CN114280105A - 基于钻孔岩屑的煤岩快速识别装置与识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于钻孔岩屑的煤岩快速识别装置与识别方法，其中，样品收集装置用于收集岩屑样品，样品制备装置用于对岩屑样品进行烘干和固化，伽马测量装置用于测量岩屑样品的伽马值，电阻率测量装置用于测量岩屑样品的电阻率数据，参数提取装置用于对测得的伽马值和电阻率数据进行预处理和精细化处理以得到电阻率‑时间和伽马‑时间数据，煤岩识别装置能将伽马‑时间数据和电阻率‑时间数据进行数据融合处理得到同一采样时间下的伽马值和电阻率数据并能将岩屑样品的伽马‑时间数据和电阻率‑时间数据与煤层碎屑样品和岩石碎屑样品标准数据信息库中的伽马‑时间数据和电阻率‑时间数据对比进行煤岩快速识别。本发明实现了对煤及岩石的快速识别。
Description
技术领域
本发明属于煤矿井下钻孔岩性识别的技术领域，尤其涉及一种基于钻孔岩屑的煤岩快速识别装置与识别方法。
背景技术
随着煤矿开采技术水平的不断发展，煤矿开采工作正朝着少人化和智能化的方向发展。通过对钻孔岩屑的样品进行识别分析，能够更加准确地掌握钻孔周围地层、地质条件具有重要意义。
目前，煤岩识别主要是靠人工目测方式来判断，识别精度低，效率低下，还由于井下环境恶劣，会给现场操作人员带来安全问题。因此，世界各主要产煤国都非常重视这一关键技术，提出了多种煤岩识别方法，主要有：人工伽马射线法、雷达探测法、基于截割力响应和无源红外探测等方法。但以上几种方法的效果不够理想，条件要求高，难以大规模推广。随着计算机技术的快速发展，天然伽马射线法与电阻率法识别逐渐应用到各个领域，可以利用物理测量的煤岩识别方式，利用岩石物性参数识别技术进行煤岩识别。因此，有必要设计一种钻孔岩屑的煤岩快速识别装置与识别方法，以解决上述问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种基于钻孔岩屑的煤岩快速识别装置与识别方法，用于煤及岩石类别的识别检测，通过对岩屑的电阻率、自然伽马等参数物理性质检测，将检测结果进行数据融合分析，通过分析软件识别技术进行数据处理与分析，各装置的协同工作识别判断是何种岩石或煤炭，满足识别功能。通过对煤岩碎屑进行识别分析，为井下工作提供理论依据，使现场能够更加准确地掌握钻孔周围地层、地质条件。
为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：
一种基于钻孔岩屑的煤岩快速识别装置，包括依次相连的样品收集装置、样品制备装置、伽马测量装置、电阻率测量装置、参数提取装置及煤岩识别装置；
所述样品收集装置用于收集岩屑样品并经输送带输送至样品制备装置；
所述样品制备装置用于对岩屑样品进行烘干和固化并经输送带输送至伽马测量装置和电阻率测量装置；
所述伽马测量装置用于测量岩屑样品的伽马值，电阻率测量装置用于测量岩屑样品的电阻率数据，测得的伽马值和电阻率数据通过连接线和宽带天线传输给参数提取装置；
所述参数提取装置用于对测得的伽马值和电阻率数据进行预处理和精细化处理以得到电阻率-时间和伽马-时间数据，该电阻率-时间和伽马-时间数据通过连接线和宽带天线传输给煤岩识别装置；
所述煤岩识别装置能将伽马-时间数据和电阻率-时间数据进行数据融合处理得到同一采样时间下的伽马值和电阻率数据，并能将岩屑样品的伽马-时间数据和电阻率-时间数据与煤层碎屑样品和岩石碎屑样品标准数据信息库中的伽马-时间数据和电阻率-时间数据对比进行煤岩快速识别。
本发明还包括如下技术特征：
可选地，所述样品收集装置包括料仓、设在料仓下方的底座支撑板、倾斜设在底座支撑板上的渣水混合物滑道、连在底座支撑板末端的分离振动筛网以及连接分离振动筛网的振动器；料仓内的渣水混合物能经渣水混合物滑道导入分离振动筛网，经分离振动筛网分离渣水混合物以收集岩屑样品。
可选地，所述样品制备装置包括放置箱、设在放置箱底部的加热板以及排气组件以对岩屑样品进行烘干和固化；排气组件包括设在放置箱侧壁的气流通道以及设在放置箱顶部的排气通道，气流通道连通放置箱以及排气通道。
可选地，所述伽马测量装置包括自然伽马电离室、罩在自然伽马电离室外的信号屏蔽罩、设在自然伽马电离室下端的用以放置岩屑样品的测量箱体、设在测量箱体内的计数器、探测器以及数据处理模块；探测器和计数器分别与数据处理模块连接，以将测得的伽马计数信号发送至数据处理模块。
可选地，所述电阻率测量装置包括底座和顶板、设在底座和顶板之间的电流探针组和电压探针组；电流探针组能供电，岩屑样品置于电压探针组之间能测量电压，通过电流和电压数据能得到岩屑样品电阻率。
可选地，所述参数提取装置中，对伽马值进行预处理是将测量到的自然伽马数据奇异值进行删除，得到圆滑的自然伽马数据；对电阻率数据进行预处理是将测量到的电阻率数据奇异值进行删除，得到圆滑的电阻率数据；对预处理后的伽马值进行精细化处理是将圆滑的自然伽马数据和其对应的采样时间进行插值拟合，得到伽马-时间数据；对预处理后的电阻率进行精细化处理是将圆滑的电阻率数据和其对应的采样时间进行插值拟合，得到电阻率-时间数据；
所述参数提取装置包括接收处理单元、连接线、宽带天线；接收处理单元通过连接线连接宽带天线，接收处理单元包括数据接收电路和数据处理电路，数据接收电路接收伽马测量装置和电阻率测量装置测量到的伽马值与电阻率值；数据处理电路将接收到的伽马值与电阻率值进行预处理和精细化处理；宽带天线能将精细化处理后数据传输至煤岩识别装置。
可选地，所述煤岩识别装置包括工控机、数据运算电路、连接线和宽带天线；工控机控制数据运算电路，通过算法对数据进行处理，识别判断是何种岩石或煤炭；通过按设备上的启动识别按钮会启动自动检测，无需其他按键，检测结束后自动给出检测结果；煤岩识别装置适应性强、识别率高，能够准确识别出煤岩样品的类型，通过对采集的煤岩样品进行识别分析，为井下工作提供理论依据。
可选地，所述自然伽马测量装置和电阻率测量装置内置有多路发射电路和信号接收产生电路，多路发射电路用于给伽马测量装置和电阻率测量装置供电，信号接收产生电路用于接收伽马测量装置和电阻率测量装置的测量数据信号。
一种基于钻孔岩屑的煤岩快速识别方法，该方法首先分别获取煤层碎屑样品和岩石碎屑样品，分别进行样品收集、样品制备、伽马测量和电阻率测量、参数提取后建立煤层碎屑样品和岩石碎屑样品标准数据信息库；施工现场采集待测岩屑样品，依次对待测岩屑样品进行样品收集、样品制备、伽马测量、电阻率测量参数提取；将待测岩屑样品与标准数据信息库进行数据对比分析，从而进行煤岩快速识别。
具体的，该方法具体包括以下步骤：
步骤一、建立煤层碎屑样品和岩石碎屑样品标准数据信息库：
步骤1.1人工采集煤层碎屑放入样品收集装置料仓并通过分离振动筛网收集煤层碎屑样品并将其输送至样品制备装置进行烘干和固化，再将煤层碎屑样品输送至伽马测量装置进行样品伽马数值测量，输送至电阻率测量装置进行电阻率数值测量，从而得到煤层碎屑样品的伽马值与电阻率并记录采样时间，经过参数提取装置对该伽马值和电阻率进行预处理和精细化处理得到煤层碎屑样品的电阻率-时间和伽马-时间数据；
步骤1.2采集岩石碎屑放入料仓并通过分离振动筛网收集岩石碎屑样品并将其输送至样品制备装置进行烘干和固化，再将岩石碎屑样品输送至伽马测量装置进行样品伽马数值测量，输送至电阻率测量装置进行电阻率数值测量，从而得到岩石碎屑样品的伽马值与电阻率值并记录采样时间，经过参数提取装置对该伽马值和电阻率进行预处理和精细化处理得到岩石碎屑样品的电阻率-时间和伽马-时间数据；
步骤1.3以钻孔名称、钻孔深度、岩性、伽马值、电阻率作为数据库的字段名，将步骤1.1和步骤1.2得到的煤层碎屑样品的电阻率-时间和伽马-时间数据和岩石碎屑样品的电阻率-时间和伽马-时间数据收录入库，得到煤层碎屑样品和岩石碎屑样品标准数据信息库；
步骤二、待测岩屑样品的伽马值和电阻率数据测量：
将待测岩屑样品放入样品收集装置料仓并通过分离振动筛网收集待测岩屑样品并将其输送至样品制备装置进行烘干和固化，再将待测岩屑样品输送至伽马测量装置进行样品伽马数值测量，输送至电阻率测量装置进行电阻率数值测量，从而得到待测岩屑样品的伽马值与电阻率并记录采样时间，经过参数提取装置对该伽马值和电阻率进行预处理和精细化处理得到待测岩屑样品的电阻率-时间和伽马-时间数据；
步骤三、待测岩屑样品的煤岩快速识别：
通过煤岩识别装置对待测岩屑样品的电阻率-时间和伽马-时间数据进行数据融合处理得到同一采样时间下的伽马值与电阻率数据；将数据融合后的电阻率-时间和伽马-时间数据与煤层碎屑样品和岩石碎屑样品标准数据信息库进行数据对比分析，从而判断待测岩屑样品煤/岩类型，达到煤岩界面快速识别的目的。
本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：
1、本发明通过各装置的协同工作，实现了对煤及岩石的识别功能，运用岩石物性技术，无需加装大量的传感器采集各类数据信息，结构简单，易于部署，人工干预少，节省了人力，大大降低了设备的成本。
2、该煤岩识别装置适应性强、识别率高，能够准确识别出煤岩样品的类型，通过对采集的煤岩样品进行识别分析，为井下工作提供理论依据，使现场能够更加准确地掌握钻孔周围地层、地质条件。
3、该设备体积小，操作方便，制作成本低，识别精度高，满足智能化要求，满足安全工作需求。
附图说明
图1为本发明实施例的煤岩识别装置装配示意图；
图2为本发明实施例的样品制备装置示意图；
图3为本发明实施例的伽马测量装置示意图；
图4为本发明实施例的电阻率测量装置示意图；
图5为本发明实施例的多路发射电路示意图；
图6为本发明实施例的信号接收产生电路示意图；
图7为本发明实施例的伽马测量装置的信号放大电路示意图；
图8为本发明实施例的识别方法流程图；
图9为本发明实施例的数据融合成果图。
附图标记含义：
1.样品收集装置，2.样品制备装置，3.伽马测量装置，4.电阻率测量装置，5.参数提取装置，6.煤岩识别装置，7.信息反馈装置；101.料仓，102.底座支撑板，103.渣水混合物滑道，104.分离振动筛网，105.振动器，201.放置箱，202.加热板，203.气流通道，204.排气通道，301.自然伽马电离室，302.信号屏蔽罩，303.测量箱体，304.计数器，305.探测器，401.底座，402.顶板，403.电流探针组，404.电压探针组。
以下结合说明书附图和具体实施方式对本发明做具体说明。
具体实施方式
本发明提供一种基于钻孔岩屑的煤岩快速识别装置与识别方法，本发明提供的样品收集装置，实现了能够将钻出的煤粉量全部收集，不影响钻孔钻进工作，避免操作和接续的误差。伽马测量装置可快速测量料仓收集到的钻孔岩样自然伽马数值，电阻率测量装置可快速测量料仓收集到的钻孔岩样电阻率数值，钻孔岩样自然伽马数值与电阻率数值为参数提取提供数据支持。参数提取装置采用了微波谐振非接触式测试方法，利用谐振器所选的材料介电常数与谐振频率关系，通过不同温度下介电常数的变化，测试不同温度环境下谐振频率解算出待测的温度参数信息；参数敏感单元与传输天线一体化设计，达到提高该装置工作稳定性、可靠性及环境适应性能力的目的。煤岩识别装置适应性强、识别率高，能够准确识别出煤岩样品的类型，通过对采集的煤岩样品进行识别分析。多路发射电路能够双路选择发射，关键点为发射电路控制转换的AD设计和开发；通电程控切换，调节发射电流，可同时发射不同频率电信号；采用伪随机技术多频同步发射增强信号分析处理手段。信号接收产生电路通过该电路接收伽马测量装置、电阻率测量装置的反馈数据信号，该数据信号需要经过煤岩识别装置的信号处理传递至信息反馈装置。
遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1：
一种基于钻孔岩屑的煤岩快速识别装置，如图1所示，包括依次相连的样品收集装置1、样品制备装置2、伽马测量装置3、电阻率测量装置4、参数提取装置5及煤岩识别装置6。
样品收集装置1用于收集岩屑样品并经输送带输送至样品制备装置2；样品制备装置2用于对岩屑样品进行烘干和固化并经输送带输送至伽马测量装置3和电阻率测量装置4；伽马测量装置3用于测量岩屑样品的伽马值，电阻率测量装置4用于测量岩屑样品的电阻率数据，测得的伽马值和电阻率数据通过连接线和宽带天线传输给参数提取装置5；参数提取装置5用于对测得的伽马值和电阻率数据进行预处理和精细化处理以得到电阻率-时间和伽马-时间数据，该电阻率-时间和伽马-时间数据通过连接线和宽带天线传输给煤岩识别装置6；煤岩识别装置6能将伽马-时间数据和电阻率-时间数据进行数据融合处理得到同一采样时间下的伽马值和电阻率数据，并能将岩屑样品的伽马-时间数据和电阻率-时间数据与煤层碎屑样品和岩石碎屑样品标准数据信息库中的伽马-时间数据和电阻率-时间数据对比进行煤岩快速识别。
具体的，如图1所示，样品收集装置1包括料仓101、设在料仓101下方的底座支撑板102、倾斜设在底座支撑板102上的渣水混合物滑道103、连在底座支撑板102末端的分离振动筛网104以及连接分离振动筛网104的振动器105；料仓101内的渣水混合物能经渣水混合物滑道103导入分离振动筛网104，经分离振动筛网104分离渣水混合物以收集岩屑样品。
如图2所示，样品制备装置2包括放置箱201、设在放置箱201底部的加热板202以及排气组件以对岩屑样品进行烘干和固化；排气组件包括设在放置箱201侧壁的气流通道203以及设在放置箱201顶部的排气通道204，气流通道203连通放置箱201以及排气通道204。
如图3所示，伽马测量装置3包括自然伽马电离室301、罩在自然伽马电离室301外的信号屏蔽罩302、设在自然伽马电离室301下端的用以放置岩屑样品的测量箱体303、设在测量箱体303内的计数器304、探测器305以及数据处理模块；探测器305和计数器304分别与数据处理模块连接，以将测得的伽马计数信号发送至数据处理模块。具体的，探测器和计数器通过信号放大电路连接数据处理模块；电源分别与探测器、计数器以及数据处理模块连接，以分别向探测器、计数器以及数据处理模块供电；数据处理模块连接至信号接收产生电路；具体的，电源包括电池和电压转换器，电池通过电压转换器分别与探测器、计数器以及数据处理模块连接，以将电池电压分别转换为探测器、计数器的工作电压。
如图4所示，电阻率测量装置4包括底座401和顶板402、设在底座401和顶板402之间的电流探针组403和电压探针组404；电流探针组403能供电，岩屑样品置于电压探针组404之间能测量电压，通过电流和电压数据能得到岩屑样品电阻率；电流探针组和电压探针组连接至信号接收产生电路；本实施例中布设了多组电流探针组和电压探针组以能够获得四组电阻率数据，当该四个电阻率数据之间的误差较小时，最终的电阻率取测得的该四个电阻率数据的平均值。本实施例还设有备用电流探针和备用电压探针，当一个电流探针或者电压探针不工作时，备用电流探针或备用电压探针参与测量。
参数提取装置中，对伽马值进行预处理是将测量到的自然伽马数据奇异值(零值或突变值)进行删除，得到圆滑的自然伽马数据；对电阻率数据进行预处理是将测量到的电阻率数据奇异值(零值或突变值)进行删除，得到圆滑的电阻率数据；对预处理后的伽马值进行精细化处理是将圆滑的自然伽马数据和其对应的采样时间进行插值拟合，得到伽马-时间数据；对预处理后的电阻率进行精细化处理是将圆滑的电阻率数据和其对应的采样时间进行插值拟合，得到电阻率-时间数据；
参数提取装置包括接收处理单元、连接线、宽带天线；接收处理单元通过连接线连接宽带天线，接收处理单元包括数据接收电路和数据处理电路，数据接收电路接收伽马测量装置和电阻率测量装置测量到的伽马值与电阻率值；数据处理电路将接收到的伽马值与电阻率值进行预处理和精细化处理；宽带天线能将精细化处理后数据传输至煤岩识别装置。本发明提出的参数提取装置，达到提高该装置工作稳定性、可靠性及环境适应性能力的目的。
煤岩识别装置包括工控机、数据运算电路、连接线和宽带天线；工控机控制数据运算电路，通过算法对数据进行处理，识别判断是何种岩石或煤炭；通过按设备上的启动识别按钮会启动自动检测，无需其他按键，检测结束后自动给出检测结果；煤岩识别装置适应性强、识别率高，能够准确识别出煤岩样品的类型，通过对采集的煤岩样品进行识别分析，为井下工作提供理论依据。
本实施例中还设置有信息反馈装置7，信息反馈装置接将测量数据处理，实测数据以虚拟井的方式构建岩石物性参数曲线，依据测量数据和虚拟井的岩石物性参数构建模型，正演求取煤层反射的波形，将岩石物性参数和正演模拟的煤层反射波形以井为索引记录到基础波形数据库中；以实际数据的位置为基点，将数据门槛值距离内，记录最佳匹配波形的岩石物性参数为当前位置的岩石物性参数，循环测网内所有数据匹配出全部数据的物性参数。
自然伽马测量装置和电阻率测量装置内置有多路发射电路和信号接收产生电路，多路发射电路用于给伽马测量装置和电阻率测量装置供电，信号接收产生电路用于接收伽马测量装置和电阻率测量装置的测量数据信号；具体的通过差分输入的方式进行信号接收，抵消接地效应和干扰，将信号进行放大传输至下一级电路进行后续处理。
如图5所示，为多路发射电路，其能给伽马测量装置与电阻率测量装置提供供电电流，其包括伽马测量发射模块和电阻率测量发射模块两路发射模块，伽马测量发射模块包括开关、二极管、电阻、集成电路、电容；电阻率测量发射模块包括开关、二极管、电阻、集成电路、电容；是煤岩界面快速识别装置的核心电路部分。其主要功能是能够双路选择发射，关键点为发射电路控制转换的AD设计和开发；通电程控切换，调节发射电流，可同时发射不同频率电信号；采用伪随机技术多频同步发射增强信号分析处理手段。多路发射电路包括两个集成电路和其他元器件，集成电路JP1的管脚1与开关S2连接，管脚2与开关S4连接，二极管D3、二极管D4、K2并联后与集成电路JP1管脚3连接，管脚4分别连接开关S3与接地，管脚5与开关S3连接，管脚6与开关S3连接，管脚7连接开关S3与器件K1、二极管D1、二极管D2组成的并联电路，管脚8连接开关S3，管脚9分别连接电阻R2与二极管D5，电阻R2另一端接地，二极管另一端接地；管脚10分别连接电阻R3与二极管D6，电阻R3接5V电源，二极管D6分别连接管脚11和接地。集成电路JP2的管脚17与电阻R4连接，电容C1与电源并联后与电阻R4连接；电源有5V输入电源和3V输入电源两种，管脚20接地。
如图6所示，为信号接收产生电路，其主要功能是通过该电路接收伽马测量装置、电阻率测量装置的反馈数据信号，该数据信号经过煤岩识别装置的信号处理传递至信息反馈装置。信号接收产生电路包括两个分频器、一个数据选择器及其他电阻、电容和晶振；分频器U1具有14个管脚，其中管脚CLR连接电容C1、电阻R1与另一个分频器U2管脚CLR组成的并联电路，管脚CLK连接晶振OUT端口；电容C1另一端接地，电阻R1另一端分别连接晶振GND与接地，晶振另外两个端口为EN和电源输入端口VCC；管脚QL连接分频器U2管脚CLK；分频器U2管脚QC连接数据选择器管脚D3，分频器U2管脚QD连接数据选择器管脚D4，分频器U2管脚QE连接数据选择器管脚D5，分频器U2管脚QF连接数据选择器管脚D6，分频器U2管脚QK连接数据选择器管脚D7；数据选择器管脚STB连接接地，管脚Y、W进行数据输出。
如图7所示，为伽马测量装置中的信号放大电路，伽马测量装置中的信号放大电路是将计数器采集的微小信号数据进行放大，大信号有利于数据的处理，包括二极管、电阻、电位器、运算放大器等，在给电路提供5V电源后，首先分别经过二极管D1、D2、D3、D4，二极管D1与D2连接后，二极管D1连接接收电极M极，二极管D2另一端分别连接二极管D6、电阻R2、电阻Rin2。二极管D3与D4连接后，二极管D4连接接收电极N极，二极管D3另一端分别连接二极管D5、电阻R1、电阻Rin1。电阻Rin2另一端连接运算放大器U1B，运算放大器另外两端分别连接电位器W2以及由电阻R5、R7、R02组成的并联电路。电阻Rin1另一端连接运算放大器U1A，运算放大器另外两端分别连接电位器W2以及由电阻R4、R6、R01组成的并联电路。电位器W2另一端连接电阻R0，电阻R0另一端连接运算放大器U2A。电阻R9与运算放大器U2B组成并联电路后与电阻R6另一端连接，电阻R7另一端连接电阻R8，电阻R8另一端连接电源VREF。
实施例2：
本实施例提供一种基于钻孔岩屑的煤岩快速识别方法，如图8所示，该方法首先分别获取煤层碎屑样品和岩石碎屑样品，分别进行样品收集、样品制备、伽马测量和电阻率测量、参数提取后建立煤层碎屑样品和岩石碎屑样品标准数据信息库；施工现场采集待测岩屑样品，依次对待测岩屑样品进行样品收集、样品制备、伽马测量、电阻率测量参数提取；将待测岩屑样品与标准数据信息库进行数据对比分析，从而进行煤岩快速识别。
该方法具体包括以下步骤：
步骤一、建立煤层碎屑样品和岩石碎屑样品标准数据信息库：
步骤1.1人工采集煤层碎屑放入样品收集装置料仓并通过分离振动筛网收集煤层碎屑样品并将其输送至样品制备装置进行烘干和固化，再将煤层碎屑样品输送至伽马测量装置进行样品伽马数值测量，输送至电阻率测量装置进行电阻率数值测量，从而得到煤层碎屑样品的伽马值与电阻率并记录采样时间，经过参数提取装置对该伽马值和电阻率进行预处理和精细化处理得到煤层碎屑样品的电阻率-时间和伽马-时间数据；
其中，对伽马值进行预处理是将测量到的自然伽马数据奇异值(零值或突变值)进行删除，得到圆滑的自然伽马数据；对电阻率进行预处理是将测量到的电阻率数据奇异值(零值或突变值)进行删除，得到圆滑的电阻率数据；对预处理后的伽马值进行精细化处理是将圆滑的自然伽马数据和其对应的采样时间进行插值拟合，得到伽马-时间数据；对预处理后的电阻率进行精细化处理是将圆滑的电阻率数据和其对应的采样时间进行插值拟合，得到电阻率-时间数据；
步骤1.2采集岩石碎屑放入料仓并通过分离振动筛网收集岩石碎屑样品并将其输送至样品制备装置进行烘干和固化，再将岩石碎屑样品输送至伽马测量装置进行样品伽马数值测量，输送至电阻率测量装置进行电阻率数值测量，从而得到岩石碎屑样品的伽马值与电阻率值并记录采样时间，经过参数提取装置对该伽马值和电阻率进行预处理和精细化处理得到岩石碎屑样品的电阻率-时间和伽马-时间数据；
其中，对伽马值进行预处理是将测量到的自然伽马数据奇异值(零值或突变值)进行删除，得到圆滑的自然伽马数据；对电阻率进行预处理是将测量到的电阻率数据奇异值(零值或突变值)进行删除，得到圆滑的电阻率数据；对预处理后的伽马值进行精细化处理是将圆滑的自然伽马数据和其对应的采样时间进行插值拟合，得到伽马-时间数据；对预处理后的电阻率进行精细化处理是将圆滑的电阻率数据和其对应的采样时间进行插值拟合，得到电阻率-时间数据；
步骤1.3以钻孔名称、钻孔深度、岩性、伽马值、电阻率作为数据库的字段名，将步骤1.1和步骤1.2得到的煤层碎屑样品的电阻率-时间和伽马-时间数据和岩石碎屑样品的电阻率-时间和伽马-时间数据收录入库，得到煤层碎屑样品和岩石碎屑样品标准数据信息库；
步骤二、待测岩屑样品的伽马值和电阻率数据测量：
将待测岩屑样品放入样品收集装置料仓并通过分离振动筛网收集待测岩屑样品并将其输送至样品制备装置进行烘干和固化，再将待测岩屑样品输送至伽马测量装置进行样品伽马数值测量，输送至电阻率测量装置进行电阻率数值测量，从而得到待测岩屑样品的伽马值与电阻率并记录采样时间，经过参数提取装置对该伽马值和电阻率进行预处理和精细化处理得到待测岩屑样品的电阻率-时间和伽马-时间数据；
其中，对伽马值进行预处理是将测量到的自然伽马数据奇异值(零值或突变值)进行删除，得到圆滑的自然伽马数据；对电阻率进行预处理是将测量到的电阻率数据奇异值(零值或突变值)进行删除，得到圆滑的电阻率数据；对预处理后的伽马值进行精细化处理是将圆滑的自然伽马数据和其对应的采样时间进行插值拟合，得到伽马-时间数据；对预处理后的电阻率进行精细化处理是将圆滑的电阻率数据和其对应的采样时间进行插值拟合，得到电阻率-时间数据；
步骤三、待测岩屑样品的煤岩快速识别：
通过煤岩识别装置对待测岩屑样品的电阻率-时间和伽马-时间数据进行数据融合处理得到同一采样时间下的伽马值与电阻率数据；将数据融合后的电阻率-时间和伽马-时间数据与煤层碎屑样品和岩石碎屑样品标准数据信息库进行数据对比分析，从而判断待测岩屑样品煤/岩类型，达到煤岩界面快速识别的目的。
如图9所示，对采集到的各种煤层、岩层、煤(岩)层自然伽马值，电阻率值数据进行精细化处理；对精细化处理后的自然伽马值，电阻率值数据进行数据融合处理；通过对比融合数据与数据库中的数据信息，进行数据对比分析；通过数据对比分析，判断并识别煤、岩地层类型。检测完成后绘制钻孔岩性成果图，包括：钻孔深度-伽马曲线、深度-电阻率曲线、深度-融合岩性曲线。通过融合岩性曲线可以清晰判别钻孔中煤层和岩层的分界位置，显示为煤层部分用黑色块体表示，显示为岩体部分用无色透明状块体表示。
Claims (10)
1.一种基于钻孔岩屑的煤岩快速识别装置，其特征在于，包括依次相连的样品收集装置(1)、样品制备装置(2)、伽马测量装置(3)、电阻率测量装置(4)、参数提取装置(5)及煤岩识别装置(6)；
所述样品收集装置(1)用于收集岩屑样品并经输送带输送至样品制备装置(2)；
所述样品制备装置(2)用于对岩屑样品进行烘干和固化并经输送带输送至伽马测量装置(3)和电阻率测量装置(4)；
所述伽马测量装置(3)用于测量岩屑样品的伽马值，电阻率测量装置(4)用于测量岩屑样品的电阻率数据，测得的伽马值和电阻率数据通过连接线和宽带天线传输给参数提取装置(5)；
所述参数提取装置(5)用于对测得的伽马值和电阻率数据进行预处理和精细化处理以得到电阻率-时间和伽马-时间数据，该电阻率-时间和伽马-时间数据通过连接线和宽带天线传输给煤岩识别装置(6)；
所述煤岩识别装置(6)能将伽马-时间数据和电阻率-时间数据进行数据融合处理得到同一采样时间下的伽马值和电阻率数据，并能将岩屑样品的伽马-时间数据和电阻率-时间数据与煤层碎屑样品和岩石碎屑样品标准数据信息库中的伽马-时间数据和电阻率-时间数据对比进行煤岩快速识别。
2.如权利要求1所述的基于钻孔岩屑的煤岩快速识别装置，其特征在于，所述样品收集装置(1)包括料仓(101)、设在料仓(101)下方的底座支撑板(102)、倾斜设在底座支撑板(102)上的渣水混合物滑道(103)、连在底座支撑板(102)末端的分离振动筛网(104)以及连接分离振动筛网(104)的振动器(105)；料仓(101)内的渣水混合物能经渣水混合物滑道(103)导入分离振动筛网(104)，经分离振动筛网(104)分离渣水混合物以收集岩屑样品。
3.如权利要求1所述的基于钻孔岩屑的煤岩快速识别装置，其特征在于，所述样品制备装置(2)包括放置箱(201)、设在放置箱(201)底部的加热板(202)以及排气组件以对岩屑样品进行烘干和固化；排气组件包括设在放置箱(201)侧壁的气流通道(203)以及设在放置箱(201)顶部的排气通道(204)，气流通道(203)连通放置箱(201)以及排气通道(204)。
4.如权利要求1所述的基于钻孔岩屑的煤岩快速识别装置，其特征在于，所述伽马测量装置(3)包括自然伽马电离室(301)、罩在自然伽马电离室(301)外的信号屏蔽罩(302)、设在自然伽马电离室(301)下端的用以放置岩屑样品的测量箱体(303)、设在测量箱体(303)内的计数器(304)、探测器(305)以及数据处理模块；探测器(305)和计数器(304)分别与数据处理模块连接，以将测得的伽马计数信号发送至数据处理模块。
5.如权利要求1所述的基于钻孔岩屑的煤岩快速识别装置，其特征在于，所述电阻率测量装置(4)包括底座(401)和顶板(402)、设在底座(401)和顶板(402)之间的电流探针组(403)和电压探针组(404)；电流探针组(403)能供电，岩屑样品置于电压探针组(404)之间能测量电压，通过电流和电压数据能得到岩屑样品电阻率。
6.如权利要求1所述的基于钻孔岩屑的煤岩快速识别装置，其特征在于，所述参数提取装置中，对伽马值进行预处理是将测量到的自然伽马数据奇异值进行删除，得到圆滑的自然伽马数据；对电阻率数据进行预处理是将测量到的电阻率数据奇异值进行删除，得到圆滑的电阻率数据；对预处理后的伽马值进行精细化处理是将圆滑的自然伽马数据和其对应的采样时间进行插值拟合，得到伽马-时间数据；对预处理后的电阻率进行精细化处理是将圆滑的电阻率数据和其对应的采样时间进行插值拟合，得到电阻率-时间数据；
所述参数提取装置包括接收处理单元、连接线、宽带天线；接收处理单元通过连接线连接宽带天线，接收处理单元包括数据接收电路和数据处理电路，数据接收电路接收伽马测量装置和电阻率测量装置测量到的伽马值与电阻率值；数据处理电路将接收到的伽马值与电阻率值进行预处理和精细化处理；宽带天线能将精细化处理后数据传输至煤岩识别装置。
7.如权利要求1所述的基于钻孔岩屑的煤岩快速识别装置，其特征在于，所述煤岩识别装置包括工控机、数据运算电路、连接线和宽带天线；工控机控制数据运算电路，通过算法对数据进行处理，识别判断是何种岩石或煤炭；通过按设备上的启动识别按钮会启动自动检测，无需其他按键，检测结束后自动给出检测结果；煤岩识别装置适应性强、识别率高，能够准确识别出煤岩样品的类型，通过对采集的煤岩样品进行识别分析，为井下工作提供理论依据。
8.如权利要求1所述的基于钻孔岩屑的煤岩快速识别装置，其特征在于，所述自然伽马测量装置和电阻率测量装置内置有多路发射电路和信号接收产生电路，多路发射电路用于给伽马测量装置和电阻率测量装置供电，信号接收产生电路用于接收伽马测量装置和电阻率测量装置的测量数据信号。
9.一种基于钻孔岩屑的煤岩快速识别方法，其特征在于，该方法首先分别获取煤层碎屑样品和岩石碎屑样品，分别进行样品收集、样品制备、伽马测量和电阻率测量、参数提取后建立煤层碎屑样品和岩石碎屑样品标准数据信息库；施工现场采集待测岩屑样品，依次对待测岩屑样品进行样品收集、样品制备、伽马测量、电阻率测量参数提取；将待测岩屑样品与标准数据信息库进行数据对比分析，从而进行煤岩快速识别。
10.如权利要求9所述的基于钻孔岩屑的煤岩快速识别方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
步骤一、建立煤层碎屑样品和岩石碎屑样品标准数据信息库：
步骤1.1人工采集煤层碎屑放入样品收集装置料仓并通过分离振动筛网收集煤层碎屑样品并将其输送至样品制备装置进行烘干和固化，再将煤层碎屑样品输送至伽马测量装置进行样品伽马数值测量，输送至电阻率测量装置进行电阻率数值测量，从而得到煤层碎屑样品的伽马值与电阻率并记录采样时间，经过参数提取装置对该伽马值和电阻率进行预处理和精细化处理得到煤层碎屑样品的电阻率-时间和伽马-时间数据；
步骤1.2采集岩石碎屑放入料仓并通过分离振动筛网收集岩石碎屑样品并将其输送至样品制备装置进行烘干和固化，再将岩石碎屑样品输送至伽马测量装置进行样品伽马数值测量，输送至电阻率测量装置进行电阻率数值测量，从而得到岩石碎屑样品的伽马值与电阻率值并记录采样时间，经过参数提取装置对该伽马值和电阻率进行预处理和精细化处理得到岩石碎屑样品的电阻率-时间和伽马-时间数据；
步骤1.3以钻孔名称、钻孔深度、岩性、伽马值、电阻率作为数据库的字段名，将步骤1.1和步骤1.2得到的煤层碎屑样品的电阻率-时间和伽马-时间数据和岩石碎屑样品的电阻率-时间和伽马-时间数据收录入库，得到煤层碎屑样品和岩石碎屑样品标准数据信息库；
步骤二、待测岩屑样品的伽马值和电阻率数据测量：
将待测岩屑样品放入样品收集装置料仓并通过分离振动筛网收集待测岩屑样品并将其输送至样品制备装置进行烘干和固化，再将待测岩屑样品输送至伽马测量装置进行样品伽马数值测量，输送至电阻率测量装置进行电阻率数值测量，从而得到待测岩屑样品的伽马值与电阻率并记录采样时间，经过参数提取装置对该伽马值和电阻率进行预处理和精细化处理得到待测岩屑样品的电阻率-时间和伽马-时间数据；
步骤三、待测岩屑样品的煤岩快速识别：
通过煤岩识别装置对待测岩屑样品的电阻率-时间和伽马-时间数据进行数据融合处理得到同一采样时间下的伽马值与电阻率数据；将数据融合后的电阻率-时间和伽马-时间数据与煤层碎屑样品和岩石碎屑样品标准数据信息库进行数据对比分析，从而判断待测岩屑样品煤/岩类型，达到煤岩界面快速识别的目的。
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