CN108843304A - 一种松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳规律监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳规律监测装置及方法，属于瓦斯抽采技术领域。该装置包括图像采集系统、电源线及视频信号线、导向管、供电系统、防爆电源箱、存储系统、光纤和视频显示仪。图像采集系统包括矿用微型摄像仪和LED灯。供电系统给图像采集系统供电，LED灯为微型摄像仪钻孔监测区域补光，图像采集系统对钻孔的失稳变形进行实时监测，通过同一钻孔内多个监测区域不同时间的收缩变形程度，评估整个钻孔不同区域受力情况和塌孔情况，判断整个钻孔的易破坏区和有效使用寿命。本发明方法简单，成本低，可在线实时监测钻孔不同区域的塌孔情况。监测结果为有针对性的进行护孔，延长钻孔有效使用寿命，提高瓦斯抽采效率具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及瓦斯抽采技术领域，特别是指一种松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳规律监测装置及方法。
背景技术
瓦斯是煤矿井下的主要危害之一，松软煤层由于瓦斯含量高，瓦斯解吸速率快，瓦斯大量吸附于煤层中，不易释放，而当开采、掘进等人类活动使煤层卸压后，煤层的透气性系数会成倍增加，致使瓦斯大规模释放，甚至发生煤与瓦斯突出等严重事故。据不完全统计，仅全国26个重点矿业集团的301个矿井中就有160个含松软煤层煤矿，占调研煤矿总数的53.3％。井下钻孔预抽瓦斯是煤矿防治瓦斯事故的根本性措施，在瓦斯灾害防治方面起到了较好的防突和综合治理瓦斯的作用。
由于松软煤层煤体强度比岩层小，受地应力、煤层瓦斯含量和煤体强度等因素影响，松软煤层瓦斯抽采钻孔成孔后孔周围煤体出现位移形变，坍塌，甚至闭合堵死。阻断瓦斯涌出和流动的通道，严重影响瓦斯抽放效率，致使瓦斯抽放效果无法达到设计标准。矿井通过增加抽放钻孔数量来保障抽放效果，导致人力、资金和时间的投入与瓦斯抽放效果不匹配。因此，急需一种松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳规律监测装置及方法，全方位地监测钻孔变形过程中塌孔时间、塌孔位置、塌孔长度等参数，对钻孔实时在线监测，全面的了解钻孔变形的整个过程，得出较为全面的瓦斯抽采钻孔塌孔规律。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳规律监测装置及方法，通过设计合理的监测装置，应用于钻孔失稳破坏监测，实现了对瓦斯抽采钻孔不同监测区域的实时监测，得出易塌孔位置，变形失稳规律，为有针对性的采取护孔，节约成本，提高瓦斯抽采效率奠定了基础。
该监测装置包括图像采集系统、电源线、视频信号线、导向管、供电系统、变压综保、监控电源、防爆电源箱、存储系统、光纤和视频显示仪构成；图像采集系统通过导向管和电源线及视频信号线连接，电源线及视频信号线通过供电系统与存储系统和视频显示仪顺序连接。
图像采集系统包括LED灯、筒体和矿用微型摄像仪，LED灯安装在筒体上，LED灯为矿用微型摄像仪补光。
导向管包括钢管和筒体，钢管两端有螺纹接头。
钢管外径为18-20mm，内径为13-15mm，每根长4-5m,中间位置有固定矿用微型摄像仪和LED灯的凸起焊接筒体，筒体内径和长度略大于矿用微型摄像仪和LED灯，使微型摄像仪和补光LED灯能塞入筒体，防止其因磨擦而损坏。
供电系统包括变压综保和监控电源，供电系统通过变压综保把井下1140V的电调节为127V，再经过监控电源变为12V，用于矿用微型摄像仪和LED灯。
防爆电源箱内设置监控电源和刻录仪及记录硬盘，用密封油和密封圈对防爆电源箱进行密封，刻录仪及记录硬盘通过光纤同视频显示仪相连。
存储系统包括刻录仪及记录硬盘，存储系统将传出钻孔外的模拟信号转变为可存储的数字信号，通过刻录仪及记录硬盘实时存取数据。
图像采集系统采集到的图像通过光纤传输给视频显示仪进行实时显示。
采用该监测装置进行监测的方法，包括步骤如下：
a.将矿用微型摄像仪和LED灯与供电系统连接，打开开关，测试所有矿用微型摄像仪和LED灯是否正常工作；
b.所有矿用微型摄像仪和LED灯若工作正常，进行步骤c，若无法正常工作，则处理后重复步骤a，直到所有连接的矿用微型摄像仪和LED灯正常工作为止；
c.选择打孔地点，在选择研究松软煤层施工瓦斯抽采钻孔；
d.在打孔过程中，准备监测设备，确保在提钻成孔后一小时内完成该监测装置的安装和运行；
e.将LED灯放在第一根钢管的筒体内，第一根钢管的筒体和其他钢管存在差异，第一根钢管的筒体焊接在钢管端头处，LED灯发射光的方向朝向钻孔外；
f.将连接好的第一根钢管及LED灯送入钻孔，钢管的一端位于钻孔口外侧0.3m；
g.将矿用微型摄像仪和LED灯放在第二根钢管的筒体内，通过螺纹接头将第一根钢管和第二根钢管连接起来，继续向钻孔内部送入；
h.以步骤g相同的方式连接、送管，直至第一根钢管到达孔底；
i.封孔；
j.将矿用微型摄像仪和LED灯与供电系统和刻录仪及记录硬盘连接，刻录仪及记录硬盘放在防爆电源箱内，并用密封油和密封圈对防爆电源箱进行密封，通过图像采集系统实时监测钻孔内部各矿用微型摄像仪监测范围钻孔的塌孔情况。
所有矿用微型摄像仪监测方向朝向孔底，LED灯发光方向朝向孔口。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，通过LED灯为钻孔补光，微型摄像仪全方位地监测钻孔变形过程中塌孔时间、塌孔位置、塌孔长度等参数，对钻孔实时在线监测，可以全面的了解钻孔变形的整个过程，得出较为全面的瓦斯抽采钻孔塌孔规律。从而分析出瓦斯抽采钻孔失稳的规律，可护孔方法提供第一手资料，对提高瓦斯抽采效率、实现煤与瓦斯安全共采具有重要的现实意义和实用价值。
其优点在于：
(1)结构简单，操作方便，成本低。
(2)进行了防爆处理，安全性高。
(3)通过整个钻孔多点微型摄像仪的实时监测，可直观的看到钻孔不同区域的变形和塌孔情况，比其它间接测试方法更加可信，可指导松软煤层瓦斯抽采钻孔有针对性的护孔，提高瓦斯抽采效率。
附图说明
图1为本发明的松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳规律监测装置结构示意图；
图2为本发明的松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳规律监方法流程图。
其中：1-LED灯；2-矿用微型摄像仪；3-筒体；4-电源线；5-视频信号线；6-钢管；7-螺纹接头；8-监控电源；9-刻录仪及记录硬盘；10-防爆电源箱；11-光纤；12-视频显示仪；13-变压综保；14-主供电网路。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳规律监测装置及方法。
如图1所示，该装置包括图像采集系统、电源线4、视频信号线5、导向管、供电系统、变压综保13、监控电源8、防爆电源箱10、存储系统、光纤11和视频显示仪12构成；图像采集系统通过导向管和电源线4及视频信号线5连接，电源线4及视频信号线5通过供电系统与存储系统和视频显示仪12顺序连接。
其中，图像采集系统包括LED灯1、筒体3和矿用微型摄像仪2，LED灯1安装在筒体3上，LED灯1为矿用微型摄像仪2补光。
导向管包括钢管6和筒体3，钢管6两端有螺纹接头7。
供电系统包括变压综保13和监控电源8，供电系统通过变压综保13把井下1140V的电调节为127V，再经过监控电源8变为12V，用于矿用微型摄像仪2和LED灯1。
防爆电源箱10内设置监控电源8和刻录仪及记录硬盘9用密封油和密封圈对防爆电源箱10进行密封，刻录仪及记录硬盘9通过光纤11同视频显示仪12相连。
图像采集系统采集到的图像通过光纤11传输给视频显示仪12进行实时显示。
存储系统包括刻录仪及记录硬盘9，存储系统将传出钻孔外的模拟信号转变为可存储的数字信号，通过刻录仪及记录硬盘9实时存取数据。
在具体设计中，防爆电源箱10的尺寸为400mm*250mm*200mm，矿用微型摄像仪2尺寸为Ф5mm*100mm，额定电压为12V；LED灯1尺寸为Ф10mm*20mm，额定电压为12V。钢管6外径为19mm，内径为14mm，每根长5m,中间位置有固定矿用微型摄像仪2和LED灯1的凸起焊接筒体3，筒体3内径和长度大于矿用微型摄像仪2和LED灯1。
如图2所示，在实际应用中，采用该监测装置进行监测的方法，包括步骤如下：
a.将矿用微型摄像仪2和LED灯1与供电系统连接，打开开关，测试所有矿用微型摄像仪2和LED灯1是否正常工作；
b.所有矿用微型摄像仪2和LED灯1若工作正常，进行步骤c，若无法正常工作，则处理后重复步骤a，直到所有连接的矿用微型摄像仪2和LED灯1正常工作为止；
c.选择打孔地点，在选择研究松软煤层施工瓦斯抽采钻孔；
d.在打孔过程中，准备监测设备，确保在提钻成孔后一小时内完成该监测装置的安装和运行；
e.将LED灯1放在第一根钢管6的筒体3内，第一根钢管6的筒体3和其他钢管存在差异，第一根钢管6的筒体焊接在钢管端头处，LED灯1发射光的方向朝向钻孔外；
f.将连接好的第一根钢管及LED灯送入钻孔，钢管的一端位于钻孔口外侧0.3m；
g.将矿用微型摄像仪和LED灯放在第二根钢管的筒体内，通过螺纹接头将第一根钢管和第二根钢管连接起来，继续向钻孔内部送入；
h.以步骤g相同的方式连接、送管，直至第一根钢管到达孔底；
i.利用聚氨酯和水泥砂浆封孔；
j.将矿用微型摄像仪和LED灯与供电系统和刻录仪及记录硬盘连接，刻录仪及记录硬盘放在防爆电源箱内，并用密封油和密封圈对防爆电源箱进行密封，通过图像采集系统实时监测钻孔内部各矿用微型摄像仪监测范围钻孔的塌孔情况。矿用微型摄像仪2监测方向朝向孔底，LED灯1发光方向朝向孔口。光纤11与防爆电源箱10内的刻录仪及记录硬盘9连接实时上传图像信息到视频显示仪12。当矿用微型摄像仪2监测的钻孔横纵范围逐渐变小时说明该区域钻孔开始失稳变形，当监测区域一片黑暗时，说明该区域已经完全塌孔，矿用微型摄像仪2被埋。那个位置先出现上述失稳塌孔现象就说明该位置孔壁受力最大易发生破坏，支护措施应在该位置及时实施。当所有矿用微型摄像仪2所在位置监测图像一片漆黑，说明钻孔已完全失效。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳规律监测装置，其特征在于：包括图像采集系统、电源线(4)、视频信号线(5)、导向管、供电系统、变压综保(13)、监控电源(8)、防爆电源箱(10)、存储系统、光纤(11)和视频显示仪(12)构成；图像采集系统通过导向管和电源线(4)及视频信号线(5)连接，电源线(4)及视频信号线(5)通过供电系统与存储系统和视频显示仪(12)顺序连接。
2.根据权利要求1所述的松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳规律监测装置，其特征在于：所述图像采集系统包括LED灯(1)、筒体(3)和矿用微型摄像仪(2)，LED灯(1)安装在筒体(3)上，LED灯(1)为矿用微型摄像仪(2)补光。
3.根据权利要求1所述的松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳规律监测装置，其特征在于：所述导向管包括钢管(6)和筒体(3)，钢管(6)两端有螺纹接头(7)。
4.根据权利要求3所述的松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳规律监测装置，其特征在于：所述钢管(6)外径为18-20mm，内径为13-15mm，每根长4-5m,中间位置有固定矿用微型摄像仪(2)和LED灯(1)的凸起焊接筒体(3)，筒体(3)内径和长度大于矿用微型摄像仪(2)和LED灯(1)。
5.根据权利要求1所述的松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳规律监测装置，其特征在于：所述供电系统包括变压综保(13)和监控电源(8)，供电系统通过变压综保(13)把井下1140V的电调节为127V，再经过监控电源(8)变为12V，用于矿用微型摄像仪(2)和LED灯(1)。
6.根据权利要求1所述的松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳规律监测装置，其特征在于：所述防爆电源箱(10)内设置监控电源(8)和刻录仪及记录硬盘(9)，用密封油和密封圈对防爆电源箱(10)进行密封，刻录仪及记录硬盘(9)通过光纤(11)同视频显示仪(12)相连。
7.根据权利要求1所述的松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳规律监测装置，其特征在于：所述存储系统包括刻录仪及记录硬盘(9)，存储系统将传出钻孔外的模拟信号转变为可存储的数字信号，通过刻录仪及记录硬盘(9)实时存取数据。
8.根据权利要求1所述的松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳规律监测装置，其特征在于：所述图像采集系统采集到的图像通过光纤(11)传输给视频显示仪(12)进行实时显示。
9.采用权利要求1所述的松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳规律监测装置进行监测的方法，其特征在于：包括步骤如下：
a.将矿用微型摄像仪(2)和LED灯(1)与供电系统连接，打开开关，测试所有矿用微型摄像仪(2)和LED灯(1)是否正常工作；
b.所有矿用微型摄像仪(2)和LED灯(1)若工作正常，进行步骤c，若无法正常工作，则处理后重复步骤a，直到所有连接的矿用微型摄像仪(2)和LED灯(1)正常工作为止；
c.选择打孔地点，在选择研究松软煤层施工瓦斯抽采钻孔；
d.在打孔过程中，准备监测设备，确保在提钻成孔后一小时内完成该监测装置的安装和运行；
e.将LED灯(1)放在第一根钢管(6)的筒体(3)内，第一根钢管(6)的筒体(3)和其他钢管存在差异，第一根钢管(6)的筒体焊接在钢管端头处，LED灯(1)发射光的方向朝向钻孔外；
f.将连接好的第一根钢管及LED灯送入钻孔，钢管的一端位于钻孔口外侧0.3m；
g.将矿用微型摄像仪和LED灯放在第二根钢管的筒体内，通过螺纹接头将第一根钢管和第二根钢管连接起来，继续向钻孔内部送入；
h.以步骤g相同的方式连接、送管，直至第一根钢管到达孔底；
i.封孔；
j.将矿用微型摄像仪和LED灯与供电系统和刻录仪及记录硬盘连接，刻录仪及记录硬盘放在防爆电源箱内，并用密封油和密封圈对防爆电源箱进行密封，通过图像采集系统实时监测钻孔内部各矿用微型摄像仪监测范围钻孔的塌孔情况。
10.根据权利要求9所述的松软煤层瓦斯抽采钻孔失稳规律监测装置进行监测的方法，其特征在于：所述所有矿用微型摄像仪监测方向朝向孔底，LED灯发光方向朝向孔口。
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