CN108918336A - 全自动瓦斯解吸指标及钻屑量快速测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动瓦斯解吸指标和钻屑量快速测定装置，包括钻取机构、用于测量瓦斯解吸指标的解吸指标测量机构和用于测量钻屑量的钻屑量测量机构。通过设置钻取机构，实现钻进和采集煤样，而后利用引射尾辩将煤样吸出，当吸出的煤样落入到振动筛上时，通过振动筛的筛选作用，进而落入到位于出料通道的出料口正下方的煤样杯中，当煤样杯装满后，驱动煤样杯径向向内运动，表盘刮掉煤样杯杯口以外的煤样，并利用智能压力表测量煤样杯内的压力变化，实现瓦斯解吸指标的测量；当吸出的煤样落入到煤样筒内时，利用称重传感器可测量钻进单位长度时的煤样钻屑量。可实现了随钻随取随测的技术目的，极大的提高了自动化程度和测量的准确性。

Description

全自动瓦斯解吸指标及钻屑量快速测定装置

技术领域

本发明属于煤矿瓦斯灾害防治领域，尤其涉及一种全自动瓦斯解吸指标和钻屑量快速测定装置。

背景技术

煤与瓦斯突出是在地应力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤、岩和瓦斯由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出的异常的动力现象，是煤矿井下生产的一种强大的自然灾害，严重威胁着煤矿的安全生产，具有极大的破坏性。

科学准确的煤与瓦斯突出预测，是指导煤与瓦斯突出防治措施合理有效地实施的前提和关键所在，因此，煤与瓦斯突出预测具有重大的现实意义。钻屑瓦斯解吸指标K1值和钻屑量近年来被广泛使用在预测煤与瓦斯突出危险性上。

围绕着怎么样快速而准确地测得煤层钻屑瓦斯解吸指标K1值和钻屑量，国内外的学者开展了一些列的研究，主要集中在：①快速取样装置及方法的研究；②钻屑瓦斯解吸指标和钻屑量测定装置和方法。然而，现阶段煤矿井下测量钻屑瓦斯解吸指标和钻屑量时，取样、接样和测量分属不同的过程，且接样、筛分、装罐和测量等过程均由人工完成，测量自动化程度低，造成煤样暴漏的时间长，瓦斯损失量大，导致测量数据与实际值之间偏差过大，影响了煤与瓦斯突出危险性的判定。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种全自动瓦斯解吸指标和钻屑量快速测定装置，可快速测量瓦斯解吸指标和钻屑量，以解决现有煤屑瓦斯解吸指标以及钻屑量测定过程中自动化程度低、煤层煤样暴漏时间长、煤样中瓦斯损失大的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种全自动瓦斯解吸指标和钻屑量快速测定装置，包括用于钻进并取样的钻取机构、用于测量瓦斯解吸指标的解吸指标测量机构和用于测量钻屑量的钻屑量测量机构；

所述钻取机构包括钻机和安装在所述钻机上的钻杆，所述钻杆上安装设有用于钻进并采集煤样的引射钻头，所述钻机上还设有用于将采集的煤样吸出的引射尾辩；

所述解吸指标测量机构包括第一转盘和用于驱动所述第一转盘绕其轴线转动的第一驱动机构，所述第一转盘的上方设有表盘，且所述第一转盘上环形均布设有煤样测量单元；所述煤样测量单元包括固定安装在所述第一转盘上或与所述第一转盘设为一体的径向滑轨，所述表盘的外径大于所述第一转盘的外径，所述径向滑轨径向向外的一端距离所述第一转盘轴线的距离大于所述表盘的外径；

所述第一转盘、表盘和径向滑轨之间形成安装槽，所述安装槽内设有可沿着所述径向滑轨移动的煤样杯，所述煤样杯的高度与所述表盘和所述径向滑轨之间的间距匹配，所述表盘上设有用于测量所述煤样杯内压力变化的智能压力表；所述煤样杯的底部镂空并与所述径向滑轨接触配合，所述径向滑轨上设有与所述煤样杯配合的漏料孔；所述第一转盘上设有用于驱动所述煤样杯沿所述径向滑轨径向移动的煤样杯驱动机构；

所述钻屑量测量机构包括第二转盘、与所述第二转盘同步转动的煤样筒和用于驱动所述第二转盘绕其轴线转动的第二驱动机构；所述煤样筒的底部镂空并位于所述第二转盘的上方，所述第二转盘上设有可径向移动的称重传感器和用于驱动所述称重传感器沿径向方向移动的称重驱动机构，且当所述称重传感器径向移动至所述煤样筒的正下方时封堵所述煤样筒底部的镂空孔；

所述第二转盘上还设有振动筛，所述振动筛的下方设有出料通道，所述出料通道的出料口位于所述表盘的外侧边缘与所述径向滑轨的外侧边缘之间，且所述出料通道的出料口与所述漏料孔错位设置；

所述引射尾辩的出料口位于所述第二转盘的上方，且转动所述第二转盘，可使所述振动筛的接料区域或所述煤样筒的接料区域位于所述引射尾辩的出料口的正下方。

进一步，所述第一驱动机构包括第一安装座，所述第一安装座上设有与其旋转配合的第一转轴，所述第一转轴外套装设有第一轴套，所述第一转盘套装在所述第一转轴上并与所述第一转轴同步转动，所述第一安装座内设有用于驱动所述第一转轴转动的第一电机。

进一步，所述第二驱动机构包括第二安装座，所述第二安装座上设有与其旋转配合的第二转轴，所述第二转轴外套装设有第二轴套，所述第二转盘套装在所述第二转轴上并与所述第二转轴同步转动，所述第二安装座内设有用于驱动所述第二转轴转动的第二电机。

进一步，所述煤样杯驱动机构包括安装在所述第一转盘上且轴线位于第一转盘径向方向的第一柱塞缸，所述第一柱塞缸的活塞杆与所述煤样杯固定连接，所述第一轴套内设有与所述第一柱塞缸相连通的第一气道。

进一步，所述径向滑轨径向向外的一端设有用于限位所述煤样杯的止位挡环，且当所述煤样杯与所述止位挡环接触配合时，所述漏料孔正好位于所述煤样杯正下方。

进一步，所述称重驱动机构包括安装在所述第二转盘上且轴线位于第二转盘径向方向的第二柱塞缸，所述第二柱塞缸的活塞杆与所述称重传感器固定连接，所述第二轴套内设有与所述第二柱塞缸相连通的第二气道。

进一步，所述第二转盘的外侧边缘设有止挡环，且当所述称重传感器与所述止挡环接触配合时，所述称重传感器正好位于所述煤样筒的正下方并封堵所述煤样筒底部的镂空孔。

进一步，所述钻机的下方设有安装支架，所述钻机固定安装在所述安装支架上，所述安装支架上设有用于支撑所述钻杆的支撑套。

进一步，所述煤样杯的高度与所述表盘和所述径向滑轨之间的间距相等。进一步，还包括测量主机，所述测量主机分别与所述智能压力表和称重传感器电连接。

本发明的有益效果在于：

本发明的全自动瓦斯解吸指标和钻屑量快速测定装置，通过设置钻取机构，实现钻进和采集煤样，而后利用引射尾辩将煤样吸出，当吸出的煤样落入到振动筛上时，通过振动筛的筛选作用，进而落入到位于出料通道的出料口正下方的煤样杯中，当煤样杯装满后，驱动煤样杯径向向内运动，表盘刮掉煤样杯杯口以外的煤样，并利用智能压力表测量煤样杯内的压力变化，实现瓦斯解吸指标的测量；当吸出的煤样落入到煤样筒内时，利用称重传感器可测量钻进单位长度时的煤样钻屑量；

综上，本发明的全自动瓦斯解吸指标和钻屑量快速测定装置中，钻取机构、解吸指标测量机构和钻屑量测量机构可以单独运作，也可以在一个钻孔循环内交替测量钻屑瓦斯解吸指标和钻屑量，减少人为对取样和测量的干预，缩短了测量时间，实现了随钻随取随测的技术目的，降低了煤样在空气中的暴漏时间，极大的提高了自动化程度和测量的准确性。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明全自动瓦斯解吸指标和钻屑量快速测定装置实施例的结构示意图；

图2为解吸指标测量机构和钻屑量测量机构在测量瓦斯解吸指标时的接料位置关系状态图；

图3为解吸指标测量机构和钻屑量测量机构在测量瓦斯解吸指标时的测量位置关系状态图；

图4为解吸指标测量机构和钻屑量测量机构在测量钻屑量时的位置关系状态图；

图5为第一转盘的结构示意图。

附图标记说明：

1、引射钻头；2、钻杆；3、钻机；4、引射尾辩；5、煤样筒；6、第二转轴；7、振动筛；7a、出料通道；8、智能压力表；9、表盘；10、第一转轴；11、第一转盘；11a、径向滑轨；11b、安装槽；11c、漏料孔；12、第一柱塞缸； 13、第一轴套；14、第一电机；15、第二电机；16、第一气道；17、止位挡环；18、称重传感器；19、第二柱塞缸；20、第二轴套；21、第二气道；22、煤样杯；23、第二转盘；23a、止挡环；24、测量主机；25、第一安装座；26、第二安装座；27、安装支架；28、支撑套。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示，为本发明全自动瓦斯解吸指标和钻屑量快速测定装置实施例的结构示意图。本实施例的全自动瓦斯解吸指标和钻屑量快速测定装置，包括用于钻进并取样的钻取机构、用于测量瓦斯解吸指标的解吸指标测量机构和用于测量钻屑量的钻屑量测量机构。

钻取机构包括钻机3和安装在钻机3上的钻杆2，钻杆2上安装设有用于钻进并采集煤样的引射钻头1，钻机3上还设有用于将采集的煤样吸出的引射尾辩 4。本实施例的钻杆为双臂钻杆，引射尾辩4背向钻机3的一端设有出料口。钻机3的下方设有安装支架27，钻机3固定安装在安装支架27上，安装支架27 上设有用于支撑钻杆2的支撑套28。

本实施例的解吸指标测量机构包括第一转盘11和用于驱动第一转盘11绕其轴线转动的第一驱动机构，第一转盘11的上方设有表盘9，且第一转盘11上环形均布设有煤样测量单元，本实施例的第一转盘11上环形均布设有5个煤样测量单元。煤样测量单元包括固定安装在第一转盘11上或与第一转盘11设为一体的径向滑轨11a，本实施例的径向滑轨11a与第一转盘11设为一体。表盘 9的外径大于第一转盘11的外径，径向滑轨11a径向向外的一端距离第一转盘 11轴线的距离大于表盘9的外径。第一转盘11、表盘9和径向滑轨11a之间形成安装槽11b，安装槽11b内设有可沿着径向滑轨11a移动的煤样杯22，煤样杯22的高度与表盘9和径向滑轨11a之间的间距匹配，本实施例的煤样杯22 的高度与表盘9和径向滑轨11a之间的间距相等。表盘9上设有用于测量煤样杯22内压力变化的智能压力表8；煤样杯22的底部镂空并与径向滑轨11a接触配合，径向滑轨11a上设有与煤样杯22配合的漏料孔11c；第一转盘11上设有用于驱动煤样杯22沿径向滑轨11a径向移动的煤样杯驱动机构。

本实施例的第一驱动机构包括第一安装座25，第一安装座25上设有与其旋转配合的第一转轴10，第一转轴10外套装设有第一轴套13，第一转盘11套装在第一转轴10上并与第一转轴10同步转动，第一安装座25内设有用于驱动第一转轴10转动的第一电机14。

本实施例的煤样杯驱动机构包括安装在第一转盘11上且轴线位于第一转盘 11径向方向的第一柱塞缸12，第一柱塞缸12的活塞杆与煤样杯22固定连接，第一轴套13内设有与第一柱塞缸12相连通的第一气道16。本实施例的径向滑轨11a径向向外的一端设有用于限位煤样杯22的止位挡环17，且当煤样杯22 与止位挡环17接触配合时，漏料孔11c正好位于煤样杯22正下方。

钻屑量测量机构包括第二转盘23、与第二转盘23同步转动的煤样筒5和用于驱动第二转盘23绕其轴线转动的第二驱动机构；煤样筒5的底部镂空并位于第二转盘23的上方，第二转盘23上设有可径向移动的称重传感器18和用于驱动称重传感器18沿径向方向移动的称重驱动机构，且当称重传感器18径向移动至煤样筒5的正下方时封堵煤样筒5底部的镂空孔；第二转盘23上还设有振动筛7，振动筛的下方设有出料通道7a，出料通道7a的出料口位于表盘9的外侧边缘与径向滑轨11a的外侧边缘之间，且出料通道7a的出料口与漏料孔11c 错位设置。本实施例的煤样筒5和振动筛7分别设置在第二转盘23同一条直径的两端。

本实施例的第二驱动机构包括第二安装座26，第二安装座26上设有与其旋转配合的第二转轴6，第二转轴6外套装设有第二轴套20，第二转盘23套装在第二转轴6上并与第二转轴6同步转动，第二安装座26内设有用于驱动第二转轴6转动的第二电机15。

本实施例的称重驱动机构包括安装在第二转盘23上且轴线位于第二转盘23 径向方向的第二柱塞缸19，第二柱塞缸19的活塞杆与称重传感器18固定连接，第二轴套20内设有与第二柱塞缸19相连通的第二气道21。第二转盘23的外侧边缘设有止挡环23a，且当称重传感器18与止挡环23a接触配合时，称重传感器18正好位于煤样筒5的正下方并封堵煤样筒5底部的镂空孔。

本实施例的引射尾辩4的出料口位于第二转盘23的上方，且转动第二转盘 23，可使振动筛7的接料区域或煤样筒5的接料区域位于引射尾辩4的出料口的正下方。当7的接料区域位于引射尾辩4的出料口的正下方时，实现瓦斯解吸指标的测量，当煤样筒5的接料区域位于引射尾辩4的出料口的正下方时，实现煤样钻屑量的测量。

本实施例的全自动瓦斯解吸指标和钻屑量快速测定装置还包括测量主机，测量主机分别与智能压力表8和称重传感器18电连接。

具体的，在测量瓦斯解吸指标时，即钻进在1、3、5、7、9米时，首先将第一转轴10在第一电机14的带动下旋转72°，并向第一气道16中通入压缩空气，使第一活塞缸12中的活塞杆带动煤样杯22滑动到止位滑环17处，通过漏料孔11c清空煤样杯22中煤渣后，降低第一气道16中气压，使煤样杯22滑动一定的位移，准备接样。使安装在第二转盘23上的振动筛7转动到引射尾辩4 的出料口，开动钻机3，煤样经振动筛7后进入煤样杯22中，煤样完全充满煤样杯22后，完成钻屑瓦斯解吸指标测量过程的接样。

完成接样后，停止向第一气道16中通气，煤样杯22开始回位，表盘9刮掉煤样杯22上多余的煤样，煤样杯22完全回位后，处在煤样杯22上方的智能压力表8开始监测煤样杯22中压力的变化，并将数据传回到测量主机24上。智能压力表开始测量后，第一柱10在第一电机14的带动下旋转72°，第一转盘11上的另一个煤样杯22准备接样。

在测量钻屑量时，即钻进在2、4、6、8、10米时，首先将第二电机15驱动的第二转轴6转动180°，此时，安装在第二转盘23上的煤样筒5转动到引射尾辩4出料口下方，同时，向第二轴套20中的第二气道21中通入压缩空气，在第二柱塞19的轴带动下，称重传感器18滑动到煤样筒5下方，开始接煤。钻进1米后，由称重传感器18称量煤样筒5中煤样重量，并将数据传给测量主机24。完成钻屑量测量后，停止向第二气道21中通气，称重传感器18回位，煤样筒5中的煤样全部从底部落下，清空煤样筒5，同时，第二柱6继续旋转 180°，将振动筛7放到引射尾辩4的出料口下方，准备钻屑瓦斯解吸指标测量的接样。

本实施例的全自动瓦斯解吸指标和钻屑量快速测定装置，通过设置钻取机构，实现钻进和采集煤样，而后利用引射尾辩将煤样吸出，当吸出的煤样落入到振动筛上时，通过振动筛的筛选作用，进而落入到位于出料通道的出料口正下方的煤样杯中，当煤样杯装满后，驱动煤样杯径向向内运动，表盘刮掉煤样杯杯口以外的煤样，并利用智能压力表测量煤样杯内的压力变化，实现瓦斯解吸指标的测量；当吸出的煤样落入到煤样筒内时，利用称重传感器可测量钻进单位长度时的煤样钻屑量；综上，本实施例的全自动瓦斯解吸指标和钻屑量快速测定装置中，钻取机构、解吸指标测量机构和钻屑量测量机构可以单独运作，也可以在一个钻孔循环内交替测量钻屑瓦斯解吸指标和钻屑量，减少人为对取样和测量的干预，缩短了测量时间，实现了随钻随取随测的技术目的，降低了煤样在空气中的暴漏时间，极大的提高了自动化程度和测量的准确性。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种全自动瓦斯解吸指标和钻屑量快速测定装置，其特征在于：包括用于钻进并取样的钻取机构、用于测量瓦斯解吸指标的解吸指标测量机构和用于测量钻屑量的钻屑量测量机构；

所述钻取机构包括钻机(3)和安装在所述钻机(3)上的钻杆(2)，所述钻杆(2)上安装设有用于钻进并采集煤样的引射钻头(1)，所述钻机(3)上还设有用于将采集的煤样吸出的引射尾辩(4)；

所述解吸指标测量机构包括第一转盘(11)和用于驱动所述第一转盘(11)绕其轴线转动的第一驱动机构，所述第一转盘(11)的上方设有表盘(9)，且所述第一转盘(11)上环形均布设有煤样测量单元；所述煤样测量单元包括固定安装在所述第一转盘(11)上或与所述第一转盘(11)设为一体的径向滑轨(11a)，所述表盘(9)的外径大于所述第一转盘(11)的外径，所述径向滑轨(11a)径向向外的一端距离所述第一转盘(11)轴线的距离大于所述表盘(9)的外径；

所述第一转盘(11)、表盘(9)和径向滑轨(11a)之间形成安装槽(11b)，所述安装槽(11b)内设有可沿着所述径向滑轨(11a)移动的煤样杯(22)，所述煤样杯(22)的高度与所述表盘(9)和所述径向滑轨(11a)之间的间距匹配，所述表盘(9)上设有用于测量所述煤样杯(22)内压力变化的智能压力表(8)；所述煤样杯(22)的底部镂空并与所述径向滑轨(11a)接触配合，所述径向滑轨(11a)上设有与所述煤样杯(22)配合的漏料孔(11c)；所述第一转盘(11)上设有用于驱动所述煤样杯(22)沿所述径向滑轨(11a)径向移动的煤样杯驱动机构；

所述钻屑量测量机构包括第二转盘(23)、与所述第二转盘(23)同步转动的煤样筒(5)和用于驱动所述第二转盘(23)绕其轴线转动的第二驱动机构；所述煤样筒(5)的底部镂空并位于所述第二转盘(23)的上方，所述第二转盘(23)上设有可径向移动的称重传感器(18)和用于驱动所述称重传感器(18)沿径向方向移动的称重驱动机构，且当所述称重传感器(18)径向移动至所述煤样筒(5)的正下方时封堵所述煤样筒(5)底部的镂空孔；

所述第二转盘(23)上还设有振动筛(7)，所述振动筛的下方设有出料通道(7a)，所述出料通道(7a)的出料口位于所述表盘(9)的外侧边缘与所述径向滑轨(11a)的外侧边缘之间，且所述出料通道(7a)的出料口与所述漏料孔(11c)错位设置；

所述引射尾辩(4)的出料口位于所述第二转盘(23)的上方，且转动所述第二转盘(23)，可使所述振动筛(7)的接料区域或所述煤样筒(5)的接料区域位于所述引射尾辩(4)的出料口的正下方。

2.根据权利要求1所述的全自动瓦斯解吸指标和钻屑量快速测定装置，其特征在于：所述第一驱动机构包括第一安装座(25)，所述第一安装座(25)上设有与其旋转配合的第一转轴(10)，所述第一转轴(10)外套装设有第一轴套(13)，所述第一转盘(11)套装在所述第一转轴(10)上并与所述第一转轴(10)同步转动，所述第一安装座(25)内设有用于驱动所述第一转轴(10)转动的第一电机(14)。

3.根据权利要求1所述的全自动瓦斯解吸指标和钻屑量快速测定装置，其特征在于：所述第二驱动机构包括第二安装座(26)，所述第二安装座(26)上设有与其旋转配合的第二转轴(6)，所述第二转轴(6)外套装设有第二轴套(20)，所述第二转盘(23)套装在所述第二转轴(6)上并与所述第二转轴(6)同步转动，所述第二安装座(26)内设有用于驱动所述第二转轴(6)转动的第二电机(15)。

4.根据权利要求1所述的全自动瓦斯解吸指标和钻屑量快速测定装置，其特征在于：所述煤样杯驱动机构包括安装在所述第一转盘(11)上且轴线位于第一转盘(11)径向方向的第一柱塞缸(12)，所述第一柱塞缸(12)的活塞杆与所述煤样杯(22)固定连接，所述第一轴套(13)内设有与所述第一柱塞缸(12)相连通的第一气道(16)。

5.根据权利要求4所述的全自动瓦斯解吸指标和钻屑量快速测定装置，其特征在于：所述径向滑轨(11a)径向向外的一端设有用于限位所述煤样杯(22)的止位挡环(17)，且当所述煤样杯(22)与所述止位挡环(17)接触配合时，所述漏料孔(11c)正好位于所述煤样杯(22)正下方。

6.根据权利要求1所述的全自动瓦斯解吸指标和钻屑量快速测定装置，其特征在于：所述称重驱动机构包括安装在所述第二转盘(23)上且轴线位于第二转盘(23)径向方向的第二柱塞缸(19)，所述第二柱塞缸(19)的活塞杆与所述称重传感器(18)固定连接，所述第二轴套(20)内设有与所述第二柱塞缸(19)相连通的第二气道(21)。

7.根据权利要求6所述的全自动瓦斯解吸指标和钻屑量快速测定装置，其特征在于：所述第二转盘(23)的外侧边缘设有止挡环(23a)，且当所述称重传感器(18)与所述止挡环(23a)接触配合时，所述称重传感器(18)正好位于所述煤样筒(5)的正下方并封堵所述煤样筒(5)底部的镂空孔。

8.根据权利要求1所述的全自动瓦斯解吸指标和钻屑量快速测定装置，其特征在于：所述钻机(3)的下方设有安装支架(27)，所述钻机(3)固定安装在所述安装支架(27)上，所述安装支架(27)上设有用于支撑所述钻杆(2)的支撑套(28)。

9.根据权利要求1所述的全自动瓦斯解吸指标和钻屑量快速测定装置，其特征在于：所述煤样杯(22)的高度与所述表盘(9)和所述径向滑轨(11a)之间的间距相等。

10.根据权利要求1所述的全自动瓦斯解吸指标和钻屑量快速测定装置，其特征在于：还包括测量主机，所述测量主机分别与所述智能压力表(8)和称重传感器(18)电连接。