CN111305810A - 防突钻孔装置、设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防突钻孔装置、设备及其控制方法，其中的防突钻孔装置中，钻机在移动组件的带动下沿水平方向移动；收集箱用于在钻孔时收集碎屑；重量传感器用于检测收集箱中碎屑的重量并将检测结果发送至控制器；控制器在检测结果表示碎屑的重量超过设定阈值时，向移动组件和钻机发送控制信号以控制移动组件和钻机关停。通过本发明提供的上述技术方案，能够利用防突钻孔装置中的钻机在钻孔过程中的碎屑自动判断是否存在防突危险，并且在确定存在防突危险时控制防突钻机停止工作，自动化程度高，且能够检测一定厚度范围内的防突危险，具有更好的准确度和安全性。

Description

防突钻孔装置、设备及其控制方法

技术领域

本发明涉及煤矿自动化开采技术领域，具体涉及一种防突钻孔装置、设备及其控制方法。

背景技术

煤炭是我国能源结构中的支柱，煤矿的安全高效生产是源源不断提供煤炭的基础，但是随着煤矿开采深度的不断增加，煤与瓦斯突出压力不断增大。煤与瓦斯突出是破碎的煤、岩和瓦斯在地应力和瓦斯的共同作用下，由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出的动力现象，是煤矿井下最严重的灾害之一，因此在矿井突出煤层进行有效的防突、治突、消突对煤与瓦斯突出矿井的安全来说具有重大的意义。

为了避免事故发生，对采煤工作面须采取了区域综合防突措施，当区域验证为无突出危险区时，应当采取安全防护措施后方可进行采掘作业。按《防突规定》的要求，工作面每推进10～50m(在地质构造复杂区域或采取了预抽煤层瓦斯区域防突措施以及其他必要情况时宜取小值)至少进行两次区域验证；区域验证就是对采煤工作面突出危险性进行预测，加之个别钻孔抽采效果欠佳或预抽钻孔未控制的局部地点以及地质构造带，煤厚变化带等都需要进行突出危险性进行预测。

现有技术中在钻孔过程中由操作人员通过经验判断是否会存在突出危险，人为判断的结果准确性低，并且人为判断仅能观察到煤层的表面，无法确定内部是否存在突出危险，容易出现安全事故。

发明内容

本发明实施例旨在提供一种防突钻孔装置、设备及其控制方法，以解决现有技术中防突检测方式准确率低的技术问题。

为此，本发明提供一种防突钻孔装置，包括钻机、移动组件、收集箱、重量传感器和控制器，其中：

所述钻机设置于所述移动组件上且所述钻机的钻杆沿水平方向设置，所述钻机在所述移动组件的带动下沿水平方向移动；

所述收集箱设置于所述钻杆的下方，用于在钻孔时收集碎屑；

所述重量传感器用于检测所述收集箱中碎屑的重量并将检测结果发送至所述控制器；

所述控制器，接收所述重量传感器的检测结果后，若所述检测结果表示所述碎屑的重量超过设定阈值，则向所述移动组件和所述钻机发送控制信号以控制所述移动组件和所述钻机关停。

可选地，上述的防突钻孔装置中，所述移动组件包括水平驱动油缸、滑轨和滑动设置于所述滑轨内的滑块，所述钻机设置于所述滑块上；

所述水平驱动油缸设置于所述滑轨的一端，所述水平驱动油缸的被控端与所述控制器的输出端连接，所述水平驱动油缸根据所述控制器输出的控制指令伸长或收缩，所述水平驱动油缸的输出端与所述滑块连接，所述水平驱动油缸的输出端伸缩时带动所述滑块沿所述滑轨滑动。

可选地，上述的防突钻孔装置中，所述钻杆上设置有高度传感器，用于获取所述钻杆的高度并将检测结果发送至所述控制器。

可选地，上述的防突钻孔装置中，所述滑块上设置有竖直驱动油缸，所述竖直驱动油缸的被控端与所述控制器的输出端连接；

所述控制器根据所述钻杆的高度与待钻孔位置的高度的关系，输出控制信号以使所述竖直驱动油缸的输出端伸长或收缩以带动所述钻机沿竖直方向移动。

可选地，上述的防突钻孔装置中，还包括：

固定底座，用于将所述钻机、所述移动组件、所述收集箱、所述重量传感器和所述控制器安装于所述固定底座上；

所述固定底座上开设有适于定位件穿过的安装孔，所述定位件穿过所述安装孔后将所述底座固定于液压支架的底盘上。

本发明还提供一种防突钻孔设备，包括多个以上任一项所述的防突钻孔装置，以及：

多台液压支架，所述液压支架沿综采工作面依序排列；

每一所述防突钻孔装置设置于一台液压支架的底盘上，相邻两个所述防突钻孔装置之间具有设定间隔距离。

可选地，上述的防突钻孔设备中，相邻两个所述防突钻孔装置的间隔距离在10m-15m之间。

可选地，上述的防突钻孔设备中，所述防突钻装置中的水平驱动油缸和/或竖直驱动油缸的进油口与所述液压支架的泵站的出油口连接。

本发明还提供一种防突钻孔装置的控制方法，用于对以上任一项所述的防突钻孔装置进行控制，包括如下步骤：

输出控制信号启动钻机，同时输出控制信号至所述防突钻孔装置中的移动组件以控制所述移动组件带动钻机的钻杆沿水平方向移动，启动钻孔过程；

实时获取钻孔过程中产生的碎屑的重量；

若所述碎屑的重量超过设定阈值，则输出控制信号关停钻机，同时控制信号至所述移动组件以使其停止移动。

可选地，上述的防突钻孔的控制方法中，还包括如下步骤：

获取待钻孔位置的高度和钻机的钻杆的高度；

若所述钻杆的高度与所述带钻孔位置的高度不同，则输出控制信号至竖直驱动油缸以使所述竖直驱动油缸的输出端伸长或收缩，直到所述钻杆的高度与所述待钻孔位置的高度一致。

与现有技术相比，本发明实施例提供的上述技术方案至少具有以下有益效果：

本发明提供的防突钻孔装置、设备及其控制方法，其中的防突钻孔装置包括钻机、移动组件、收集箱、重量传感器和控制器，其中：所述钻机设置于所述移动组件上且所述钻机的钻杆沿水平方向设置，所述钻机在所述移动组件的带动下沿水平方向移动；所述收集箱设置于所述钻杆的下方，用于在钻孔时收集碎屑；所述重量传感器用于检测所述收集箱中碎屑的重量并将检测结果发送至所述控制器；所述控制器，接收所述重量传感器的检测结果后，若所述检测结果表示所述碎屑的重量超过设定阈值，则向所述移动组件和所述钻机发送控制信号以控制所述移动组件和所述钻机关停。通过本发明提供的上述技术方案，能够利用防突钻孔装置中的钻机在钻孔过程中的碎屑自动判断是否存在防突危险，并且在确定存在防突危险时控制防突钻机停止工作。通过将钻孔装置和碎屑收集装置封装为一个整体设备，从而能够一边钻孔一边对是否存在防突危险进行预测，当预测到有防突危险时自动停止钻孔。本方案自动化程度高，能够检测一定厚度范围内的防突危险，具有更好的准确度和安全性。

附图说明

图1为本发明一个实施例所述防突钻孔装置的结构示意图；

图2(a)为本发明一个实施例所述防突钻孔装置设置于液压支架上时侧向示意图；

图2(b)为图2(a)中的I-I剖面图；

图3(a)为综采工作面中预测钻孔位置排列示意图；

图3(b)为综采工作面中排放钻孔位置排列示意图；

图4为本发明一个实施例所述防突钻孔装置的控制方法流程图；

图5为本发明另一个实施例所述防突钻孔装置的控制方法流程图。

具体实施方式

下面将结合附图进一步说明本发明实施例。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必需具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例提供一种防突钻孔装置，如图1所示，包括钻机100、移动组件200、收集箱300、重量传感器400和控制器500，其中：

所述钻机100设置于所述移动组件200上且所述钻机100的钻杆101沿水平方向设置，所述钻机100在所述移动组件200的带动下沿水平方向移动；所述收集箱300设置于所述钻杆101的下方，用于在钻孔时收集碎屑；所述重量传感器400用于检测所述收集箱300中碎屑的重量并将检测结果发送至所述控制器500；所述控制器500，接收所述重量传感器400的检测结果后，若所述检测结果表示所述碎屑的重量超过设定阈值，则向所述移动组件200和所述钻机100发送控制信号以控制所述移动组件200和所述钻机100关停。

以上方案中，控制器500与钻机100和移动组件200之间是通信连接，优选无线通信方式进行数据传输。重量传感器400优选为电子称重装置，其设置在收集箱300的下方，可以当收集箱300中没有任何碎屑时设定电子称重装置的称重值为零，当收集箱300中有碎屑后，测量值可直接表示碎屑的重量。控制器500可以采用现有技术中的单片机芯片、PLC控制模块、DSP控制芯片等，在其内部预置有程序和相关数值即可。具体到本方案，控制器500内部预先设置好设定阈值，设定阈值的选择可以根据现有技术中的钻屑指标法中的钻屑重量法对于钻孔中的钻屑重量与突出危险之间的关系来设定。

通过上述技术方案，能够利用防突钻孔装置中的钻机100在钻孔过程中的碎屑自动判断是否存在防突危险，并且在确定存在防突危险时控制防突钻机100停止工作。通过将钻孔装置和碎屑收集装置封装为一个整体设备，从而能够一边钻孔一边对是否存在防突危险进行预测，当预测到有防突危险时自动停止钻孔，本方案自动化程度高，能够检测一定厚度范围内的防突危险，具有更好的准确度和安全性。

进一步地，以上方案中，所述移动组件200可以包括水平驱动油缸、滑轨和滑动设置于所述滑轨内的滑块，所述钻机100设置于所述滑块上；所述水平驱动油缸设置于所述滑轨的一端，所述水平驱动油缸的被控端与所述控制器的输出端连接，所述水平驱动油缸根据所述控制器输出的控制指令伸长或收缩，所述水平驱动油缸的输出端与所述滑块连接，所述水平驱动油缸的输出端伸缩时带动所述滑块沿所述滑轨滑动。通过油缸的伸缩带动滑块沿着滑轨移动，从而能够带动钻杆101沿水平方向移动，从而能够将钻杆101移动至适于钻孔的位置，之后钻机100启动后钻杆101可直接执行钻孔操作。

作为一种优选的实现方式，以上方案中，所述钻杆101上设置有高度传感器，用于获取所述钻杆101的高度并将检测结果发送至所述控制器500。高度传感器可以设置于钻杆的末端，所述末端是指远离煤层的一端，能够避免在钻孔时对高度传感器造成损坏。进一步地，所述滑块上设置有竖直驱动油缸，所述竖直驱动油缸的被控端与所述控制器500的输出端连接；所述控制器500根据所述钻杆101的高度与待钻孔位置的高度的关系，输出控制信号以使所述竖直驱动油缸的输出端伸长或收缩以带动所述钻机100沿竖直方向移动。在进行防突钻孔时，如果在工作面遇到软分层和构造带，则需要调整钻孔的位置，从而可以通过竖直驱动油缸对钻机的高度进行调节，进而使得钻杆的高度与需要钻孔的位置的高度相一致，尽量使钻孔能落入所述软分层中。软分层和构造带可以有操作人员进行判断，当判断后操作人员可以向控制器内输入待钻孔位置的高度。

进一步地，以上的防突钻孔装置还可以包括，固定底座，用于将所述钻机、所述移动组件、所述收集箱、所述重量传感器和所述控制器安装于所述固定底座上；所述固定底座上开设有适于定位件穿过的安装孔，所述定位件穿过所述安装孔后将所述底座固定于液压支架的底盘上。通过将防突钻孔装置设置于液压支架上，能够使防突钻孔装置随液压支架一同移动，避免人为对其进行搬运的工作量。同时，由于在防突钻孔装置中设置了油缸结构(即水平驱动油缸和竖直驱动油缸)，油缸需要液压油来进行驱动，本方案中可以直接利用液压支架的泵站为油缸提供液压油，简化了动力驱动结构。

实施例2

本实施例提供一种防突钻孔设备，如图2(a)和图2(b)，包括多个实施例1中所述的防突钻孔装置，以及多台液压支架800，所述液压支架800沿综采工作面依序排列；每一所述防突钻孔装置设置于一台液压支架800的底盘上，相邻两个所述防突钻孔装置之间具有设定间隔距离。并且优选所述防突钻装置中的水平驱动油缸和/或竖直驱动油缸的进油口与所述液压支架800的泵站的出油口连接。

将防突钻孔设备设置于液压支架800上，至少具有如下优点：

(1)将液压支架800与防突钻孔设备相连接，利用液压支架800的空间优势来完成对工作面推进方向的煤壁进行突出危险性预测和取样。(2)实现了工人操作的简单化，避免了以往防突钻孔设备的频繁移动，减轻了工人的劳动强度，便于操作。(3)通过液压驱动的原理实现了液压支护和防突钻孔设备驱动双方面的功能，而且优化了现场的生产系统，节约了时间，能够实现多条钻孔线程同时进行，平行作业，加快了煤与瓦斯突出矿井采煤工作面的推进度。从图中可以看出，移动组件200中的水平移动部分201通过固定座600安装于液压支架800的底盘上，其能够带动钻机100水平方向移动，从而对煤壁700进行钻孔操作，移动组件200中的竖直移动部分202能够带动钻机100沿着竖直方向移动，从而确保钻孔落入软分层中。

以上方案中，相邻两个所述防突钻孔装置的间隔距离在10m-15m之间。在采煤工作面每隔10～15m布置一个预测孔，参考图3(a)，例如可选择10m、12m、14m、15米等。钻孔应尽量布置在软分层之中，若工作面存在地质构造或地质异常变化带，应在地质构造或地质异常变化带附近适当增补钻孔，钻孔的孔深5～10m，孔径Φ42mm。按《防突规定》，工作面每推进10～50m(在地质构造复杂区域或采取了预抽煤层瓦斯区域防突措施以及其他必要情况时宜取小值)至少进行两次区域验证；区域验证就是对采煤工作面突出危险性进行预测，加之个别钻孔抽采效果欠佳或预抽钻孔未控制的局部地点以及地质构造带，煤厚变化带等都需要进行突出危险性进行预测。当采煤工作面预测结果为无突出危险时，在采取安全防护措施和留有不小于2m的预测孔超前距的前提下，方可回采；当采煤工作面预测有突出危险时，必须采取防突措施。防突措施的实现包括：

回采工作面的防突措施主要有超前排放钻孔、预抽瓦斯、松动爆破、注水湿润煤体或其他经试验证实有效的防突措施，如果煤矿在突出煤层回采工作面已采用大面积预抽煤层瓦斯措施，因此应优先采用超前排放钻孔。在预测有突出危险的地段施工超前排放钻孔，孔深15～20m，孔径75mm，孔底间距1m，施工完所有排放钻孔后，应排放至少4个小时后，再进行措施效果检验。回采工作面局部防突措施孔布置如图3(b)所示。

在实际操作中，对上述操作的防突措施有效性进行了检验，对采煤工作面防突措施效果的检验应当参照采煤工作面突出危险性预测的方法和指标实施。但应当沿采煤工作面每隔10～15m布置一个检验钻孔，深度应当小于或等于防突措施钻孔。当检验结果措施有效时，若检验孔与防突措施钻孔深度相等，则可在留足防突措施超前距(正常地带至少3m，地质构造带至少5m)并采取安全防护措施的条件下回采。当检验孔的深度小于防突措施钻孔时，则应当在留足所需的防突措施超前距(正常地带至少3m，地质构造带至少5m)并同时保留有至少2m检验孔超前距的条件下，采取安全防护措施后实施回采作业。

实施例3

本实施例提供一种防突钻孔装置的控制方法，用于对实施例1中任一方案所述的防突钻孔装置进行控制，如图4所示，包括如下步骤：

S101：输出控制信号启动钻机，同时输出控制信号至所述防突钻孔装置中的移动组件以控制所述移动组件带动钻机的钻杆沿水平方向移动，启动钻孔过程；

S102：实时获取钻孔过程中产生的碎屑的重量；

S103：若所述碎屑的重量超过设定阈值，则输出控制信号关停钻机，同时控制信号至所述移动组件以使其停止移动。

通过本发明提供的上述技术方案，能够利用防突钻孔装置中的钻机在钻孔过程中的碎屑自动判断是否存在防突危险，并且在确定存在防突危险时控制防突钻机停止工作。通过将钻孔装置和碎屑收集装置封装为一个整体设备，从而能够一边钻孔一边对是否存在防突危险进行预测，当预测到有防突危险时自动停止钻孔。本方案自动化程度高，能够检测一定厚度范围内的防突危险，具有更好的准确度和安全性。

进一步地，如图5所示，上述控制方法，还可以包括如下步骤：

S104：获取待钻孔位置的高度和钻机的钻杆的高度；

S105：若所述钻杆的高度与所述带钻孔位置的高度不同，则输出控制信号至竖直驱动油缸以使所述竖直驱动油缸的输出端伸长或收缩，直到所述钻杆的高度与所述待钻孔位置的高度一致。

在进行防突钻孔时，如果在工作面遇到软分层和构造带，则需要调整钻孔的位置，从而可以通过竖直驱动油缸对钻机的高度进行调节，进而使得钻杆的高度与需要钻孔的位置的高度相一致，尽量使钻孔能落入所述软分层中。软分层和构造带可以有操作人员进行判断，当判断后操作人员可以向控制器内输入待钻孔位置的高度。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种防突钻孔装置，其特征在于，包括钻机、移动组件、收集箱、重量传感器和控制器，其中：

所述钻机设置于所述移动组件上且所述钻机的钻杆沿水平方向设置，所述钻机在所述移动组件的带动下沿水平方向移动；

所述收集箱设置于所述钻杆的下方，用于在钻孔时收集碎屑；

所述重量传感器用于检测所述收集箱中碎屑的重量并将检测结果发送至所述控制器；

所述控制器，接收所述重量传感器的检测结果后，若所述检测结果表示所述碎屑的重量超过设定阈值，则向所述移动组件和所述钻机发送控制信号以控制所述移动组件和所述钻机关停。

2.根据权利要求1所述的防突钻孔装置，其特征在于：

所述移动组件包括水平驱动油缸、滑轨和滑动设置于所述滑轨内的滑块，所述钻机设置于所述滑块上；

所述水平驱动油缸设置于所述滑轨的一端，所述水平驱动油缸的被控端与所述控制器的输出端连接，所述水平驱动油缸根据所述控制器输出的控制指令伸长或收缩，所述水平驱动油缸的输出端与所述滑块连接，所述水平驱动油缸的输出端伸缩时带动所述滑块沿所述滑轨滑动。

3.根据权利要求2所述的防突钻孔装置，其特征在于：

所述钻杆上设置有高度传感器，用于获取所述钻杆的高度并将检测结果发送至所述控制器。

4.根据权利要求3所述的防突钻孔装置，其特征在于：

所述滑块上设置有竖直驱动油缸，所述竖直驱动油缸的被控端与所述控制器的输出端连接；

所述控制器根据所述钻杆的高度与待钻孔位置的高度的关系，输出控制信号以使所述竖直驱动油缸的输出端伸长或收缩以带动所述钻机沿竖直方向移动。

5.根据权利要求1-4任一项所述的防突钻孔装置，其特征在于，还包括：

固定底座，用于将所述钻机、所述移动组件、所述收集箱、所述重量传感器和所述控制器安装于所述固定底座上；

所述固定底座上开设有适于定位件穿过的安装孔，所述定位件穿过所述安装孔后将所述底座固定于液压支架的底盘上。

6.一种防突钻孔设备，其特征在于，包括多个权利要求1-5任一项所述的防突钻孔装置，以及：

多台液压支架，所述液压支架沿综采工作面依序排列；

每一所述防突钻孔装置设置于一台液压支架的底盘上，相邻两个所述防突钻孔装置之间具有设定间隔距离。

7.根据权利要求6所述的防突钻孔设备，其特征在于：

相邻两个所述防突钻孔装置的间隔距离在10m-15m之间。

8.根据权利要求6或7所述的防突钻孔设备，其特征在于：

所述防突钻装置中的水平驱动油缸和/或竖直驱动油缸的进油口与所述液压支架的泵站的出油口连接。

9.一种防突钻孔装置的控制方法，用于对权利要求1-5任一项所述的防突钻孔装置进行控制，其特征在于，包括如下步骤：

输出控制信号启动钻机，同时输出控制信号至所述防突钻孔装置中的移动组件以控制所述移动组件带动钻机的钻杆沿水平方向移动，启动钻孔过程；

实时获取钻孔过程中产生的碎屑的重量；

若所述碎屑的重量超过设定阈值，则输出控制信号关停钻机，同时控制信号至所述移动组件以使其停止移动。

10.根据权利要求9所述的防突钻孔的控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：

获取待钻孔位置的高度和钻机的钻杆的高度；

若所述钻杆的高度与所述带钻孔位置的高度不同，则输出控制信号至竖直驱动油缸以使所述竖直驱动油缸的输出端伸长或收缩，直到所述钻杆的高度与所述待钻孔位置的高度一致。

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