CN115265726A - 一种用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置及测量方法，涉及煤粉称重装置技术领域。该用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置，包括集粉固定筒、集粉伸缩筒、集粉转运筒、集粉固定机构、钻杆、壳体、称重传感器、支撑座、煤粉传送带、集粉槽、柔性连接套、排粉槽、称重支撑机构和数据采集处理单元。本发明的一种用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置及测量方法，在进行钻屑法钻孔过程中可以实现自动测量煤粉量，操作简单、方便，测量精度高，有效降低操作人员工作强度，施工效率高，安全性较高。

Description

一种用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及煤粉称重装置技术领域，具体地说是涉及一种用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置及测量方法。

背景技术

冲击地压作为矿山开采典型动力灾害之一，其有效预警与防治是保障井下工作人员安全及煤炭高效开采的关键。钻屑法是一种常用的、认可度高的冲击地压危险性监测方法，该方法通过在煤层中施工孔径42mm左右的钻孔，根据每米钻孔排出的煤粉量及其变化规律、钻进过程中有关的动力现象鉴别冲击危险。受井下巷道施工条件限制，钻屑法施工过程中，通常采用麻袋或小桶等作为容器，在钻孔过程中人工收集煤粉，然后利用手提秤称重。该煤粉称重方法效率低、人工强度大，且煤粉收集人员靠近钻杆及巷帮边壁，存在一定的安全隐患。此外，我国部分矿井开始进行大直径卸压钻孔的煤粉量监测，大直径钻孔煤粉量远远超过小孔径的钻孔。如某矿施工孔径150mm的卸压孔时，每米钻孔排出的煤粉量普遍在3桶以上，部分甚至超过30桶。因此，采用常规称重法进行煤粉量测量是极其费时费力的，而且严重影响卸压施工进度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置及测量方法，以在钻孔过程中自动测量煤粉量。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术解决方案如下：

一种用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置，包括集粉固定筒、集粉伸缩筒、集粉转运筒、集粉固定机构、钻杆、壳体、称重传感器、支撑座、煤粉传送带、集粉槽、柔性连接套、排粉槽、称重支撑机构和数据采集处理单元；

集粉固定筒的前端活动连接所述集粉伸缩筒，集粉固定筒与集粉伸缩筒同轴布置，集粉伸缩筒可相对于集粉固定筒伸缩，集粉固定筒的后端连接集粉转运筒的上端，集粉伸缩筒、集粉固定筒及集粉转运筒三者连通；

所述集粉固定筒经集粉固定机构连接巷帮；

所述钻杆上设置有螺旋叶片，所述钻杆沿着集粉固定筒的轴向依次贯穿集粉固定筒及集粉伸缩筒；

所述壳体上设置所述称重传感器，所述称重传感器上设置支撑座，所述支撑座上布置所述煤粉传送带，所述煤粉传送带由传送带驱动机构驱动运行；

所述壳体的上端设置所述集粉槽，所述集粉槽的上端和下端均设置开口，集粉槽上端的开口经柔性连接套连接集粉转运筒的下端，集粉槽下端的开口位于煤粉传送带的装载位置的上方；

所述壳体的下端设置所述排粉槽，所述排粉槽的上端和下端均设置开口，排粉槽上端的开口位于煤粉传送带的卸载位置的下方；

所述称重支撑机构支撑所述壳体；

所述数据采集处理单元经信号线缆连接所述称重传感器。

优选的，巷帮上铺设金属网；所述集粉固定机构设置为弹簧和挂钩，所述弹簧的一端连接所述集粉固定筒，所述弹簧的另一端连接所述挂钩，所述挂钩连接所述金属网。

优选的，巷帮一侧设置有管道；所述称重支撑机构包括云台、机械臂和机械爪，所述云台上设置所述壳体，所述云台连接所述机械臂，所述机械臂的末端设置所述机械爪，所述机械爪用于夹持所述管道。

优选的，所述机械臂由若干个臂节及伺服机构构成，相邻的臂节之间经伺服机构带动相对摆动。

优选的，还包括倾角传感器和控制器，所述倾角传感器布置于所述云台，所述控制器分别经信号线缆连接倾角传感器和伺服机构的控制端。

优选的，所述煤粉传送带包括支撑架、驱动辊、被动辊和带体，所述支撑架的两端分别转动连接驱动辊和被动辊，驱动辊和被动辊之间连接所述带体；所述传送带驱动机构设置为电机，电机的输出转轴动力连接所述驱动辊。

优选的，所述支撑座上设置有煤粉刮刀，所述煤粉刮刀贴合煤粉传送带的卸载位置，所述煤粉刮刀用于刮除煤粉传送带上的煤粉。

优选的，所述柔性连接套由布料制成。

优选的，所述壳体的下端设置有喷雾嘴，所述喷雾嘴的进水端连接供水单元，所述喷雾嘴的出水端朝向所述排粉槽。

一种用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量方法，应用上述的用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置；

所述方法如下：

步骤1、将集粉伸缩筒置于钻孔内，将集粉固定筒通过集粉固定机构连接巷帮，称重支撑机构保持对壳体的支撑，启动数据采集处理单元，煤粉传送带运行；

步骤2、钻杆由钻机驱动进行钻孔作业，在钻杆螺旋叶片的带动下，煤粉从钻孔依次输送经过集粉伸缩筒、集粉固定筒及集粉转运筒，煤粉继续依次输送经过柔性连接套和集粉槽并落至煤粉传送带的装载位置，煤粉传送带继续将煤粉输送至排粉槽；

数据采集处理单元经称重传感器实时测量单位时间煤粉传送带上煤粉的质量，数据采集处理单元记录单位钻孔距离对应的时间段，数据采集处理单元根据“单位时间煤粉传送带上煤粉的质量”和“单位钻孔距离对应的时间段”计算单位钻孔距离排出的煤粉量。

本发明的有益技术效果是：

本发明的用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置及测量方法，在进行钻屑法钻孔过程中可以实现自动测量煤粉量，操作简单、方便，测量精度高，有效降低操作人员工作强度，施工效率高，安全性较高；本发明的用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置，体积小便于井下携带，安装方便、快捷；本发明的用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置，集粉部分与称重部分经柔性连接套连接，可以避免钻孔施工振动影响称重部分，确保称重部分测量的准确性；本发明的用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置，可以根据钻孔孔径调节集粉部分的尺寸，以实现不同孔径钻孔的钻出煤粉量的测量。

附图说明

图1为本发明实施例用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置的主视剖视图；

图2为本发明实施例用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置的立体图；

图3为本发明实施例用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置的左视图；

图4为本发明实施例称重传感器、煤粉传送带等部分的主视剖视图；

图5为本发明实施例监测的流动质量-时间曲线图；

图6为本发明实施例监测的累计质量-称重质量拟合曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。本发明某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本发明的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本发明满足适用的法律要求。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”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和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例中，提供一种用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置，请参考图1至图6所示。

一种用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置，包括集粉固定筒11、集粉伸缩筒12、集粉转运筒13、集粉固定机构、钻杆2、壳体31、称重传感器32、支撑座33、煤粉传送带14、集粉槽15、柔性连接套16、排粉槽17、称重支撑机构和数据采集处理单元4。

集粉固定筒11的前端内嵌集粉伸缩筒12，集粉伸缩筒12滑动连接集粉固定筒11，集粉固定筒11与集粉伸缩筒12同轴布置，集粉伸缩筒12可相对于集粉固定筒11伸缩。如此，以在集粉固定筒11经集粉固定机构连接巷帮61后，将集粉伸缩筒12伸入钻孔内，方便集粉伸缩筒12与钻孔的配合，钻孔内的煤粉进入集粉伸缩筒12而避免散落。集粉固定筒11的后端连接集粉转运筒13的上端，集粉伸缩筒12、集粉固定筒11及集粉转运筒13三者连通，三者形成集粉上料通道。集粉转运筒13倾斜布置，集粉转运筒13的倾斜角度大于煤粉的休止角，使煤粉在自身重力作用下沿着集粉转运筒13向下滑落。

集粉固定筒11经集粉固定机构连接巷帮61。具体的，巷帮61上铺设金属网62，集粉固定机构设置为弹簧51和挂钩52，弹簧51的一端连接集粉固定筒11，弹簧51的另一端连接挂钩52，挂钩52连接金属网62。将挂钩52挂在金属网62上，在弹簧51弹力的作用下以将集粉固定筒12连接固定在巷帮61上。

钻杆2上设置有螺旋叶片21，钻杆2沿着集粉固定筒11的轴向依次贯穿集粉固定筒11及集粉伸缩筒12。钻杆2钻孔转动带动螺旋叶片21转动，螺旋叶片21将钻孔内的煤粉沿着集粉伸缩筒12及集粉固定筒11输送至集粉转运筒13。

壳体31内部下端设置称重传感器32，称重传感器32上设置支撑座33，支撑座33上布置煤粉传送带14，煤粉传送带14由传送带驱动机构驱动运行。

煤粉传送带14包括支撑架141、驱动辊142、被动辊143和带体144。支撑架141的两端分别转动连接驱动辊142和被动辊143，驱动辊142和被动辊143之间连接带体144；其中，传送带驱动机构设置为电机，电机的输出转轴动力连接驱动辊142。其中，驱动辊142在竖直方向上稍低于被动辊143，以使煤粉传送带14的前端稍向下倾斜，以使煤粉更容易随着带体144的运行从带体144上滑落。

支撑座33上设置煤粉刮刀145，煤粉刮刀145贴合煤粉传送带14(带体144)的卸载位置，煤粉刮刀145用于刮除煤粉传送带14上的煤粉。如此，以避免煤粉粘接在煤粉传送带14上，使称重传感器32测得的煤粉质量更精准。

壳体31的上端设置集粉槽15，集粉槽15的上端和下端均设置开口，集粉槽15上端的开口大于下端的开口。集粉槽15上端的开口经柔性连接套16连接集粉转运筒13的下端，集粉槽15下端的开口位于煤粉传送带14(带体144)的装载位置的上方。集粉槽15上端的开口较大，以便于从柔性连接套16完整地收集煤粉。集粉槽15下端的开口较小，以在煤粉传送带14装载位置集中投放煤粉。

集粉转运筒13与集粉槽15之间通过柔性连接套16连接，可以避免钻孔施工振动通过集粉固定筒11、集粉伸缩筒12及集粉转运筒13传递至集粉槽15、壳体31、称重传感器32及煤粉传送带14等部分，确保称重部分测量的准确性。其中，上述的柔性连接套16由布料制成。

壳体31的下端设置排粉槽17，排粉槽17的上端和下端均设置开口，排粉槽17上端的开口位于煤粉传送带14的卸载位置的下方。煤粉传送带14(带体144)上的煤粉经排粉槽17排出。

壳体31的下端设置若干个喷雾嘴34，喷雾嘴34的进水端连接供水单元(如井下的高压水管)，喷雾嘴34的出水端朝向排粉槽17。在排粉槽17排出煤粉时，喷雾嘴34喷出水雾对煤粉进行降尘处理。

本实施例中，巷帮61一侧设置管道63，称重支撑机构支撑壳体31，称重支撑机构包括云台71、机械臂72和机械爪73。云台71的上端设置壳体31，云台71的下端连接机械臂72，机械臂72的末端设置机械爪73，机械爪73用于夹持管道63。如此，在巷道内通过上述称重支撑机构实现对壳体31的支撑。

上述机械臂72由三个臂节及伺服机构构成，相邻的臂节之间经伺服机构带动相对摆动。相邻的臂节之间相对摆动设定的角度，以保持云台71处于水平状态，进而确保称重部分测量的准确性。

在称重支撑机构上还布置倾角传感器和控制器，倾角传感器布置于云台71，控制器(如PLC控制器)分别经信号线缆连接倾角传感器和伺服机构的控制端。如此，以通过倾角传感器实时感测云台71所处的角度，由控制器触发伺服机构动作带动相邻的臂节之间相对摆动，以调节云台71处于水平状态。

数据采集处理单元4(如计算机)经信号线缆连接称重传感器32。数据采集处理单元4可经称重传感器32实时测量煤粉传送带14(带体144)上煤粉的质量。

在本发明实施例中，还提供一种用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量方法，应用本实施例上述的用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置；

所述方法如下：

步骤1、将集粉伸缩筒12置于钻孔内，将集粉固定筒11通过集粉固定机构连接巷帮61，称重支撑机构保持对壳体31的支撑，启动数据采集处理单元4，煤粉传送带14运行。

步骤2、钻杆2由钻机驱动进行钻孔作业，在钻杆2螺旋叶片21的带动下，煤粉从钻孔依次输送经过集粉伸缩筒12、集粉固定筒11及集粉转运筒13，煤粉继续依次输送经过柔性连接套16和集粉槽15并落至煤粉传送带14的装载位置，煤粉传送带14继续将煤粉输送至排粉槽17；

数据采集处理单元4经称重传感器32实时测量单位时间煤粉传送带14上煤粉的质量，数据采集处理单元4记录单位钻孔距离对应的时间段，数据采集处理单元4根据“单位时间煤粉传送带上煤粉的质量”和“单位钻孔距离对应的时间段”计算单位钻孔距离排出的煤粉量。

步骤3、选择巷帮61上的一个钻孔作为标定钻孔，对标定钻孔除了采用步骤1和步骤2进行煤粉自动测量之外，同时，还采用常规称重方法(比如在钻孔过程中人工收集煤粉，然后利用手提秤称重)对煤粉量进行测量；

定义“单位时间煤粉传送带上煤粉的质量”为流动质量，数据采集处理单元4根据“单位时间煤粉传送带上煤粉的质量”(流动质量)和“单位钻孔距离对应的时间段”得到流动质量-时间曲线图，如图5所示。其中，需要区分钻杆2钻进时段和接续杆时段，计算每根钻杆2钻进时长。

根据每根钻杆2钻进时段的煤粉量数据，将单根钻杆2钻进长度的流动质量进行加和，得到单根钻杆2钻进长度的煤粉累计质量。

将称重得到的煤粉质量和累计质量进行线性拟合，确定标定函数，如图6所示。

进行其他钻孔煤粉质量测量时，利用标定函数及相应的煤粉累计质量，即可计算得到煤粉质量。

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置有了清楚的认识。本发明的用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置及测量方法，在进行钻屑法钻孔过程中可以实现自动测量煤粉量，操作简单、方便，测量精度高，有效降低操作人员工作强度，施工效率高，安全性较高；本发明的用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置，体积小便于井下携带，安装方便、快捷；本发明的用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置，集粉部分与称重部分经柔性连接套16连接，可以避免钻孔施工振动影响称重部分，确保称重部分测量的准确性；本发明的用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置，可以根据钻孔孔径调节集粉部分的尺寸，以实现不同孔径钻孔的钻出煤粉量的测量。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置，其特征在于：包括集粉固定筒、集粉伸缩筒、集粉转运筒、集粉固定机构、钻杆、壳体、称重传感器、支撑座、煤粉传送带、集粉槽、柔性连接套、排粉槽、称重支撑机构和数据采集处理单元；

集粉固定筒的前端活动连接所述集粉伸缩筒，集粉固定筒与集粉伸缩筒同轴布置，集粉伸缩筒可相对于集粉固定筒伸缩，集粉固定筒的后端连接集粉转运筒的上端，集粉伸缩筒、集粉固定筒及集粉转运筒三者连通；

所述集粉固定筒经集粉固定机构连接巷帮；

所述钻杆上设置有螺旋叶片，所述钻杆沿着集粉固定筒的轴向依次贯穿集粉固定筒及集粉伸缩筒；

所述壳体上设置所述称重传感器，所述称重传感器上设置支撑座，所述支撑座上布置所述煤粉传送带，所述煤粉传送带由传送带驱动机构驱动运行；

所述壳体的上端设置所述集粉槽，所述集粉槽的上端和下端均设置开口，集粉槽上端的开口经柔性连接套连接集粉转运筒的下端，集粉槽下端的开口位于煤粉传送带的装载位置的上方；

所述壳体的下端设置所述排粉槽，所述排粉槽的上端和下端均设置开口，排粉槽上端的开口位于煤粉传送带的卸载位置的下方；

所述称重支撑机构支撑所述壳体；

所述数据采集处理单元经信号线缆连接所述称重传感器。

2.根据权利要求1所述的一种用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置，其特征在于：巷帮上铺设金属网；所述集粉固定机构设置为弹簧和挂钩，所述弹簧的一端连接所述集粉固定筒，所述弹簧的另一端连接所述挂钩，所述挂钩连接所述金属网。

3.根据权利要求1所述的一种用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置，其特征在于：巷帮一侧设置有管道；所述称重支撑机构包括云台、机械臂和机械爪，所述云台上设置所述壳体，所述云台连接所述机械臂，所述机械臂的末端设置所述机械爪，所述机械爪用于夹持所述管道。

4.根据权利要求3所述的一种用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置，其特征在于：所述机械臂由若干个臂节及伺服机构构成，相邻的臂节之间经伺服机构带动相对摆动。

5.根据权利要求4所述的一种用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置，其特征在于：还包括倾角传感器和控制器，所述倾角传感器布置于所述云台，所述控制器分别经信号线缆连接倾角传感器和伺服机构的控制端。

6.根据权利要求1所述的一种用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置，其特征在于：所述煤粉传送带包括支撑架、驱动辊、被动辊和带体，所述支撑架的两端分别转动连接驱动辊和被动辊，驱动辊和被动辊之间连接所述带体；所述传送带驱动机构设置为电机，电机的输出转轴动力连接所述驱动辊。

7.根据权利要求1所述的一种用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置，其特征在于：所述支撑座上设置有煤粉刮刀，所述煤粉刮刀贴合煤粉传送带的卸载位置，所述煤粉刮刀用于刮除煤粉传送带上的煤粉。

8.根据权利要求1所述的一种用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置，其特征在于：所述柔性连接套由布料制成。

9.根据权利要求1所述的一种用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置，其特征在于：所述壳体的下端设置有喷雾嘴，所述喷雾嘴的进水端连接供水单元，所述喷雾嘴的出水端朝向所述排粉槽。

10.一种用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量方法，其特征在于：应用权利要求1至9任一项所述的用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置；

所述方法如下：

步骤1、将集粉伸缩筒置于钻孔内，将集粉固定筒通过集粉固定机构连接巷帮，称重支撑机构保持对壳体的支撑，启动数据采集处理单元，煤粉传送带运行；

步骤2、钻杆由钻机驱动进行钻孔作业，在钻杆螺旋叶片的带动下，煤粉从钻孔依次输送经过集粉伸缩筒、集粉固定筒及集粉转运筒，煤粉继续依次输送经过柔性连接套和集粉槽并落至煤粉传送带的装载位置，煤粉传送带继续将煤粉输送至排粉槽；

数据采集处理单元经称重传感器实时测量单位时间煤粉传送带上煤粉的质量，数据采集处理单元记录单位钻孔距离对应的时间段，数据采集处理单元根据“单位时间煤粉传送带上煤粉的质量”和“单位钻孔距离对应的时间段”计算单位钻孔距离排出的煤粉量。

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