CN109779687A - 基于压力传感器的钻屑量测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

基于压力传感器的钻屑量测试装置，包括空心钻杆、钻头、螺旋板、滑动变阻器、数据转换器和显示器，每块螺旋板对应平行设置在每道螺旋叶片前端部的前侧，螺旋板的后侧面与螺旋叶片之间设置有若干个弹簧，螺旋叶片后侧面固定连接有L型连杆；滑动变阻器设置在空心钻杆内部并位于L型连杆后侧，所有的L型连杆在空心钻杆内部的一端通过驱动杆与滑动变阻器的滑片连接，滑动变阻器的接线柱通过电线与数据转换器连接，数据转换器通过控制线与显示器连接，显示器上设置有电源开关和节点按钮。本发明还公开了基于压力传感器的钻屑量测试装置的测试方法。本发明原理科学、结构简单、便于操作、安全可靠性强，可实时进行测试，测试数据准确度高。

Description

基于压力传感器的钻屑量测试装置及方法

技术领域

本发明属于煤矿安全开采技术领域，具体涉及一种基于压力传感器的钻屑量测试装置及方法。

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。钻屑量近年来被广泛使用在预测煤与瓦斯突出危险性上。

取钻屑、称钻屑的过程繁琐，花费时间较长。另外，在钻孔过程中，巷道风流过大，以及钻孔壁后期变形，会导致钻屑的装卸量不准确。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种便于操作、即时测量、测试数据准确度高、安全可靠的基于压力传感器的钻屑量测试装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：基于压力传感器的钻屑量测试装置，包括空心钻杆、钻头、螺旋板、滑动变阻器、数据转换器和显示器，钻头安装在空心钻杆前端部，空心钻杆外圆沿轴线方向设置有至少两道螺旋叶片，螺旋板与螺旋叶片的数目相等，每块螺旋板对应平行设置在每道螺旋叶片前端部的前侧，螺旋板的后侧面与螺旋叶片之间设置有若干个弹簧，空心钻杆前端部沿径向方向开设有内外通透的第一导孔，螺旋叶片上开设有与螺旋板后侧面对应的第二导孔，第一导孔、第二导孔和螺旋板的数量相等且一一对应设置，螺旋叶片后侧面固定连接有依次穿过第二导孔和第一导孔的L型连杆；滑动变阻器设置在空心钻杆内部并位于L型连杆后侧，所有的L型连杆在空心钻杆内部的一端通过驱动杆与滑动变阻器的滑片连接，滑动变阻器的接线柱通过向后穿出空心钻杆的电线与数据转换器连接，数据转换器通过控制线与显示器连接，显示器上设置有电源开关和节点按钮。

电线上设置有位于空心钻杆内的保护电阻。

螺旋板的后侧面四周边缘固定连接有与螺旋叶片前侧面接触的橡胶密封条。

空心钻杆内壁和以及外圆周表面均涂覆有绝缘涂料层。

钻头后端插设在空心钻杆的前端口内，空心钻杆与钻头后端部之间通过径向设置的弹簧销定位连接。

基于压力传感器的钻屑量测试装置的测试方法，包括以下步骤，

（1）将空心钻杆后端安装到钻机上，电线穿过钻机后连接在数据转换器上，钻头对准煤岩的待测试部位；

（2）启动钻机，钻机带动空心钻杆和钻头旋转，同时打开电源开关，钻头对煤岩进行钻孔作业；

（3）在钻进过程中，钻屑对螺旋板产生的压力克服弹簧的弹力，螺旋板相对于空心钻杆向后移动，通过L型连杆和驱动杆带动滑动变阻器上的滑片向后移动，滑动变阻器的电阻变化，电流由滑动变阻器通过电线、保护电阻到达数据转换器；

（4）数据转换器根据公式P=aI+b可将瞬时电流的大小换算出压力的大小，由压力的大小由公式y=ae^bx换算出最后的钻屑量的多少；

P是钻屑量在传输过程中对压力传感器的压力，单位pa；I是瞬时电流的大小，单位A；a，b是回归常数；钻屑量在传输过程中对压力传感器的压力与瞬时电流的大小成线性关系；

y是打钻过程中钻屑量，单位kg；x是钻屑量在传输过程中对压力传感器的压力，单位pa；a，b是回归常数；打钻过程中钻屑量与钻屑量在传输过程中对压力传感器的压力成指数关系；

（5）当每米钻进结束后，摁下节点按钮，数据转换器会测试出在这一段钻进时间内的钻屑量，数据显示在显示器上；

（6）重复步骤（2）-（5），可得到钻进过程中每米的钻屑量。

采用上述技术方案，本发明通过在钻进过程中，钻屑在排出时，先对旋转的螺旋板产生压力，该压力驱动螺旋板克服弹簧的弹力，向后移动并通过L型连杆和驱动杆带动滑动变阻器上的滑片向后移动，通过压力的变化改变滑动变阻器的电阻值，使电线中的电流改变，最后通过数据转换器测试出在单位长度内的钻屑量。

本发明中的螺旋板与螺旋叶片之间设置橡胶密封条，可防止钻屑进入到螺旋板与螺旋叶片之间而影响到弹簧的正常伸缩。

保护电阻起到保护闭合回路安全运行的作用。

绝缘涂料层起到绝缘的作用，确保测试作业的安全进行。

综上所述，本发明原理科学、结构简单、便于操作、安全可靠性强，可实时进行测试，测试数据准确度高。

附图说明

图1是本发明在钻进作业时的整体结构示意图；

图2是本发明中滑动变阻器及螺旋板的放大图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明的基于压力传感器的钻屑量测试装置，包括空心钻杆1、钻头2、螺旋板3、滑动变阻器4、数据转换器5和显示器6，钻头2安装在空心钻杆1前端部，空心钻杆1外圆沿轴线方向设置有至少两道螺旋叶片7，螺旋板3与螺旋叶片7的数目相等，每块螺旋板3对应平行设置在每道螺旋叶片7前端部的前侧，螺旋板3的后侧面与螺旋叶片7之间设置有若干个弹簧8，空心钻杆1前端部沿径向方向开设有内外通透的第一导孔，螺旋叶片7上开设有与螺旋板3后侧面对应的第二导孔，第一导孔、第二导孔和螺旋板3的数量相等且一一对应设置，螺旋叶片7后侧面固定连接有依次穿过第二导孔和第一导孔的L型连杆9；滑动变阻器4设置在空心钻杆1内部并位于L型连杆9后侧，所有的L型连杆9在空心钻杆1内部的一端通过驱动杆10与滑动变阻器4的滑片连接，滑动变阻器4的接线柱通过向后穿出空心钻杆1的电线11与数据转换器5连接，数据转换器5通过控制线与显示器6连接，显示器6上设置有电源开关12和节点按钮13。

电线11上设置有位于空心钻杆1内的保护电阻14。

螺旋板3的后侧面四周边缘固定连接有与螺旋叶片7前侧面接触的橡胶密封条15。

空心钻杆1内壁和以及外圆周表面均涂覆有绝缘涂料层。

钻头2后端插设在空心钻杆1的前端口内，空心钻杆1与钻头2后端部之间通过径向设置的弹簧销定位连接。钻头2后端部为杆状空心结构，钻头2后端部也沿径向开设有与空心钻杆1上的第一导孔内外贯通的长孔，L型连杆9也穿过长孔。

基于压力传感器的钻屑量测试装置的测试方法，包括以下步骤：

（1）将空心钻杆1后端安装到钻机上，电线11穿过钻机后连接在数据转换器5上，钻头2对准煤岩的待测试部位；

（2）启动钻机，钻机带动空心钻杆1和钻头2旋转，同时打开电源开关12，钻头2对煤岩进行钻孔作业；

（3）在钻进过程中，钻屑对螺旋板3产生的压力克服弹簧8的弹力，螺旋板3相对于空心钻杆1向后移动，通过L型连杆9和驱动杆10带动滑动变阻器4上的滑片向后移动，滑动变阻器4的电阻变化，电流由滑动变阻器4通过电线11、保护电阻14到达数据转换器5；

（4）数据转换器根据公式P=aI+b可将瞬时电流的大小换算出压力的大小，由压力的大小由公式y=ae^bx换算出最后的钻屑量的多少；

P是钻屑量在传输过程中对压力传感器的压力，单位pa；I是瞬时电流的大小，单位A；a，b是回归常数；钻屑量在传输过程中对压力传感器的压力与瞬时电流的大小成线性关系；

y是打钻过程中钻屑量，单位kg；x是钻屑量在传输过程中对压力传感器的压力，单位pa；a，b是回归常数；打钻过程中钻屑量与钻屑量在传输过程中对压力传感器的压力成指数关系；

（5）当每米钻进结束后，摁下节点按钮13，数据转换器5会测试出在这一段钻进时间内的钻屑量，数据显示在显示器6上；

（6）重复步骤（2）-（5），可得到钻进过程中每米的钻屑量。

本发明中的滑动变阻器4、数据转换器5和显示器6均为现有成熟技术，具体构造不再赘述。其中也不涉及新的计算机程序。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.基于压力传感器的钻屑量测试装置，其特征在于：包括空心钻杆、钻头、螺旋板、滑动变阻器、数据转换器和显示器，钻头安装在空心钻杆前端部，空心钻杆外圆沿轴线方向设置有至少两道螺旋叶片，螺旋板与螺旋叶片的数目相等，每块螺旋板对应平行设置在每道螺旋叶片前端部的前侧，螺旋板的后侧面与螺旋叶片之间设置有若干个弹簧，空心钻杆前端部沿径向方向开设有内外通透的第一导孔，螺旋叶片上开设有与螺旋板后侧面对应的第二导孔，第一导孔、第二导孔和螺旋板的数量相等且一一对应设置，螺旋叶片后侧面固定连接有依次穿过第二导孔和第一导孔的L型连杆；滑动变阻器设置在空心钻杆内部并位于L型连杆后侧，所有的L型连杆在空心钻杆内部的一端通过驱动杆与滑动变阻器的滑片连接，滑动变阻器的接线柱通过向后穿出空心钻杆的电线与数据转换器连接，数据转换器通过控制线与显示器连接，显示器上设置有电源开关和节点按钮。

2.根据权利要求1所述的基于压力传感器的钻屑量测试装置，其特征在于：电线上设置有位于空心钻杆内的保护电阻。

3.根据权利要求2所述的基于压力传感器的钻屑量测试装置，其特征在于：螺旋板的后侧面四周边缘固定连接有与螺旋叶片前侧面接触的橡胶密封条。

4.根据权利要求3所述的基于压力传感器的钻屑量测试装置，其特征在于：空心钻杆内壁和以及外圆周表面均涂覆有绝缘涂料层。

5.根据权利要求4所述的基于压力传感器的钻屑量测试装置，其特征在于：钻头后端插设在空心钻杆的前端口内，空心钻杆与钻头后端部之间通过径向设置的弹簧销定位连接。

6.如权利要求5所述的基于压力传感器的钻屑量测试装置的测试方法，其特征在于：包括以下步骤，

（1）将空心钻杆后端安装到钻机上，电线穿过钻机后连接在数据转换器上，钻头对准煤岩的待测试部位；

（2）启动钻机，钻机带动空心钻杆和钻头旋转，同时打开电源开关，钻头对煤岩进行钻孔作业；

（3）在钻进过程中，钻屑对螺旋板产生的压力克服弹簧的弹力，螺旋板相对于空心钻杆向后移动，通过L型连杆和驱动杆带动滑动变阻器上的滑片向后移动，滑动变阻器的电阻变化，电流由滑动变阻器通过电线、保护电阻到达数据转换器；

（4）数据转换器根据公式P=aI+b可将瞬时电流的大小换算出压力的大小，由压力的大小由公式y=ae^bx换算出最后的钻屑量的多少；

P是钻屑量在传输过程中对压力传感器的压力，单位pa；I是瞬时电流的大小，单位A；a，b是回归常数；钻屑量在传输过程中对压力传感器的压力与瞬时电流的大小成线性关系；

y是打钻过程中钻屑量，单位kg；x是钻屑量在传输过程中对压力传感器的压力，单位pa；a，b是回归常数；打钻过程中钻屑量与钻屑量在传输过程中对压力传感器的压力成指数关系；

（5）当每米钻进结束后，摁下节点按钮，数据转换器会测试出在这一段钻进时间内的钻屑量，数据显示在显示器上；

（6）重复步骤（2）-（5），可得到钻进过程中每米的钻屑量。