CN112253094A - 煤矿井下防爆型钻孔轨迹测量与瓦斯检测系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种煤矿井下防爆型钻孔轨迹测量与瓦斯检测系统及其使用方法，系统包含连续或间断性测量钻孔轨迹参数和瓦斯浓度的孔内组件和向供孔内组件供电并根据孔内仪器回传的测量数据形成钻孔轨迹和瓦斯浓度分布曲线的孔口组件，所述孔内组件包括防爆固定组件和防爆探管，所述孔口设备包括防爆型控制器、防爆型电池筒和防爆型手机；由此，本发明能解决现有煤矿瓦斯检测技术所存在的问题，其结构简单紧凑，尺寸小，适用于煤矿井下各种规格，不改变煤矿井下钻探工艺，价格低廉，且采用了防爆设计，能够在煤矿井下爆炸性气体环境下进行工作。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿井下钻孔轨迹测量与瓦斯检测的技术领域，尤其涉及一种煤矿井下防爆型钻孔轨迹测量与瓦斯检测系统及其使用方法。
背景技术
钻孔轨迹测量与瓦斯检测是对钻井孔形成的轨迹上对轨迹方位和倾斜角和瓦斯浓度进行连续或间断性测量的技术简称。
在公知技术中，钻孔轨迹测量技术以及瓦斯检测早已被人们所认识。同时，虽然煤矿井下钻孔轨迹测量系统、瓦斯检测系统已经开始普及使用，首先在钻孔轨迹测量技术对钻孔质量进行检测和评价，钻孔完成后在孔口安装瓦斯检测系统，对孔内瓦斯总排放量进行检测，两个套系统都是彼此独立，互不干涩。目前市场上的瓦斯检测仅能对煤矿孔内瓦斯总量进行检测，无法精确分析煤层中瓦斯浓度分布，本发明把钻孔轨迹测量、瓦斯浓度检测和实时传输技术相结合，不仅能够对钻孔轨迹图形进行测绘，同时能够对孔内各个位置瓦斯排放量进行测量，为后续煤层气孔密度分析、瓦斯抽取以及钻孔施工方案提供重要参考。
为此，本发明的设计者有鉴于此，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种煤矿井下防爆型钻孔轨迹测量与瓦斯检测系统及其使用方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤矿井下防爆型钻孔轨迹测量与瓦斯检测系统及其使用方法，能解决现有煤矿瓦斯检测技术所存在的问题，其结构简单紧凑，尺寸小，适用于煤矿井下各种规格，不改变煤矿井下钻探工艺，价格低廉，且采用了防爆设计，能够在煤矿井下爆炸性气体环境下进行工作。
为实现上述目的，本发明公开了一种煤矿井下防爆型钻孔轨迹测量与瓦斯检测系统，其包含连续或间断性测量钻孔轨迹参数和瓦斯浓度的孔内组件和向供孔内组件供电并根据孔内仪器回传的测量数据形成钻孔轨迹和瓦斯浓度分布曲线的孔口组件，其特征在于：
所述孔内组件包括防爆固定组件1和防爆探管2，所述防爆固定组件1与防爆探管2连接并固定在钻具中，同时在钻孔过程中起减震作用，防爆探管2连续测量钻孔轨迹参数、检测瓦斯浓度，并通过通缆钻杆把测量数据传给防爆控制器3；
所述孔口设备包括防爆型控制器3、防爆型电池筒4和防爆型手机5，所述防爆型控制器3与防爆型电池筒4连接以接受电力，然后通过通缆钻杆给孔内仪器供电，负责接收孔内组件回传的测量数据，所述防爆型手机5通过无线蓝牙与孔口防爆型控制器3连接以形成钻孔轨迹和瓦斯浓度分布曲线。
其中：所述防爆探管2由加速度传感器21、磁传感器22、瓦斯检测模块23、第一CPU控制器24、传输单元25、本安电源电路26组成，所述本安电源电路26、加速度传感器21、磁传感器22、瓦斯检测模块23、第一CPU控制器24以及传输单元25依次连接；所述第一CPU控制器24还与加速度传感器21、磁传感器22、瓦斯检测模块23、传输单元25连接；所述加速度传感器21分别与本安电源电路26和第一CPU控制器24连接；所述磁传感器22分别与本安电源电路26和第一CPU控制器24连接；所述瓦斯检测模块23还分别与本安电源电路26和第一CPU控制器24连接；所述的传输单元25分别与本安电源电路26和第一CPU控制器23连接。
其中：所述防爆型控制器3由数据采集单元31、数字电源单元32、蓝牙模块33、第二CPU控制器34、模拟电源单元35、解码单元36、本安供电电路37、电源供电单元38组成，所述电源供电单元38、数据采集单元31、数字电源单元32、蓝牙模块33、第二CPU控制器34、模拟电源单元35、本安供电电路37和解码单元依次连接；所述第二CPU控制器34还与数据采集单元31、数字电源单元32、蓝牙模块33、解码单元36以及本安供电电路连接；所述数据采集单元31还与电源供电单元38、第二CPU控制器34连接；所述数字电源单元32还与电源供电单元38、第二CPU控制器34连接；所述蓝牙模块33还与电源供电单元38、第二CPU控制器34连接；所述模拟电源单元32还与电源供电单元38、解码单元36连接；所述解码单元36还与模拟电源单元35、第二CPU控制器34连接；所述解码单元36还与模拟电源单元35、本安供电电路37、第二CPU控制器34连接；所述本安供电电路37还与解码单元36、第二CPU控制器34连接。
其中：一无磁钻杆6设置于无磁通缆钻杆11的前端，防爆型探管2的周缘通过扶正器8定位于无磁钻杆6内，其头部设有瓦斯传感器7。
其中：所述防爆型探管2的后端连接至防爆型固定组件1，所述防爆型固定组件1与无磁钻杆6的内壁紧密接触同时作为防爆型探管的供电电源负极，所述防爆型固定组件1的后端通过电源正极保护外壳9连接至通缆钻杆的中心电缆12。
其中：一通缆钻杆13连接至无磁通缆钻杆11的后端，一航空插头10的前端连接至通缆钻杆13以给孔内防爆型探管供电，后端连接至防爆型控制器3的蓝牙天线39，防爆型控制器3的后端连接至防爆型电池筒4。
其中：所述航空插头10的正极连接通缆钻杆的中心电缆，负极连到通缆钻杆外壳。
还公开了一种如上所述的煤矿井下防爆型随钻钻孔轨迹测量和瓦斯浓度检测系统的使用方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1，根据钻具规格和尺寸选择配套的固定组件1；
步骤2，将孔内组件进行组装，并固定在钻具中,然后将孔内仪器送入钻孔指定的孔深度；
步骤3，孔口防爆型控制器3、防爆型电池筒4和通览钻杆连接；
步骤4，防爆型手机5通过蓝牙与防爆型控制器3建立连接，并开启防爆型控制器3同时给孔内仪器供电；
步骤5，防爆型手机5读取、显示和记录防爆型控制器3接收到测量数据；
步骤6，根据步骤5记录的不同孔深的测量数据和孔深的变化自动生成并显示钻孔轨迹数据和瓦斯浓度数据。
通过上述内容可知，本发明的煤矿井下防爆型钻孔轨迹测量与瓦斯检测系统及其使用方法具有如下效果：
1、解决现有煤矿瓦斯检测技术所存在的问题，其结构简单紧凑，尺寸小，适用于煤矿井下各种规格，不改变煤矿井下钻探工艺，价格低廉，且采用了防爆设计，能够在煤矿井下爆炸性气体环境下进行工作。
2、利用孔内仪器连续或间断性测量钻孔轨迹参数倾角和方位角和瓦斯浓度，经过通缆钻杆与孔口防爆型控制器连接，实时传输钻孔轨迹参数和瓦斯浓度，并形成钻孔轨迹和立体空间的瓦斯浓度分布曲线。本系统数据交换采用有线传输方式，具有轨迹参数和瓦斯浓度同步测量与实时传输功能，安装、操作简便，满足煤矿防爆要求。
本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。
附图说明
图1显示了本发明的煤矿井下防爆型钻孔轨迹测量与瓦斯检测系统的结构原理示意图。
图2显示了图1中防爆探管的结构原理示意图。
图3显示了图1中防爆型控制器的结构原理示意图。
图4显示了本发明的装置连接和设备操作示意图。
具体实施方式
参见图1至图4，显示了本发明的煤矿井下防爆型钻孔轨迹测量与瓦斯检测系统及其使用方法。
所述煤矿井下防爆型钻孔轨迹测量与瓦斯检测系统由孔内组件、孔口设备两大部分组成，所述孔内组件包括防爆探管2和防爆固定组件1，所述孔口设备包括防爆型电池筒4、防爆型控制器3和防爆型手机5，所述孔内组件用于连续或间断性测量钻孔轨迹参数和瓦斯浓度，所述孔口设备用于供孔内仪器供电并解析孔内仪器回传的测量数据并形成钻孔轨迹和瓦斯浓度分布曲线。
防爆固定组件1、防爆探管2、孔口防爆型控制器3、孔口防爆型电池筒4、孔口防爆型手机5全部采用防爆设计，可应用于煤矿井下爆炸性气体环境中。在进入钻孔前，根据钻具规格选择相配套的防爆固定组件1，然后通过防爆固定组件1将防爆探管2固定在钻具中，然后把防爆型控制器3与防爆型电池筒4连接固定，待孔内组件到达规定位置后使用电缆把防爆型控制器3与通览钻杆接通，并通过防爆型手机5启动防爆探管2工作，防爆探管2开始按照设定的测量孔轨迹参数和瓦斯浓度值，测量结束后把发送给孔口的防爆型控制器3，防爆型手机5通过蓝牙读取、显示并记录防爆型控制器3接收到的测量数据，并形成钻孔轨迹和瓦斯浓度变化曲线。
参见图2，所述防爆探管2采用无磁铜或无磁不锈钢为外壳，由加速度传感器21、磁传感器22、瓦斯检测模块23、第一CPU控制器24、传输单元25和本安电源电路26组成，加速度传感器21能够敏感重力加速度信号并电连接至第一CPU控制器24，磁传感器22能够敏感地磁场信号并电连接至第一CPU控制器24，瓦斯检测模块23能够检测瓦斯浓度和环境温湿度并电连接至第一CPU控制器24，由此，通过第一CPU控制器24接受信号以通过测量的防爆探管2所处位置的重力加速度值、地磁场强度值、瓦斯浓度、环境温湿度来得到倾角、方位角的钻孔轨迹参数以及瓦斯浓度，然后通过传输单元25把测量数据发给孔口防爆型控制器3，所述本安电源电路26连接至加速度传感器21、磁传感器22、瓦斯检测模块23、第一CPU控制器24、传输单元25以提供电力供给，保证其在短路、开路状态下具有防爆特性，不会产生火花。第一传输单元25负责与孔口防爆型控制器3进行数据传输。
参见图3，防爆型控制器3采用无磁铜或无磁不锈钢为外壳，由数据采集单元31、数字电源单元32、蓝牙模块33、第二CPU控制器34、模拟电源单元35、解码单元36、本安供电电路37和电源供电单元38组成。数据采集单元31连接电源供电单元38以检测电源供电状况并电连接至第二CPU控制器34，数字电源单元32连接电源供电单元38以为第二CPU控制器34及其他逻辑电路供电，蓝牙模块33连接第二CPU控制器34以与防爆型手机进行通讯，模拟电源单元35连接电源供电单元38以给解码单元36供电，所述解码单元36接收并解析孔内仪器发送数据信息给第二CPU控制器34，本安供电电路37负责给孔内仪器和解码单元36供电，同时保证其在短路、开路状态下具有防爆特性，不会产生火花，电源供电单元38负责给各个功能模块供电。
参见图4，在本发明的一个具体实施例中，无磁钻杆6设置于无磁通缆钻杆11的前端，防爆型探管2的周缘通过扶正器8定位于无磁钻杆6内，其头部设有瓦斯传感器7以作为瓦斯检测模块，后端连接至防爆型固定组件1，所述防爆型固定组件1与无磁钻杆6的内壁紧密接触同时作为防爆型探管的供电电源负极，所述防爆型固定组件1的后端通过电源正极保护外壳9中心为正极触点连接至通缆钻杆的中心电缆12，通缆钻杆13连接至无磁通缆钻杆11的后端，一航空插头10的前端连接至通缆钻杆13以给孔内防爆型探管供电正极连接通缆钻杆的中心电缆，负极连到通缆钻杆外壳，后端连接至防爆型控制器3的蓝牙天线39，防爆型控制器3的后端连接至防爆型电池筒4。
还公开了一种上述煤矿井下防爆型随钻钻孔轨迹测量和瓦斯浓度检测系统的使用方法，其包括以下步骤：
步骤1，根据钻具规格和尺寸选择配套的防爆固定组件1；
步骤2，将孔内组件进行组装，并固定在钻具中，然后将孔内仪器送入钻孔指定的孔深度；
步骤3，将孔口的防爆型控制器3、防爆型电池筒4和通览钻杆连接；
步骤4，防爆型手机5通过蓝牙与防爆型控制器3建立连接，并开启防爆型控制器3同时给孔内仪器供电；
步骤5，防爆型手机5读取、显示和记录防爆型控制器3接收到测量数据；
步骤6，根据步骤5记录的不同孔深的测量数据和孔深的变化自动生成并显示钻孔轨迹数据和瓦斯浓度数据。
由此，本发明的煤矿井下防爆型钻孔轨迹测量与瓦斯检测系统在煤矿井下钻进施工过程中，利用孔内仪器连续或间断性测量钻孔轨迹参数倾角和方位角和瓦斯浓度，经过通缆钻杆与孔口防爆型控制器连接，实时传输钻孔轨迹参数和瓦斯浓度，并形成钻孔轨迹和立体空间的瓦斯浓度分布曲线。本系统数据交换采用有线传输方式，具有轨迹参数和瓦斯浓度同步测量与实时传输功能，安装、操作简便，满足煤矿防爆要求。
显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。
Claims (8)
1.一种煤矿井下防爆型钻孔轨迹测量与瓦斯检测系统，其包含连续或间断性测量钻孔轨迹参数和瓦斯浓度的孔内组件和向供孔内组件供电并根据孔内仪器回传的测量数据形成钻孔轨迹和瓦斯浓度分布曲线的孔口组件，其特征在于：
所述孔内组件包括防爆固定组件(1)和防爆探管(2)，所述防爆固定组件(1)与防爆探管(2)连接并固定在钻具中，同时在钻孔过程中起减震作用，防爆探管(2)连续测量钻孔轨迹参数、检测瓦斯浓度，并通过通缆钻杆把测量数据传给防爆控制器(3)；
所述孔口设备包括防爆型控制器(3)、防爆型电池筒(4)和防爆型手机(5)，所述防爆型控制器(3)与防爆型电池筒(4)连接以接受电力，然后通过通缆钻杆给孔内仪器供电，负责接收孔内组件回传的测量数据，所述防爆型手机(5)通过无线蓝牙与孔口防爆型控制器(3)连接以形成钻孔轨迹和瓦斯浓度分布曲线。
2.如权利要求1所述的煤矿井下防爆型钻孔轨迹测量与瓦斯检测系统，其特征在于：所述防爆探管(2)由加速度传感器(21)、磁传感器(22)、瓦斯检测模块(23)、第一CPU控制器(24)、传输单元(25)、本安电源电路(26)组成，所述本安电源电路(26)、加速度传感器(21)、磁传感器(22)、瓦斯检测模块(23)、第一CPU控制器(24)以及传输单元(25)依次连接；所述第一CPU控制器(24)还与加速度传感器(21)、磁传感器(22)、瓦斯检测模块(23)、传输单元(25)连接；所述加速度传感器(21)分别与本安电源电路(26)和第一CPU控制器(24)连接；所述磁传感器(22)分别与本安电源电路(26)和第一CPU控制器(24)连接；所述瓦斯检测模块(23)还分别与本安电源电路(26)和第一CPU控制器(24)连接；所述的传输单元(25)分别与本安电源电路(26)和第一CPU控制器(23)连接。
3.如权利要求1所述的煤矿井下防爆型钻孔轨迹测量与瓦斯检测系统，其特征在于：所述防爆型控制器(3)由数据采集单元(31)、数字电源单元(32)、蓝牙模块(33)、第二CPU控制器(34)、模拟电源单元(35)、解码单元(36)、本安供电电路(37)、电源供电单元(38)组成，所述电源供电单元(38)、数据采集单元(31)、数字电源单元(32)、蓝牙模块(33)、第二CPU控制器(34)、模拟电源单元(35)、本安供电电路(37)和解码单元依次连接；所述第二CPU控制器(34)还与数据采集单元(31)、数字电源单元(32)、蓝牙模块(33)、解码单元(36)以及本安供电电路连接；所述数据采集单元(31)还与电源供电单元(38)、第二CPU控制器(34)连接；所述数字电源单元(32)还与电源供电单元(38)、第二CPU控制器(34)连接；所述蓝牙模块(33)还与电源供电单元(38)、第二CPU控制器(34)连接；所述模拟电源单元(32)还与电源供电单元(38)、解码单元(36)连接；所述解码单元(36)还与模拟电源单元(35)、第二CPU控制器(34)连接；所述解码单元(36)还与模拟电源单元(35)、本安供电电路(37)、第二CPU控制器(34)连接；所述本安供电电路(37)还与解码单元(36)、第二CPU控制器(34)连接。
4.如权利要求1所述的煤矿井下防爆型钻孔轨迹测量与瓦斯检测系统，其特征在于：一无磁钻杆(6)设置于无磁通缆钻杆(11)的前端，防爆型探管(2)的周缘通过扶正器(8)定位于无磁钻杆(6)内，其头部设有瓦斯传感器(7)。
5.如权利要求4所述的煤矿井下防爆型钻孔轨迹测量与瓦斯检测系统，其特征在于：所述防爆型探管(2)的后端连接至防爆型固定组件(1)，所述防爆型固定组件(1)与无磁钻杆(6)的内壁紧密接触同时作为防爆型探管的供电电源负极，所述防爆型固定组件(1)的后端通过电源正极保护外壳(9)连接至通缆钻杆的中心电缆(12)。
6.如权利要求5所述的煤矿井下防爆型钻孔轨迹测量与瓦斯检测系统，其特征在于：一通缆钻杆(13)连接至无磁通缆钻杆(11)的后端，一航空插头(10)的前端连接至通缆钻杆(13)以给孔内防爆型探管供电，后端连接至防爆型控制器(3)的蓝牙天线(39)，防爆型控制器(3)的后端连接至防爆型电池筒(4)。
7.如权利要求6所述的煤矿井下防爆型钻孔轨迹测量与瓦斯检测系统，其特征在于：所述航空插头(10)的正极连接通缆钻杆的中心电缆，负极连到通缆钻杆外壳。
8.一种权利要求1所述的煤矿井下防爆型随钻钻孔轨迹测量和瓦斯浓度检测系统的使用方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1，根据钻具规格和尺寸选择配套的固定组件(1)；
步骤2，将孔内组件进行组装，并固定在钻具中,然后将孔内仪器送入钻孔指定的孔深度；
步骤3，孔口防爆型控制器(3)、防爆型电池筒(4)和通览钻杆连接；
步骤4，防爆型手机(5)通过蓝牙与防爆型控制器(3)建立连接，并开启防爆型控制器(3)同时给孔内仪器供电；
步骤5，防爆型手机(5)读取、显示和记录防爆型控制器(3)接收到测量数据；
步骤6，根据步骤5记录的不同孔深的测量数据和孔深的变化自动生成并显示钻孔轨迹数据和瓦斯浓度数据。
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