CN111878060B - 煤岩层钻孔孔内监测传感器的安装装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤岩层钻孔孔内监测传感器的安装装置及方法，安装装置包括壳体，所述壳体的中部设有用于安装监测传感器的第一腔体，所述壳体外侧设有滑动机构，所述滑动机构包括若干通过弹性机构安装在壳体外侧的滑轮；安装方法包括：首先将装有膨胀材料的密封袋固定在所述壳体内的第二腔体内，再将监测传感器固定在壳体中部的第一腔体内，完成壳体与监测传感器组装；然后将组装好的壳体与监测传感器推送入钻孔内的指定安装位置，拖拽连接密封袋上分离夹的分离绳，打开密封袋，使密封袋中的膨胀材料进入第二密封腔内与空气接触后迅速向壳体内部以及渗透孔方向膨胀硬化，将监测传感器、监测装置壳体及钻孔孔壁的完全耦合。

Description

煤岩层钻孔孔内监测传感器的安装装置及方法

技术领域

本发明涉及一种煤岩层钻孔孔内监测传感器的安装装置及方法。

背景技术

随着矿井逐步向深部延伸开采，煤岩动力灾害频次及种类日益增多，传统的指标测定式灾害预测技术存在一定的局限性，多手段、多途径的在线监测预警技术及装备随之投入到生产矿井的日常灾害监测及防治工作中，一定程度上保证了矿井安全生产。使用灾害监测预警技术及装备过程中需安装大量的钻孔孔内监测传感器，而监测传感器的有效安装是该监测技术的实施和获取真实的监测数据的前提和基础。

目前孔内传感器的安装一般采用直接推送方式将传感器输送到钻孔中，但对于大倾角钻孔、长钻孔以及软煤层中施工的钻孔，由于钻孔倾角大、距离长、孔内煤屑堵塞等因素影响，传感器输送过程容易被卡住，传感器安装的距离难以保证、安装深度受到限制，同时传感器无法与孔壁实现有效耦合，这就难以保证监测效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤岩层钻孔孔内监测传感器的安装装置及方法，以解决现有钻孔孔内监测传感器向钻孔内输送困难的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种煤岩层钻孔孔内监测传感器的安装装置，包括壳体，所述壳体的中部设有用于安装监测传感器的第一腔体，所述壳体外侧设有滑动机构，所述滑动机构包括若干通过弹性机构安装在壳体外侧的滑轮。

进一步地，所述壳体的外表面设有与滑轮形状相配合的凹槽，所述滑轮半镶嵌式安装在所述凹槽内，所述弹性机构为减震弹簧，所述减震弹簧的一端与安装在滑轮中部的轴连接，另一端固定在所述凹槽内。

进一步地，所述壳体的前端设有导向头，所述导向头由与壳体连接的一端向远离壳体的一端逐渐平滑过渡减小。

进一步地，所述壳体的侧壁与第一腔体之间设有第二腔体，所述壳体上设有与第二腔体连通的渗透孔；所述第二腔体内设有密封袋，所述密封袋内设有膨胀材料，所述密封袋的开口部设有分离夹，所述分离夹连接有分离绳，所述分离绳的一端与所述分离夹固定连接，另一端延伸出所述壳体外。

进一步地，所述第二腔体为壳体的内凹式腔体，第二腔体与第一腔体互通。

进一步地，所述壳体的尾部外侧设有防退装置；所述防退装置包括固定卡，所述固定卡的前端部与壳体活动连接，固定卡的后端部为自由端，所述固定卡的中部与壳体之间连接有压缩弹簧，使固定卡与壳体的表面形成张开角。

进一步地，所述固定卡与壳体的表面形成的最大张开角小于90°。

进一步地，所述壳体的前端内部设有向壳体中心延伸的前内部端头，壳体的后端内部设有向壳体中心延伸的后内部端头，所述前内部端头的端面或后内部端头之间形成所述第二腔体。

进一步地，所述前内部端头的端面或后内部端头的端面设有螺纹；所述监测传感器的外表面与所述螺纹相适应的螺纹接头。

此外本发明还提供了一种煤岩层钻孔孔内监测传感器的安装方法，该方法基于上述煤岩层钻孔孔内监测传感器的安装装置进行，具体包括以下步骤：

S1：将装有膨胀材料的密封袋固定在所述壳体内的第二腔体内，再将监测传感器固定在壳体中部的第一腔体内，完成壳体与监测传感器组装；

S2：将组装好的壳体与监测传感器推送入钻孔内的指定安装位置，拖拽连接密封袋上分离夹的分离绳，打开密封袋，使密封袋中的膨胀材料进入第二密封腔内与空气接触后迅速向壳体内部以及渗透孔方向膨胀硬化，将监测传感器、监测装置壳体及钻孔孔壁的完全耦合。

本发明的有益效果为：通过将传感器安装在壳体内，可以保护传感器以避免在向钻孔内输送传感器的过程中，传感器与孔壁发生碰撞导致传感器损坏的情况；通过在壳体外侧设置滑动机构，输送过程中由滑动机构的滑轮与钻孔孔壁接触，由于减震弹簧及滑轮作用，可在减少输送传感器过程中的摩擦同时可以解决孔壁凹凸不平引起输送过程卡死的现象。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明一个实施例的轴向剖视图；

图2为本发明一个实施例的径向剖视图。

其中：1、导向头；2、螺纹；3、减震弹簧；4、滑轮；5、渗透孔；6、膨胀材料；7、分离夹；8、壳体；9、凹槽；10、固定卡；11、压缩弹簧；12、监测传感器；13、钻孔孔壁；14、分离绳。

具体实施方式

如图1和图2所示的煤岩层钻孔孔内监测传感器的安装装置，该安装装置包括壳体8，所述壳体8的中部设有用于安装监测传感器12的第一腔体，所述壳体8外侧设有滑动机构，所述滑动机构包括若干通过弹性机构安装在壳体8外侧的滑轮4。

通过将传感器安装在壳体8内，可以保护传感器以避免在向钻孔内输送传感器的过程中，传感器与孔壁发生碰撞导致传感器损坏的情况；通过在壳体8外侧设置滑动机构，输送过程中由滑动机构的滑轮4与钻孔孔壁13接触，由于减震弹簧3及滑轮4作用，可在减少输送传感器过程中的摩擦同时可以解决孔壁凹凸不平引起输送过程卡死的现象。为能够与钻孔更好地配合，本申请中壳体8可采用圆柱形结构。

根据本申请的一个实施例，所述壳体8的外表面设有与滑轮4形状相配合的凹槽9，所述滑轮4半镶嵌式安装在所述凹槽9内，所述弹性机构为减震弹簧3，所述减震弹簧3的一端与安装在滑轮4中部的轴连接，另一端固定在所述凹槽9内。通过在壳体8的外表面设置凹槽9，将滑轮4半镶嵌式安装在所述凹槽9内，可保证滑轮4与壳体8的相对位置，提高滑轮4工作的稳定性。

根据本申请的一个实施例，所述壳体8的前端设有导向头1，所述导向头由与壳体8连接的一端向远离壳体8的一端逐渐平滑过渡减小。具体地，导向头1可采用顶部为球面或椭球面的椎体，也可以直接采用半球体或椭球体；通过设置导向头不仅可保护壳体，增加壳体头部的防护能力，还可方便壳体8在钻孔中穿行

根据本申请的一个实施例，所述壳体8的侧壁与第一腔体之间设有第二腔体，所述壳体8上设有与第二腔体连通的渗透孔5；所述第二腔体内设有密封袋，所述密封袋内设有膨胀材料6，所述密封袋的开口部设有分离夹7对密封袋进行封口，所述分离夹7连接有分离绳14，所述分离绳14的一端与所述分离夹7固定连接，另一端延伸出所述壳体8外。其中，膨胀材料6可采用膨胀水泥，膨胀水泥是指由硅酸盐水泥熟料与适量石膏和膨胀剂共同磨细制成的水硬性胶凝材料，膨胀水泥在与空气接触后的硬化过程中体积会发生膨胀。而为使膨胀水泥更容易从密封袋中进入壳体8内部与空气接触，可多分几个密封袋分装膨胀材料6。密封袋的开口部也可以沿着壳体8的轴向方向布置，使用时通过拉动分离绳14使分离夹7脱离密封袋的封口打开密封袋，使膨胀材料6填充在壳体8内。

根据本申请的一个实施例，所述第二腔体为壳体8的内凹式腔体，第二腔体与第一腔体互通，可以使膨胀水泥将壳体8、传感器和钻孔孔壁13完全耦合。

根据本申请的一个实施例，所述壳体8的尾部外侧设有防退装置；所述防退装置包括固定卡10，所述固定卡10的前端部与壳体8活动连接，固定卡10的后端部为自由端，所述固定卡10的中部与壳体8之间连接有压缩弹簧11，使固定卡10与壳体8的表面形成张开角。当壳体8向后退时，固定卡10

根据本申请的一个实施例，所述固定卡10与壳体8的表面形成的最大张开角小于90°，考虑固定卡10的承受力，固定卡10与壳体8的表面形成的最大张开角最好小于等于75度。

根据本申请的一个实施例，所述壳体8的前端内部设有向壳体8中心延伸的前内部端头，壳体8的后端内部设有向壳体8中心延伸的后内部端头，所述前内部端头的端面或后内部端头之间形成所述第二腔体。通过设置内凹式第二腔体，可以防止膨胀材料6在装置移动过程免受挤压。

根据本申请的一个实施例，所述前内部端头的端面或后内部端头的端面设有螺纹2；所述监测传感器12的外表面与所述螺纹2相适应的螺纹2接头。采用螺纹2连接的方式将监测传感器12与壳体8固定在一起，组装快捷方便。

本发明还提供了一种煤岩层钻孔孔内监测传感器12的安装方法，该方法基于上述煤岩层钻孔孔内监测传感器12的安装装置进行，具体包括以下步骤：

S1：将装有膨胀材料6的密封袋固定在所述壳体8内的第二腔体内，再将监测传感器12固定在壳体8中部的第一腔体内，完成壳体8与监测传感器12组装；

S2：利用中空硬材质管将组装好的壳体8与监测传感器12推送入钻孔内的指定安装位置，拖拽连接密封袋上分离夹7的分离绳14，打开密封袋，使密封袋中的膨胀材料6进入第二密封腔内与空气接触后迅速向壳体8内部以及渗透孔5方向膨胀硬化，将监测传感器12、监测装置壳体8及钻孔孔壁13的完全耦合。

本发明解决了大倾角钻孔、长钻孔以及软煤层中施工的钻孔孔内监测传感器12安装深度无法保证、安装过程困难等难题，简化了孔内监测传感器12的安装工艺，确保了监测数据的有效性真实性，为提升煤岩动力灾害监测预警的效果奠定基础。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种煤岩层钻孔孔内监测传感器的安装装置，其特征在于，包括壳体，所述壳体的中部设有用于安装监测传感器的第一腔体，所述壳体外侧设有滑动机构，所述滑动机构包括若干通过弹性机构安装在壳体外侧的滑轮；所述壳体的侧壁与第一腔体之间设有第二腔体，所述壳体上设有与第二腔体连通的渗透孔；所述第二腔体内设有密封袋，所述密封袋内设有膨胀材料，所述密封袋的开口部设有分离夹，所述分离夹连接有分离绳，所述分离绳的一端与所述分离夹固定连接，另一端延伸出所述壳体外。

2.根据权利要求1所述的煤岩层钻孔孔内监测传感器的安装装置，其特征在于，所述壳体的外表面设有与滑轮形状相配合的凹槽，所述滑轮半镶嵌式安装在所述凹槽内，所述弹性机构为减震弹簧，所述减震弹簧的一端与安装在滑轮中部的轴连接，另一端固定在所述凹槽内。

3.根据权利要求1所述的煤岩层钻孔孔内监测传感器的安装装置，其特征在于，所述壳体的前端设有导向头，所述导向头由与壳体连接的一端向远离壳体的一端逐渐平滑过渡减小。

4.根据权利要求1所述的煤岩层钻孔孔内监测传感器的安装装置，其特征在于，所述第二腔体为壳体的内凹式腔体，第二腔体与第一腔体互通。

5.根据权利要求1或4所述的煤岩层钻孔孔内监测传感器的安装装置，其特征在于，所述壳体的尾部外侧设有防退装置；所述防退装置包括固定卡，所述固定卡的前端部与壳体活动连接，固定卡的后端部为自由端，所述固定卡的中部与壳体之间连接有压缩弹簧，使固定卡与壳体的表面形成张开角。

6.根据权利要求5所述的煤岩层钻孔孔内监测传感器的安装装置，其特征在于，所述固定卡与壳体的表面形成的最大张开角小于90°。

7.根据权利要求1或4所述的煤岩层钻孔孔内监测传感器的安装装置，其特征在于，所述壳体的前端内部设有向壳体中心延伸的前内部端头，壳体的后端内部设有向壳体中心延伸的后内部端头，所述前内部端头的端面或后内部端头之间形成所述第二腔体。

8.根据权利要求7所述的煤岩层钻孔孔内监测传感器的安装装置，其特征在于，所述前内部端头的端面或后内部端头的端面设有螺纹；所述监测传感器的外表面与所述螺纹相适应的螺纹接头。

9.一种煤岩层钻孔孔内监测传感器的安装方法，其特征在于，基于权利要求1-8任一项所述的煤岩层钻孔孔内监测传感器的安装装置进行，包括以下步骤：

S1：将装有膨胀材料的密封袋固定在所述壳体内的第二腔体内，再将监测传感器固定在壳体中部的第一腔体内，完成壳体与监测传感器组装；

S2：将组装好的壳体与监测传感器推送入钻孔内的指定安装位置，拖拽连接密封袋上分离夹的分离绳，打开密封袋，使密封袋中的膨胀材料进入第二密封腔内与空气接触后迅速向壳体内部以及渗透孔方向膨胀硬化，将监测传感器、监测装置壳体及钻孔孔壁的完全耦合。

Images