CN211950477U - 一种基于超导滑块变阻的瓦斯钻孔测斜仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于超导滑块变阻的瓦斯钻孔测斜仪，测斜仪主要包括导电碳纤维超导滑块、高精度环形低热电阻丝、柔性导线、可贴合于瓦斯抽采钻孔孔壁的高弹柔性硅胶管外壳等。所述导电碳纤维超导滑块中心有孔可在高精度环形低热电阻丝上自由滑动，滑块下坠一小摆锤用以增加滑块配重并提高滑块滑动灵敏度。所述高精度环形低热电阻丝焊接至可贴合于瓦斯抽采钻孔孔壁的高弹柔性硅胶管外壳内壁上。所述可贴合于瓦斯抽采钻孔孔壁的高弹柔性硅胶管外壳其外径应略小于瓦斯抽采钻孔直径，高精度环形低热电阻丝圆环直径应满足导电碳纤维超导滑块自由滑动。

Description

一种基于超导滑块变阻的瓦斯钻孔测斜仪

技术领域

本实用新型运用于煤矿瓦斯抽采钻孔的测斜，提出了一种基于超导滑块变阻的瓦斯钻孔测斜仪。

背景技术

瓦斯抽采是防治煤矿瓦斯突出和瓦斯爆炸问题最有效的手段，而瓦斯抽采钻孔的成孔效果则直接影响瓦斯的实际抽采效果。随着我国煤矿开采深度的增加，煤层瓦斯含量也在不断增加，瓦斯抽采是预防瓦斯突出和瓦斯爆炸等问题最安全、有效的技术手段。而瓦斯抽采钻孔实际成孔效果与设计钻孔效果的差异，直接决定了煤层中瓦斯的抽放量和煤层的防突治理效果。瓦斯抽采钻孔的偏斜量则是制约瓦斯抽采钻孔能否满足实际生产要求的最关键因素。因此，研究煤矿瓦斯抽采钻孔的偏斜情况就显得尤为重要。目前，我国煤矿瓦斯抽采钻孔的测斜设备主要是基于陀螺仪自平衡原理对瓦斯抽采钻孔的偏斜量进行测定。市面上的绝大部分钻孔测斜仪是运用加速度传感器进行瓦斯抽采钻孔的测斜工作，并运用单片机控制的方式，收集并将数据导入计算机。这种类型的测斜仪，设计复杂，工作部多，成本较高，而且测量精度受限于加速度传感器的精度。加速度传感器在钻孔偏斜量较小的情况下，感应可能出现灵敏度不足的现象，而且，由于其内部存在多个磁场，磁场的相互作用会导致测量结果出现较大的误差。由于井下特殊环境要求电子元器件具有防爆性能，因此上述设备在井下不能做到实时监测，并根据钻孔偏斜情况进行及时调整，造成人力物力的浪费。

实用新型内容

针对目前钻孔测斜仪不能快速精准的实时测量钻孔偏斜情况，本实用新型提出了一种基于超导滑块变阻的瓦斯钻孔测斜仪。本实用新型利用超导滑块在环形电阻材料上滑动与电阻形成通路，在实验室标定不同钻孔偏斜角度下的电路电阻情况，通过井下实测数据对照标定角度表格，即可完成瓦斯抽采钻孔的测斜工作。

为了实现钻孔测斜仪的快速精准测量，本实用新型所采用的技术方案为：

一种基于超导滑块变阻的瓦斯钻孔测斜仪，包括高精度环形低热电阻丝，圆环固定焊接至可贴合于瓦斯抽采钻孔孔壁的高弹柔性硅胶管外壳内壁上。

所述导电碳纤维超导滑块中心有孔，高精度环形低热电阻丝穿孔而过，导电碳纤维超导滑块下坠一小摆锤，用以增加导电碳纤维超导滑块重量，在钻孔角度发生改变后能更加快速精准的带动导电碳纤维超导滑块运动，通过超导滑块运动后的电阻变化量来表征钻孔的偏斜情况。所述导电碳纤维超导滑块是采用导电碳纤维材料制成，导电碳纤维材料不仅具有高导电性能，而且具有耐磨、抗干扰性能强、耐腐蚀、强度高等优异性能，可以在井下复杂情况下保持持续、稳定的工作状态。导电碳纤维超导滑块上的连接导线采用柔性材料，降低因导线材料刚度较高而导致滑块滑动阻力增加的问题。

所述可贴合于瓦斯抽采钻孔孔壁的高弹柔性硅胶管外壳，其上固定导电碳纤维超导滑块连接导线和高精度环形低热电阻丝及其连接导线。避免因导线交叉出现短路，并隔绝瓦斯抽采钻孔中可能出现的水及其他危险气体，确保一种基于超导滑块变阻的瓦斯钻孔测斜仪能够保持长期稳定的工作状态。

所述电阻测量设备，采用矿用防爆万用表，红、黑表笔两端分别连接至导电碳纤维超导滑块柔性导线和高精度环形低热电阻丝导线。在使用之前，应在实验室对不同角度下导电碳纤维超导滑块和高精度环形低热电阻丝之间的通路电阻进行标定，并制作“标准阻值-角度对照表”。

所述标定过程，是给出其三维状态下不同偏斜角度后，测量其实际电阻值，并记录测量结果。井下实际测量时，根据实测电阻结果和“标准阻值-角度对照表”可直接得出钻孔偏斜角度。根据实际测量出的角度和测量的位置，绘制出瓦斯抽采钻孔的实际三维轨迹，依据轨迹变化可以得到钻孔的轨迹方程。

一种基于超导滑块变阻的瓦斯钻孔测斜仪，其功能按照以下步骤实现：

1.测量出瓦斯抽采钻孔直径，根据瓦斯抽采钻孔直径，选取外径略小于瓦斯抽采钻孔直径的可贴合于瓦斯抽采钻孔孔壁的高弹柔性硅胶管外壳；

2.根据高弹柔性硅胶管外壳内径，按照比例制作高精度环形低热电阻丝；

3.根据选取的高精度环形低热电阻丝材料外径及环形曲率，加工导电碳纤维超导滑块的中心小孔，使其在高精度环形低热电阻丝上可自由滑动；

4.将小摆锤装配至导电碳纤维超导滑块上，增加配重，并将柔性导线连接至导电碳纤维超导滑块上；

5.将导电碳纤维超导滑块装配至高精度环形低热电阻丝上，并将装配好的高精度环形低热电阻丝焊接至可贴合于瓦斯抽采钻孔孔壁的高弹柔性硅胶管外壳内壁上。将导电碳纤维超导滑块的柔性连接线和高精度环形低热电阻丝导线固定在可贴合于瓦斯抽采钻孔孔壁的高弹柔性硅胶管外壳内壁上；

6.在实验室内，给定不同空间角度，用万用表测量相应角度下的电阻值，

并绘制表格；

7.将标定好的一种运用超导滑块的电阻式钻孔测斜仪，安装在需要测量的瓦斯抽采钻孔内，用矿用万用表直接测量导电碳纤维超导滑块和高精度环形低热电阻丝回路的电阻，比照实验室标定结果，记录测量角度；

与现有技术相比，本实用新型的特点和有益效果是：

1)本发明采用导电碳纤维材料制作超导滑块，提高了滑块的灵敏度抗干扰性能，避免了及速度传感器测量时磁场复杂的问题；

2)本发明采用高精度环形低热电阻丝，作为电阻材料，避免了电阻丝在瓦斯抽采钻孔中发热带来的安全隐患；

3)本发明的设计简单，电子元器件少，避免了因电子元器件复杂而不得不增加的材料费用和防爆问题，制作成本低；

4)本发明操作简便，避免了因为设备过于复杂而导致的人员成本；

5)本发明可在井下测量时直接读数，实现了实时测量的效果。

附图说明

图1一种基于超导滑块变阻的瓦斯钻孔测斜仪示意图

图2导电碳纤维超导滑块和高精度环形低热电阻丝空间布置图

图3超导滑块和电阻丝装配进高弹柔性硅胶外壳效果示意图

其中：1：巷道；2：岩层1；3：岩层2；4：岩层3；5：岩层4；6：岩层5； 7：岩层6；8：岩层7；9：目标煤层；10：设计瓦斯抽采钻孔；11：实际瓦斯抽采钻孔；12：高弹柔性硅胶管外壳；13：高精度环形低热电阻丝；14：焊接点； 15：导电碳纤维超导滑块；16：柔性导线；17电阻丝导线；18：小摆锤

具体实施方式

下面结合附图，进一步说明本实用新型的具体实施方式：

一种基于超导滑块变阻的瓦斯钻孔测斜仪，包括导电碳纤维超导滑块 15，在高精度环形低热电阻丝13上自由滑动，导电碳纤维超导滑块下坠小摆锤 18，高精度环形地热电阻丝13通过焊接点14焊接在高弹柔性硅胶外壳12上。导电碳纤维超导滑块15连接柔性导线16，防止导电碳纤维滑块15在高精度地热电阻丝13上滑动时，引导线原因导致的滑动阻力，减小测量误差。连接柔性导线16的导电碳纤维滑块15装配在高精度环形低热电阻丝13上，一共三组，分别焊接在高弹柔性硅胶外壳12上。

将装配好的设备，在实验室进行标定。将万用表红、黑表笔两端分别连接柔性导线16和电阻丝导线17。将设备置于设定好的不同角度下，测量柔性导线16 和电阻丝导线17两端的电阻值并记录，形成标准读数表。将标定好的设备置于要测量偏斜情况的实际瓦斯抽采钻孔11中需要测量的位置，矿用防爆万用表红、黑表笔两端分别连接柔性导线和电阻丝导线17，读取万用表上显示的示数，并对照实验室标定的标准读数表，读取相应偏斜角度并记录。绘制出实际钻孔轨迹并与设计瓦斯抽采钻孔10的轨迹进行比对，即可完成测量。

一种基于超导滑块变阻的瓦斯钻孔测斜仪，以穿层瓦斯抽采钻孔深度 120m，钻孔直径120mm为例进行说明，步骤如下：

a)测得穿层瓦斯抽采钻孔直径120mm，高弹柔性硅胶管外壳外径定为115mm, 高弹柔性硅胶管外壳壁厚可选5mm规格，以便高弹柔性硅胶管外壳能便于装配并实现良好的贴合瓦斯抽采管壁效果；

b)选取高精度环形地热电阻丝的外径为2mm，根据高弹柔性硅胶管可以将高精度环形低热电阻丝的环形直径可设定为90mm；

c)导电碳纤维超导滑块的中心小孔直径可开为4mm，将导电碳纤维超导滑块装配至高精度环形地热电阻丝上，为保持导电碳纤维超导滑块与高精度环形低热电阻丝之间良好的接触性，导电碳纤维超导滑块下坠一重 20g的摆锤增加配重的同时增加滑动效率和精准度；

d)将柔性导线连接到导电碳纤维超导滑块上，然后将装配好的高精度环形地热电阻丝焊接至高弹柔性硅胶管内壁上，并连接好电阻丝导线；

e)在实验室预先设定好三维空间角度，将装配好的设备置于相应设定角度后，再将红、黑表笔两端分别接触柔性导线和电阻丝导线，将测定完成后的电阻值和角度值对应记录，制成设备“标准阻值-角度对照表”；

f)将设备放入瓦斯抽采钻孔需要测量偏斜量的区域，直接用矿用防爆万用表测量柔性导线、导电碳纤维超导滑块、高精度环形地热电阻丝的接通部分以及电阻丝导线组成的回路电阻值，根据实验室标定的“标准阻值 -角度对照表”，直接读出其空间角度并记录，测量完成后，取出设备即可。

Claims (4)

1.一种基于超导滑块变阻的瓦斯钻孔测斜仪，其特征是：包括导电碳纤维超导滑块、高精度环形低热电阻丝、可贴合于瓦斯抽采钻孔孔壁的高弹柔性硅胶管外壳、柔性导线、小摆锤，导电碳纤维超导滑块中心有孔，高精度环形低热电阻丝穿孔而过，导电碳纤维超导滑块下坠一小摆锤；可贴合于瓦斯抽采钻孔孔壁的高弹柔性硅胶管外壳上固定导电碳纤维超导滑块连接导线和高精度环形低热电阻丝及其连接导线。

2.根据权利要求1所述的一种基于超导滑块变阻的瓦斯钻孔测斜仪，其特征是：导电碳纤维超导滑块中心开一小孔，其孔径由高精度环形低热电阻丝直径及其圆环曲率共同决定；导电碳纤维超导滑块下坠一小摆锤，用以增加导电碳纤维超导滑块的配重，并带动导电碳纤维超导滑块快速精准滑动，增加测量精度；导电碳纤维超导滑块的连接导线采用柔性导线。

3.根据权利要求1所述的一种基于超导滑块变阻的瓦斯钻孔测斜仪，其特征是：高精度环形低热电阻丝，其圆环直径应以不影响导电碳纤维超导滑块自由滑动为准；高精度环形电阻丝焊接至可贴合于瓦斯抽采钻孔孔壁的高弹柔性硅胶管外壳上。

4.根据权利要求1所述的一种基于超导滑块变阻的瓦斯钻孔测斜仪，其特征是：可贴合于瓦斯抽采钻孔孔壁的高弹柔性硅胶管外壳其外径应略小于瓦斯抽采钻孔直径。

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