，试验人员可以通过液晶显示屏18实时查看孔壁裂隙情况，根据观测要求需要拍照时，通过集成控制按钮17，进行拍照，可以通过液晶显示屏18查看所存储的视频及照片。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种三维相似材料模拟实验中覆岩裂隙钻孔观测系统，包括钻孔掘进装置（A）、钻孔观测装置（B），其特征在于：所述钻孔掘进装置（A）包括孔壁支撑桶（5），所述孔壁支撑桶（5）的上表面固定连接有电动机支架（19），所述孔壁支撑桶（5）的内部滑动连接有传动杆（4），所述传动杆（4）的上端通过电动机支架（19）转动连接有电动机（3），所述电动机（3）的下表面固定连接在电动机支架（19）的上表面，所述电动机（3）的一端通过第一电线（8）电性连接有电动机开关（7），所述电动机开关（7）通过第一电线（8）电性连接有电源（9），所述传动杆（4）的下端固定连接有钻头刀片（6），所述孔壁支撑桶（5）的内部滑动连接有钻屑收集管（2），所述钻屑收集管（2）的上端通过电动机支架（19）固定连接有吸风机（1），所述钻孔观测装置（B）包括电动机支架（19），所述电动机支架（19）的上表面固定连接有视频储存器（11），所述视频储存器（11）的一侧外表面电性连接有集成控制按钮（17），所述视频储存器（11）的上表面固定连接有液晶显示屏（18），所述视频储存器（11）的外表面转动连接有绞盘（12），所述绞盘（12）的外表面固定连接有摇柄（10），所述视频储存器（11）的内部电性连接有第二电线（13），所述第二电线（13）通过绞盘（12）转动连接在接线盒（16）的内部，所述接线盒（16）的外表面电性连接有微型摄像头（15），所述接线盒（16）的外表面电性连接有微型LED灯（14）。
2.根据权利要求1所述的一种三维相似材料模拟实验中覆岩裂隙钻孔观测系统，其特征在于：所述吸风机（1）的内部安装有钻屑储存室。
3.根据权利要求1所述的一种三维相似材料模拟实验中覆岩裂隙钻孔观测系统，其特征在于：所述钻屑收集管（2）的端部呈碗状。
4.根据权利要求1所述的一种三维相似材料模拟实验中覆岩裂隙钻孔观测系统，其特征在于：所述孔壁支承桶（5）外部标有刻度。
5.根据权利要求1所述的一种三维相似材料模拟实验中覆岩裂隙钻孔观测系统，其特征在于：所述钻头刀片（6）有六个刀片，且刀片的长度为十五毫米。
6.根据权利要求1所述的一种三维相似材料模拟实验中覆岩裂隙钻孔观测系统，其特征在于：所述钻头刀片（6）的直径为三十毫米，且比孔壁支撑桶（5）的外直径大四毫米。
7.根据权利要求1所述的一种三维相似材料模拟实验中覆岩裂隙钻孔观测系统，其特征在于：所述钻头刀片（6）的刀片与水平方向夹角为四十五度，且与电动机（3）的转动方向相同。
8.根据权利要求1所述的一种三维相似材料模拟实验中覆岩裂隙钻孔观测系统，其特征在于：所述第二电线（13）缠绕在绞盘（12）的外表面。
9.根据权利要求1所述的一种三维相似材料模拟实验中覆岩裂隙钻孔观测系统，其特征在于：所述微型LED灯（14）有两个，且安装于接线盒（16）的上、下位置。
10.根据权利要求1所述的一种三维相似材料模拟实验中覆岩裂隙钻孔观测系统，其特征在于：所述微型摄像头（15）有4个，且分别安装于接线盒（16）的前、后、左、右四个位置；所述接线盒（16）为一长方体内空塑料盒子，且棱长为十五毫米；所述液晶显示屏（18）上表面安装有四个彩色液晶屏。
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