CN115201076B - 一种巷帮大直径钻孔煤粉自动筛分与称重装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

一种巷帮大直径钻孔煤粉自动筛分与称重装置及测量方法，包括煤粉收集装置、称重装置、数据分析装置、粒度筛分装置和固定装置组成，以固定装置为基础，顺序连接并集成设置煤粉收集装置、粒度筛分装置、称重装置与数据分析装置，配合烘干实现大直径卸压钻孔的煤粉量监测。本发明结构简单，使用方便且易于维护，通过简单的结构解决了现有技术中钻屑法实施存在的种种弊端，弥补了市场上大直径卸压钻孔的煤粉量监测设备的一处空白。同时解决了因井下施工环境的限制导致的现场粒度筛分工作难以进行的问题，实现了煤粉粒度的自动筛分以及对巷帮大直径钻孔的煤粉量称重于即时风险核算，极具市场推广价值。

Description

一种巷帮大直径钻孔煤粉自动筛分与称重装置及测量方法

技术领域

本发明涉及冲击地压测算领域，尤其涉及一种巷帮大直径钻孔煤粉自动筛分与称重装置及测量方法。

背景技术

随着开采深度的增加，冲击地压成为严重危害井下安全开采的灾害之一，为减少冲击地压造成的危害，需要对煤层进行冲击地压危险性检测。目前常用的方法是钻屑法，其原理是根据在煤层施工钻孔所钻出的煤粉量及其变化规律对冲击地压危险性进行监测。常规钻屑法施工时，对每米钻杆钻出的煤粉量进行人工称重，并及时记录称重数值，但效率低、安全隐患大。

随着对冲击地压研究的不断发展，为了更完善的对冲击地压危险性进行评价，大直径卸压钻孔的煤粉量监测逐渐得到重视。但大直径卸压钻孔的煤粉量远超过小直径钻屑法所钻出的煤粉量，常规称重法远远实现不了对突增的煤粉进行称重测量以及后续测算的实施；同时，煤粉粒度的组成成分是冲击地压监测的另一重要因素，由于井下施工环境的限制，现场进行煤粉粒度的筛分工作难以进行，对筛分后的煤粉进行称重的工作同样不能开展。结合以上，目前市场上还缺少钻屑过程中便能自动筛分煤粉粒度，并对筛分后的煤粉进行称重，进而对应实现冲击地压测算的具体方法与装置。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术不足之处，提供一种结构简单，安全可靠，使用方便，在节省人工操作成本的同时，对巷帮大直径钻孔的煤粉量称重，同时能够实现煤粉粒度的自动筛分，且效率进一步提高的巷帮大直径钻孔煤粉自动筛分与称重装置及测量方法。

设备包括煤粉收集装置、称重装置、数据分析装置、粒径筛分装置和固定装置组成；

所述煤粉收集装置包括：钻孔插槽板、固定板、第一圆筒。所述第一圆筒为倾斜设置；第一圆筒的上部，面向煤壁侧为第一上开孔；第一上开孔处安装固定板，固定板与巷帮金属网固定连接；

第一圆筒的第一上开孔处安装有钻孔插槽板，钻孔插槽板为弧形板形式；

第一圆筒的上端、背离煤壁侧有一切口，切口位置与第一上开孔齐平，切口尺寸大于钻孔直径。现场测试时，钻机钻杆穿过第一圆筒的切口和第一上开孔，切口和第一上开孔尺寸大于钻孔直径。

所述称重装置与煤粉收集装置的第一下开孔连接，称重装置包括第二圆筒、保护外壳、第一称重滑道、转动接头、第一称重传感器和排粉孔。第二圆筒的第二上开孔与第一圆筒的第一下开孔孔径一致、腔室连通。

第二圆筒的第二下开孔下方安装有第一称重滑道，第二圆筒与第一称重滑道间隔设置；第一称重滑道为半圆弧形板，其直径大于第二圆筒直径；

第一称重滑道通过转动接头与第一称重传感器连接；通过转动接头可调整第一称重滑道的倾角。

在保护外壳内部，安装有数据分析装置，可以对第一称重传感器及第二称重传感器数据进行采集、储存及分析。

称重装置安装有排粉孔，排粉孔下方正对粒径筛分装置的煤粉进口。

所述粒径筛分装置包括：煤粉进口、粒度筛分滑道、烘干器、煤粉出口、第二称重滑道、第二称重传感器。其中粒度筛分滑道为三层螺旋结构，其两端头分为煤粉进口与煤粉出口；粒度筛分滑道上边两层底部带有筛孔，从上至下孔径依次减小；粒度筛分滑道中部还设置有烘干器，煤粉沿滑道下滑过程中经烘干器进行烘干，从煤粉出口排出。

煤粉出口处设置第二称重滑道与第二称重传感器，对筛分后的煤粉分别进行称重，通过数据线将数据传递至数据分析装置。

粒度筛分装置安装在固定装置上，固定装置由支架组成。

进一步的，所述第一圆筒倾斜角度大于煤粉休止角，第一上开孔直径大于钻孔孔径。

进一步的，所述钻孔插槽板为半圆形板，其直径对应钻孔。在使用时，钻孔插槽板插入钻孔内部。

进一步的，第一圆筒的切口处还安装有溅粉挡板。

进一步的，所述第一圆筒为圆台形筒，上段直径与钻孔孔径相匹配，下段直径与第二圆筒一致。

一种巷帮大直径钻孔煤粉自动筛分与称重测量方法，包括以下步骤：

（1）根据钻孔孔径选择合适的煤粉收集装置，将煤粉收集装置固定安装到金属网上，将称重装置与煤粉收集装置连接，固定粒径筛分装置至排粉孔下方，打开数据分析装置进行采集与分析；

（2）开启钻机进行钻孔，及时收集粒度筛分装置出口的煤粉，钻孔结束后，停止数据采集，并利用数据分析装置进行数据处理，计算得到每根钻杆钻进时长；

（3）选择标定的拟合函数，对监测数据进行处理，将监测数据代入拟合函数进行计算，得到每根钻杆钻出的煤粉质量。

选择巷帮一个位置，同时采用巷帮大直径钻孔煤粉自动筛分与称重装置和常规称重法进行煤粉量测试，根据常规称重法测得的煤粉质量，对拟合函数进行标定。

本发明的有益效果是：本发明结构简单，使用方便且易于维护，通过简单的结构解决了现有技术中钻屑法实施存在的种种弊端，弥补了市场上大直径卸压钻孔的煤粉量监测设备的一处空白。同时解决了因井下施工环境的限制导致的现场粒度筛分工作难以进行的问题，实现了煤粉粒度的自动筛分以及对巷帮大直径钻孔的煤粉量称重于即时风险核算，极具市场推广价值。

附图说明

图1是本发明所述的一种巷帮大直径钻孔煤粉自动筛分与称重装置的剖面结构示意图；

图2是本发明所述的一种巷帮大直径钻孔煤粉自动筛分与称重装置的实施方式结构示意图；

图3是本发明所述的一种巷帮大直径钻孔煤粉自动筛分与称重装置基于图1方向的左视图；

图4是本发明所述的一种巷帮大直径钻孔煤粉自动筛分与称重装置局部剖面结构示意图；

附图标记：

1-煤粉收集装置111-第一圆筒12-钻孔插槽板13-固定板14-第一上开孔15-第一下开孔、16-切口17-溅粉挡板

2-称重装置21-第二圆筒22-第二上开孔23-第二下开孔24-保护外壳25-第一称重滑道26-转动接头27-第一称重传感器28-排粉孔

3-数据分析装置4-粒度筛分装置

41-煤粉进口42-粒度筛分滑道43-箱体44-烘干器45-煤粉出口 46-第二称重滑道47-第二称重传感器

5-固定装置6-煤壁7-钻杆8-金属网

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

参照图1、图2、图3于图4，本发明所述的一种巷帮大直径钻孔煤粉自动筛分与称重装置及测量方法，包括煤粉收集装置1、称重装置2、数据分析装置3、粒度筛分装置4和固定装置5组成；

所述煤粉收集装置1包括：钻孔插槽板12、固定板13、第一圆筒11。所述第一圆筒11为倾斜设置；第一圆筒11的上部，面向煤壁6侧为第一上开孔14；第一上开孔14处安装固定板13，固定板13与巷帮金属网8固定连接；以此保证巷帮钻孔煤粉自动称重装置整体的固定、稳定。

第一圆筒11的第一上开孔14处安装有钻孔插槽板12，钻孔插槽板12为弧形板形式；

第一圆筒11的上端、背离煤壁6侧开设有一切口16，切口16位置与第一上开孔14齐平，切口16尺寸大于钻孔直径。现场测试时，钻机钻杆7穿过第一圆筒11的切口16和第一上开孔14，切口16和第一上开孔14尺寸大于钻孔直径，可以避免钻杆7转动时碰触第一圆筒11。

所述称重装置2与煤粉收集装置1的第一下开孔15连接，称重装置2包括第二圆筒21、保护外壳24、第一称重滑道25、转动接头26、第一称重传感器27和排粉孔28。第二圆筒21的第二上开孔22与第一圆筒11的第一下开孔15孔径一致、腔室连通。

第二圆筒21的第二下开孔23下方安装有第一称重滑道25，第二圆筒21与第一称重滑道25间隔设置；第一称重滑道25为半圆弧形板，其直径大于第二圆筒21直径；

第一称重滑道25通过转动接头26与第一称重传感器27连接；通过转动接头26可调整第一称重滑道25的倾角。

在保护外壳24内部，安装有数据分析装置3，可以对第一称重传感器27及第二称重传感器47数据进行采集、储存及分析。

称重装置2安装有排粉孔28，排粉孔28下方正对粒度筛分装置4的煤粉进口41。

所述粒度筛分装置4包括：煤粉进口41、粒度筛分滑道42、烘干器44、煤粉出口45、第二称重滑道46、第二称重传感器47。其中粒度筛分滑道42为三层螺旋结构，其两端头分为煤粉进口41与煤粉出口45；粒度筛分滑道42上边两层底部带有筛孔，从上至下孔径依次减小，可筛分三种不同粒度的煤粉。也就是说煤粉进入粒度筛分滑道42，在重力作用下沿粒度筛分滑道42下滑，小粒度煤粉通过筛孔落入下层滑道实现筛分；在粒度筛分滑道42中部还设置有烘干器44，煤粉沿滑道下滑过程中经烘干器44进行烘干，从煤粉出口45排出。

煤粉出口45处设置第二称重滑道46与第二称重传感器47，对筛分后的煤粉分别进行称重，通过数据线将数据传递至数据分析装置3。

粒度筛分装置4安装在固定装置5上，固定装置5由支架组成。

进一步的，所述第一圆筒11倾斜角度大于煤粉休止角，第一上开孔14直径大于钻孔孔径。

进一步的，所述钻孔插槽板12为半圆形板，其直径对应钻孔。在使用时，钻孔插槽板12插入钻孔内部，可以保证煤粉经钻孔插槽板12流入第一圆筒11，避免煤粉自固定板13和巷帮煤壁6间的空隙泄漏。

进一步的，第一圆筒11的切口16处还安装有溅粉挡板17。可以收集飞溅的煤粉。

进一步的，所述第一圆筒11为圆台形筒，上段直径与钻孔孔径相匹配，下段直径与第二圆筒21一致。根据钻孔孔径变化，可以通过替换煤粉收集装置1的方法，进行不同孔径钻孔的煤粉自动称重。

优选的，第二圆筒21、第一称重滑道25、第一称重传感器27均设置于保护外壳24内部。

优选的，所述粒度筛分滑道42外部设置有箱体43，烘干器44加热箱体43内部温度，并与筛分滑道隔离，避免加热装置诱发煤粉爆炸。

一种巷帮大直径钻孔煤粉自动筛分与称重测量方法，包括以下步骤：

（1）根据钻孔孔径选择合适的煤粉收集装置1，将煤粉收集装置1固定安装到金属网8上，将称重装置2与煤粉收集装置1连接，固定粒径筛分装置4至排粉孔28下方，打开数据分析装置3进行采集与分析；

（2）开启钻机进行钻孔，及时收集粒径筛分装置4出口的煤粉，钻孔结束后，停止数据采集，并利用数据分析装置3进行数据处理，计算得到每根钻杆7钻进时长；

（3）选择标定的拟合函数，对监测数据进行处理，将监测数据代入拟合函数进行计算，得到每根钻杆钻出的煤粉质量。

选择巷帮一个位置，同时采用巷帮大直径钻孔煤粉自动筛分与称重装置和常规称重法进行煤粉量测试，根据常规称重法测得的煤粉质量，对拟合函数进行标定。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种巷帮大直径钻孔煤粉自动筛分与称重装置，包括煤粉收集装置、称重装置、数据分析装置、粒度筛分装置和固定装置组成，所述煤粉收集装置包括钻孔插槽板、固定板、第一圆筒；所述第一圆筒为倾斜设，其特征在于：第一圆筒的上部，面向煤壁侧为第一上开孔；第一上开孔处安装固定板，固定板与巷帮金属网固定连接；第一圆筒的第一上开孔处安装有钻孔插槽板，钻孔插槽板为弧形板形式；

第一圆筒的上端、背离煤壁侧有一切口，切口位置与第一上开孔齐平，切口尺寸大于钻孔直径；

所述称重装置与煤粉收集装置的第一下开孔连接，称重装置包括第二圆筒、保护外壳、第一称重滑道、转动接头、第一称重传感器和排粉孔；第二圆筒的第二上开孔与第一圆筒的第一下开孔孔径一致，腔室连通；

第二圆筒的第二下开孔下方安装有第一称重滑道，第二圆筒与第一称重滑道间隔设置；第一称重滑道为半圆弧形板，其直径大于第二圆筒直径；

第一称重滑道通过转动接头与第一称重传感器连接；通过转动接头可调整第一称重滑道的倾角；

在保护外壳内部，安装有数据分析装置；

称重装置安装有排粉孔，排粉孔下方正对粒度筛分装置的煤粉进口；

所述粒度筛分装置包括：煤粉进口、粒度筛分滑道、烘干器、煤粉出口、第二称重滑道、第二称重传感器；其中粒度筛分滑道为三层螺旋结构，其两端头分为煤粉进口与煤粉出口；粒度筛分滑道上边两层底部带有筛孔，从上至下孔径依次减小；

煤粉出口处设置第二称重滑道与第二称重传感器，第二称重传感器信号连接数据分析装置；

粒度筛分装置安装在固定装置上，固定装置由支架组成。

2.根据权利要求1所述的一种巷帮大直径钻孔煤粉自动筛分与称重装置，其特征在于，所述第一圆筒倾斜角度大于煤粉休止角，第一上开孔直径大于钻孔孔径。

3.根据权利要求1所述的一种巷帮大直径钻孔煤粉自动筛分与称重装置，其特征在于，所述钻孔插槽板为半圆形板，其直径对应钻孔。

4.根据权利要求1所述的一种巷帮大直径钻孔煤粉自动筛分与称重装置，其特征在于，第一圆筒的切口处还安装有溅粉挡板。

5.根据权利要求1所述的一种巷帮大直径钻孔煤粉自动筛分与称重装置，其特征在于，所述第一圆筒为圆台形筒，上段直径与钻孔孔径相匹配，下段直径与第二圆筒一致。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种巷帮大直径钻孔煤粉自动筛分与称重装置，其特征在于，其测量方法包括以下步骤：

（1）根据钻孔孔径选择合适的煤粉收集装置，将煤粉收集装置固定安装到金属网上，将称重装置与煤粉收集装置连接，固定粒径筛分装置至排粉孔下方，打开数据分析装置进行采集与分析；

（2）开启钻机进行钻孔，及时收集粒径筛分装置出口的煤粉，钻孔结束后，停止数据采集，并利用数据分析装置进行数据处理，计算得到每根钻杆钻进时长；

（3）选择标定的拟合函数，对监测数据进行处理，将监测数据代入拟合函数进行计算，得到每根钻杆钻出的煤粉质量；

选择巷帮一个位置，同时采用巷帮大直径钻孔煤粉自动筛分与称重装置和常规称重法进行煤粉量测试，根据常规称重法测得的煤粉质量，对拟合函数进行标定。