CN109356565B - 一种松软煤层顺层钻孔塌孔位置识别装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种松软煤层顺层钻孔塌孔位置识别装置及方法，包括：碳纤维杆输送装置、探测装置、解调分析装置，其特征在于，所述碳纤维杆输送装置中碳纤维杆通过软接头连接定位倒刺，探测装置中光纤光栅连接盘纤器和接续包，所述解调分析装置通过所述光纤光栅连接解调仪和上位机。本发明用于松软煤层顺层钻孔塌孔位置识别，采用碳纤维杆与定位倒刺保护光纤光栅到达预定位置，通过光纤光栅将孔位信息反馈到解调仪，最终以图像的形式显示在上位机中，可精准探测塌孔段位置和塌孔距离，可行性高，实用性强，便与推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及矿井钻孔检测领域，具体是一种松软煤层顺层钻孔塌孔位置识别装置。
背景技术
目前煤矿井下主要采用钻孔抽采瓦斯的方法减少煤体中瓦斯的含量，高瓦斯松软煤层钻孔塌孔是制约瓦斯高效抽采的困难之一。相比其它岩层，松软煤层具有特殊的物理力学性质，其特殊性导致松软煤层瓦斯抽放钻孔在钻进的过程中出现钻孔不深、变形、坍塌等现象，松软煤层抽采钻孔周围的应力状态会深刻影响钻孔施工和钻后瓦斯抽采。钻孔的形成打破了原始煤层地应力的平衡，并导致煤层应力在钻孔周围重新分布达到二次平衡，从而引起了应力的弱化与集中。松软煤层钻孔周围的应力状态受到埋深、煤体基本力学特征、瓦斯含量、钻孔几何特征、应力场以及地质构造等因素的综合影响。随着这些因素的变化，瓦斯抽采钻孔可能发生形变、缩径现象。孔周围煤体所受应力超过煤体本身的强度而产生剪切破坏就会发生坍塌。煤体中钻孔后，孔周围煤体里的+瓦斯会向钻孔低压空间涌出，导致钻孔周围煤体孔隙压力发生动态变化。在井下松软煤层瓦斯抽采工程中，许多钻孔成孔以后，孔壁是完好的，没有坍塌和变形，但随着抽采时间的延长，孔壁就会变形造成孔径收 缩，情况严重时会出现孔径闭合。软煤硬度介于硬煤和泥岩之间，在荷载作用下会随着时间 的增长而产生显著的蠕变现象。钻孔的塌孔、缩径、蠕变大大影响了瓦斯的抽采效率，增加 了煤矿开采的风险，而塌孔位置往往在钻孔内部较深处，难以有效测量和判断。现有的内窥镜钻孔探测技术操作复杂，成本高昂，不适宜广泛推广。
发明内容
本发明主要解决钻孔及孔壁状态难以检测的问题，通过输送装置将光纤光栅输送到指定位置，并将孔位状态信息传输到解调仪进行转换、存储、分析，最终以图像的形式显示在上位机，精准探测塌孔段位置和塌孔距离，结构合理，实施方便，可靠性高。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种松软煤层顺层钻孔塌孔位置识别装置及方法，包括：碳纤维杆输送装置、探测装置、解调分析装置，所述碳纤维杆输送装置中碳纤维杆上套设有软接头，所述软接头与所述碳纤维杆螺纹连接，定位倒刺与所述软接头通过凹凸槽连接，探测装置中光纤光栅连接盘纤器和接续包，所述解调分析装置通过所述光纤光栅连接解调仪和上位机。
优选的，在上述的一种松软煤层顺层钻孔塌孔位置识别装置及方法中，所述软接头为两端开口，内部中空，底端开有光纤光栅孔的橡胶圆柱体，其与所述碳纤维杆连接端为圆形开口，内设螺纹，与所述定位倒刺连接端为六边形凹槽。
优选的，在上述的一种松软煤层顺层钻孔塌孔位置识别装置及方法中，所述定位倒刺头部为尖刺，外围呈60度设置刺针，尾部设置可拆卸凸槽，呈六边形，中心设置连接孔。
优选的，在上述的一种松软煤层顺层钻孔塌孔位置识别装置及方法中，所述碳纤维杆为中空管，一端设置外螺纹，一端设有内螺纹。
优选的 ，在上述的一种松软煤层顺层钻孔塌孔位置识别装置及方法中，所述光纤光栅分为内层光纤纤芯、二层包层以及第三层的涂覆层，所述光纤纤芯中设置光栅传感器。
优选的，在上述的一种松软煤层顺层钻孔塌孔位置识别装置及方法中，所述解调仪包括解调模块、分析模块。
优选的 ，在上述的一种松软煤层顺层钻孔塌孔位置识别装置及方法中，所述上位机包括显示屏及用于分析处理含光谱信息电信号的上位机软件及客户端。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比 ，本发明该系统利用碳纤维杆输送装置将光纤光栅进入钻孔，通过设置光栅传感器的光纤光栅对松软煤层顺层钻孔塌孔位置进行识别，感器感受钻孔中塌孔段位置和距离，将信号传输至解调仪对探测数据进行转换换、存储、分析的处理，最终通过上位机显示出来，显示的图像清晰明了，简单直观，并可进行多种变换；碳纤维杆输送装置所用定位倒刺尾部留有六边形的凸槽，用于连接的软接头有六边形的凹槽，采用六边形的结构可以提高连接的稳固性，不易脱落，软接头具有一定的韧性，在推进的过程中不易脱落，同时具备一定的弹性，当光纤光栅输送至指定位置时，通过扭转碳纤维杆，使得扭矩的作用下，软接头可以自行脱落，实用性强，可以全段监测塌孔位置和塌孔距离，而且操作简单，精确度高，有振幅、周期、偏移距离等多种测量手段，效果明显，功能全面，便于推广使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明整体装 置的示意图;
图2附图为本发明碳纤维杆示意图;
图3附图为本发明的钻孔剖面图;
图4附图为本发明的软接头结构图。
图5附图为本发明的倒刺结构图。
图6附图为本发明光纤光栅截面图。
图7附图为本发明数据处理原理图。
图中：1、碳纤维杆，2、光纤光栅，3、钻孔，4、定位倒刺，5、软接头，6、盘纤器，7、接续包，8、解调仪，9、上位机，11、可拆卸凸槽一，12、圆形开口，21、内层光纤纤芯，22、二层包层，23、涂覆层，41、刺针，42、六边形凹槽，43、可拆卸凸槽二，51、光纤光栅孔。
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。
请参阅附图1-4，为本发明公开的一种结构合理，检测范围全面，操作简易，成本较低，精准度高，实用可靠的松软煤层顺层钻孔塌孔位置识别装置；其安装操作方法包括以下步骤：
步骤一、碳纤维杆1的组装：首先等钻孔钻杆退杆后，在碳纤维杆1最顶端安置一根定位倒刺4，定位倒刺4头部为尖刺，外围呈60度设置刺针41，然后将光纤光栅2穿过软接头5安装在定位倒刺4尾端的可拆卸凸槽二43中，再将软接头5前端六边形凹槽42与定位倒刺尾端可拆卸凸槽二43相契，接着将第一根光纤光栅2安装于软接头5尾端，之后依次组装剩下的碳纤维杆1，碳纤维杆1之间采用螺纹连接；
步骤二、整体装置的连接：取第一根碳纤维杆1与软接头5连接，连接好后再将光纤光栅2从软接头5的底端光纤光栅孔51穿入，再将光纤光栅2从可拆卸凸槽一11一端的开口穿出，此时将定位倒刺4中的可拆卸凸槽二43部分拆卸下来，然后让光纤光栅2穿过定位倒刺4进入凸槽内部，然后用螺丝将光纤光栅2拧紧，固定于可拆卸凸槽一11的内部，再与定位倒刺4螺纹连 接；
步骤三、光纤传感装置的输送：当光纤光栅2与碳纤维杆1组合好后，逐步送进碳纤维杆1，光纤光栅2的输送需要与步骤一同步进行，每连接一根碳纤维杆1，则将光纤光栅2输送一 段距离，直至达到指定位置为止，而裸露在钻孔3外的光纤光栅2通过盘纤器6将多余长度的 光纤光栅2盘起来，不同钻孔3中的光纤光栅2再通过接续包7连接在一起，最后汇集到解调 仪8中；
步骤四、碳纤维杆的回收：当光纤光栅2达到指定位置后，在钻孔3的一端，慢慢的旋转碳纤维杆1，碳纤维杆1因为自身超强的弹性和韧性将扭矩的力量逐渐传递至顶端的软接头5位置，在旋转扭矩的作用下，碳纤维杆1与软接头5脱落，此时依次反向重复步骤一，逐步回 收碳纤维杆1；
步骤五、解调仪对数据的分析处理：启动解调仪8，解调仪8的光源模块发射光源至光纤光栅2中，光纤光栅2中的传感器接收到光信号并将接收的光信号反射回去，由解调仪8接收、转换、分析，并最终以图形的形式在上位机9上显现；
步骤六：重复步骤五，实现对钻孔3内塌孔位置的精准判断。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明 ，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种松软煤层顺层钻孔塌孔位置识别装置，包括：碳纤维杆输送装置、探测装置、解调分析装置，其特征在于，所述碳纤维杆输送装置中碳纤维杆（1）通过软接头（5）连接定位倒刺（4），探测装置中光纤光栅（2）连接盘纤器（6）和接续包（7），所述解调分析装置通过所述光纤光栅（2）连接解调仪（8）和上位机（9）；所述软接头（5）为两端开口，内部中空，底端开有光纤光栅孔（51）的橡胶圆柱体，其与所述碳纤维杆（1）连接端为圆形开口（12），内设螺纹，与所述定位倒刺（4）连接端为六边形凹槽（42）；用于连接的软接头（5）有六边形的凹槽，提高连接的稳固性，不易脱落，软接头（5）具有一定的韧性，在推进的过程中不易脱落，同时具备一定的弹性，当光纤光栅（2）输送至指定位置时，通过扭转碳纤维杆（1），使得扭矩的作用下，软接头（5）自行脱落，全段监测塌孔位置。
2.根据权利要求1所述的一种松软煤层顺层钻孔塌孔位置识别装置，其特征在于，所述定位倒刺（4）头部为尖刺，外围呈60度设置刺针，尾部设置可拆卸凸槽，呈六边形，中心设置连接孔。
3.根据权利要求1所述的一种松软煤层顺层钻孔塌孔位置识别装置，其特征在于，所述碳纤维杆（1）为中空管，一端设置外螺纹，一端设有内螺纹。
4.根据权利要求1所述的一种松软煤层顺层钻孔塌孔位置识别装置，其特征在于，所述光纤光栅（2）分为内层光纤纤芯（21）、二层包层（22）以及第三层的涂覆层（23），所述光纤纤芯（21）中设置光栅传感器。
5.根据权利要求1所述的一种松软煤层顺层钻孔塌孔位置识别装置，其特征在于，所述解调仪（8）包括解调模块、分析模块。
6.根据权利要求1所述的一种松软煤层顺层钻孔塌孔位置识别装置，其特征在于，所述上位机（9）包括显示屏及用于分析处理含光谱信息电信号的上位机软件及客户端。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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