CN209724420U - 高地温矿井地温测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高地温矿井地温测试系统，包括设置于径向测温钻孔内的数据总线、绝热棒、导热片，设置于轴向巷道内的多点温度记录仪，以及手持式数据转录仪；所述径向测温钻孔与轴向巷道连通，并互相垂直；所述数据总线上设置有若干个温度传感器，数据总线的一端伸入径向测温钻孔内，另一端与多点温度记录仪连接，多点温度记录仪通过无线传输方式与手持式数据转录仪连接；所述绝热棒的纵截面为半圆形，该半圆形的半径与径向测温钻孔相同，绝热棒的圆弧面开设有一个沿径向测温钻孔轴向的槽，槽内安装数据总线和温度传感器；导热片安装于绝热棒和温度传感器之间。本实用新型能够在巷道围岩测温钻孔进行多测点测温，且保证多测点温度数据有效。

Description

高地温矿井地温测试系统

技术领域

本实用新型涉及一种地温测试系统，具体是一种高地温矿井地温测试系统，属于矿山地热与热害防治领域。

背景技术

矿山地热是地热学的一个应用分支，它研究各类矿山地温场的分布规律及其形成机制，预测矿山开采的地热条件，为矿井降温、热害防治及矿山地热资源的利用提供科学依据，矿山地热的研究方法主要有地热地质调查、钻孔地温测量、岩石热物理性质测试、地温场数值模拟等。

钻孔地温测量的主要方法为深孔测温法，其方法为在矿山井巷中，利用钻机向围岩内打水平测温钻孔，其深度应大于巷道调热圈，再将实验室标定好的测温探头送入孔底，经过一定时间后，测得温度的温度值即为原岩温度，利用深孔测温时，对测温探头的精度、抗干扰温度性等有较高要求，具体如下：

①钻孔内风流或渗水对温度测量有较大影响，钻孔应选择合适位置，避开地质构造和水文地质复杂地段。

②钻孔成孔到温度达到平衡需要一定的稳定时间，温度测量开始时应该在这个时间之后。

③进行单测点测量时，温度探头要和孔壁完全接触，且要消除孔内气流对温度测量的影响。

④或一个测温钻孔较深，使用单侧点测量需要投入较长时间(单个测点需要3-4个月以上)，时间成本较大，进行多测点测量，不能保证每个测点的数据有效。

公开号为CN202182782U的中国实用新型专利公开了一种竖埋管井单线多点地温测试仪，包括设于竖井内的地埋管、固定于地埋管上的多个一线式数字温度传感器、用以传输监测数据的信号总线以及接收并存储数据的数据采集储存装置。但是其存在明显缺点：温度传感器及数据总线通过捆绑的方式固定于地埋管外壁，当地埋管与钻井间距较大时，探头测得是地埋管壁面的温度，且浅部探头受风流影响较大，整个测温过程受地下渗水的影响较大，测出的数据可靠性存疑；②当地埋管与钻井间距较小，探头与大地接触，但这个接触方式是点接触，点接触测得的温度受环境影响较大。

发明内容

基于以上现有技术存在的问题，本实用新型的目的是提供一种高地温矿井地温测试系统，能够进行多测点测温，且保证多测点温度数据有效。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种高地温矿井地温测试系统，包括设置于径向测温钻孔内的数据总线、绝热棒、导热片，设置于轴向巷道内的多点温度记录仪，以及手持式数据转录仪；所述径向测温钻孔与轴向巷道连通，并互相垂直；所述数据总线上设置有若干个温度传感器，数据总线的一端伸入径向测温钻孔内，另一端与多点温度记录仪连接，多点温度记录仪通过无线传输方式与手持式数据转录仪连接；所述绝热棒的纵截面为半圆形，该半圆形的半径与径向测温钻孔相同，绝热棒的圆弧面开设有一个沿径向测温钻孔轴向的槽，槽内安装数据总线和温度传感器；所述导热片安装于绝热棒和温度传感器之间。

所述绝热棒上方设置有气囊，气囊内填充有空气，并压紧绝热棒。

所述数据总线上每2m设置有一个温度传感器，数据总线伸入径向测温钻孔内一端的第一个温度传感器距离总线端部10cm。

所述数据总线的直径与温度传感器的直径相同。

所述数据总线的外层采用硬质材料，弯曲半径不大于2m。

所述温度传感器为高精度铠装的PT1000热敏电阻。

所述导热片的材质为紫铜。

所述绝热棒为若干个，数据总线全程设置，相邻的绝热棒之间通过柳丁连接件连接。

所述的气囊和绝热棒沿数据总线全程设置，导热片在每个传感器位置处设置。

所述绝热棒的材质为ABS塑料。

有益效果：本实用新型提供的高地温矿井地温测试系统具有以下优点：

能够对径向钻孔内不同位置的温度同时检测记录，节省时间，且数据采集、记录、转录处理方便；

设计了导热铜片、绝热棒及密封装置，可以使传感器紧贴钻孔内壁，铜片可以增加传热面积，绝热棒及密封气囊可以使温度传感器避免风流和渗水的干扰。

附图说明

图1为本实用新型的高地温矿井地温测试系统构成示意图；

图2为温度传感器、导热片、绝热棒、气囊的连接关系示意图；

图3为温度传感器、导热片、绝热棒的位置关系示意图；

图4为井下工作部分的结构示意图；

图5为绝热棒的安装方式示意图；

图6为径向测温钻孔内的各部件安装位置示意图；

图7为相邻绝热棒的连接关系示意图；

图中，1-径向测温钻孔；1-1-钻孔内壁；2-气囊；3-绝热棒；4-导热片；5-数据总线；6-温度传感器；7-多点温度记录仪；8-轴向巷道；9-柳丁连接件。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

如图1所示为本实用新型的一种高地温矿井地温测试系统，由井下工作部分和随人携带部分组成；其中，井下工作部分包括数据总线5、多点温度记录仪7、绝热棒3、导热片4、气囊2；随人携带部分为手持式数据转录仪。

如图3和4，数据总线5设置于径向测温钻孔1内，多点温度记录仪7设置于轴向巷道8内；径向测温钻孔1与轴向巷道8连通，并互相垂直。

数据总线5上每2m设置有一个温度传感器6，数据总线5伸入径向测温钻孔1内一端的第一个温度传感器距离总线端部10cm，数据总线5的直径与温度传感器6的直径相同，为8-10mm；数据总线5的外层采用硬质材料，弯曲半径不大于2m，且能实现无导杆条件下手动推入水平岩石钻孔30m，温度传感器6和数据总线5适应井下环境(水、粉尘、钻孔坍塌)，所以要求防水、硬化、防尘、稳定性高。优选的，温度传感器为高精度铠装的PT1000热敏电阻，精度要求0-40℃内偏差0.1℃，40-80℃内偏差0.2℃。

多点温度记录仪7与数据总线5连接，用于收集每一个温度传感器6的数据。30米孔深中布置有15个温度传感器，这些温度传感器的数据在1s内采集完成，某个温度传感器失灵不影响其他温度传感器正常工作。多点温度记录仪7通过无线传输方式与手持式数据转录仪连接，无线传输方式例如：红外或激光等；多点温度记录仪7也可以留数据转移接口。多点温度记录仪7有内置电池，无外接电源，数据采集无间断。

为了减少空气流动对测点温度的干扰，使用绝热棒隔绝空气和温度传感器。如图2-3，绝热棒3的纵截面为中下部内凹的半圆形，半圆形的半径与径向测温钻孔1相同，绝热棒3的圆弧面开槽，槽内安装数据总线5和温度传感器6。绝热棒3为若干个，每个长2m；相邻的绝热棒3之间通过柳丁连接件9连接，如图7。优选的，绝热棒为ABS塑料，热导系数0.02W/mk，机械加工性能较好。如图3，导热片4安装于温度传感器6与绝热棒3之间。导热片可以扩大温度传感器接触岩石的面积，有利于传热。优选的，导热片的材质为紫铜，热导系数400W/mk，弹性及延性较好。导热片也为弧形，以增加传热面积。

如图2和6，绝热棒3上方设置有气囊2，气囊供气气压为8个大气压，膨胀后压紧绝热棒，使其弧面与钻孔内壁1-1贴紧不留空隙，密封气囊通过导杆送到指定位置。

手持式数据转录仪用于将多点温度记录仪7中数据导入并带到地面进行观测和处理。

以下以长为30m的径向测温钻孔为例对本实用新型的实施方式进行说明。

步骤1，在井下巷道壁面钻一个30m长的径向测温钻孔，且测温之前保证径向测温钻孔内温度场达到稳态，到达稳态时间通过理论计算及数值模拟确定；

步骤2，将数据总线和温度传感器安装在绝热棒的槽内，在传感器和绝热棒之间安装导热片，并用胶带临时固定；

步骤3，把装好数据总线和温度传感器的绝热棒插入径向测温钻孔内，用铆钉连接件连接第二根绝热棒，并再次安装数据总线、温度传感器和导热片；这样依次安装，将数据总线及温度传感器插入30m深处；

步骤4，用导杆将气囊送到指定位置，施加0.8MPa气压，使得气囊压紧绝热棒，使温度传感器紧贴径向测温钻孔内壁面，每个温度传感器处于密封状态，避免空气气流和渗水对其的影响；

步骤5，将数据总线连接多测点温度记录仪，并连续测温6个月；

步骤6，用手持式数据转录仪定期将多测点温度记录仪中的测温数据转入，并通过人工或计算机进行后续处理。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种高地温矿井地温测试系统，其特征在于：包括设置于径向测温钻孔(1)内的数据总线(5)、绝热棒(3)、导热片(4)，设置于轴向巷道(8)内的多点温度记录仪(7)，以及手持式数据转录仪；所述径向测温钻孔(1)与轴向巷道(8)连通，并互相垂直；所述数据总线(5)上设置有若干个温度传感器(6)，数据总线(5)的一端伸入径向测温钻孔(1)内，另一端与多点温度记录仪(7)连接，多点温度记录仪(7)通过无线传输方式与手持式数据转录仪连接；所述绝热棒(3)的纵截面为半圆形，该半圆形的半径与径向测温钻孔(1)相同，绝热棒(3)的圆弧面开设有一个沿径向测温钻孔轴向的槽，槽内安装数据总线(5)和温度传感器(6)；所述导热片(4)安装于绝热棒(3)和温度传感器(6)之间。

2.根据权利要求1所述的高地温矿井地温测试系统，其特征在于：所述绝热棒(3)上方设置有气囊(2)，气囊(2)内填充有空气，并压紧绝热棒(3)。

3.根据权利要求1所述的高地温矿井地温测试系统，其特征在于：所述数据总线(5)上每2m设置有一个温度传感器(6)，数据总线(5)伸入径向测温钻孔(1)内一端的第一个温度传感器距离总线端部10cm。

4.根据权利要求1或3所述的高地温矿井地温测试系统，其特征在于：所述数据总线(5)的直径与温度传感器(6)的直径相同。

5.根据权利要求1所述的高地温矿井地温测试系统，其特征在于：所述数据总线(5)的外层采用硬质材料，弯曲半径不大于2m。

6.根据权利要求1或3所述的高地温矿井地温测试系统，其特征在于：所述温度传感器(6)为高精度铠装的PT1000热敏电阻。

7.根据权利要求1所述的高地温矿井地温测试系统，其特征在于：所述导热片(4)的材质为紫铜。

8.根据权利要求1所述的高地温矿井地温测试系统，其特征在于：所述绝热棒(3)为若干个，分别设置于每个温度传感器(6)处，相邻的绝热棒(3)之间通过柳丁连接件(9)连接。

9.根据权利要求1或8所述的高地温矿井地温测试系统，其特征在于：所述绝热棒(3)的材质为ABS塑料。