一種煤巖體物理性質(zhì)監(jiān)測裝置及方法
【專利摘要】一種煤巖體物理性質(zhì)監(jiān)測裝置及方法，裝置包括固裝在鉆鋌表面的沖擊力傳感器、頂推力傳感器、形變傳感器及位置傳感器，四個傳感器與數(shù)據(jù)采集記錄器采用無線方式進行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)采集記錄器與計算機相連。方法步驟為：組裝監(jiān)測設備；選定鉆孔位置并定位鉆機；將監(jiān)測設備的鉆桿與鉆機相連；啟動鉆機，開始鉆孔，通過四個傳感器分別測量鉆鋌在鉆孔過程中實時承受的沖擊力、頂推力、扭矩形變量及深度數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)采集記錄器接收傳感器數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)按照時間軸進行存儲；將數(shù)據(jù)采集記錄器中存儲的數(shù)據(jù)導入計算機中，計算得到不同鉆孔深度位置處的煤巖體對鉆頭的各項力學參數(shù)，從而得到不同鉆孔深度位置處的煤巖體物理性質(zhì)，完成煤巖體物理性質(zhì)監(jiān)測。
【專利說明】
一種煤巖體物理性質(zhì)監(jiān)測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于煤礦開采及安全監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種煤巖體物理性質(zhì)監(jiān)測裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在煤礦開采過程中，對煤巖體物理性質(zhì)進行準確測試及分析，是防治礦井災害的有效手段。目前，采用的煤巖體物理性質(zhì)測試方式主要是在實驗室環(huán)境下實現(xiàn)的，通過將煤巖體制成標準試樣后進行相關(guān)測試，從而測得相應的煤巖體物理性質(zhì)。
[0003]但是，由于傳統(tǒng)的測試方式中是將煤巖體標準試樣作為測試對象的，且本應該考慮在內(nèi)的煤巖體賦存環(huán)境及圍巖性質(zhì)等外部影響因素也被忽略了，則在上述測試條件下，所測得的煤巖體物理性質(zhì)很難真實的反映實際賦存環(huán)境下的煤巖體物理性質(zhì)。
[0004]因此，有必要將傳統(tǒng)的“實驗室測試”升級為“現(xiàn)場監(jiān)測”，只有通過“現(xiàn)場監(jiān)測”才可以有效的將煤巖體賦存環(huán)境及圍巖性質(zhì)等外部影響因素考慮在內(nèi)，則需要設計一套滿足現(xiàn)場監(jiān)測要求的煤巖體物理性質(zhì)監(jiān)測裝置及方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種煤巖體物理性質(zhì)監(jiān)測裝置及方法，借助鉆孔過程對煤巖體物理性質(zhì)進行監(jiān)測，且監(jiān)測過程方便、快捷、高效。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種煤巖體物理性質(zhì)監(jiān)測裝置，包括鉆桿、鉆鋌及鉆頭，其特點是:還包括沖擊力傳感器、頂推力傳感器、形變傳感器、位置傳感器、數(shù)據(jù)采集記錄器及計算機，所述鉆鋌連接在鉆桿與鉆頭之間，所述沖擊力傳感器、頂推力傳感器、形變傳感器及位置傳感器均固裝在鉆鋌表面，沖擊力傳感器、頂推力傳感器、形變傳感器及位置傳感器的信號輸出端與數(shù)據(jù)采集記錄器信號輸入端相連接，數(shù)據(jù)采集記錄器的信號輸出端與計算機相連。
[0007]所述沖擊力傳感器、頂推力傳感器、形變傳感器及位置傳感器與數(shù)據(jù)采集記錄器之間均采用無線連接方式進行數(shù)據(jù)傳輸。
[0008]在所述鉆鋌表面設有傳感器安裝槽，所述沖擊力傳感器、頂推力傳感器、形變傳感器及位置傳感器通過傳感器安裝槽鑲嵌在鉆鋌表面，在傳感器安裝槽外部套裝有保護套筒，沖擊力傳感器、頂推力傳感器、形變傳感器及位置傳感器通過保護套筒進行防護。
[0009]所述沖擊力傳感器、頂推力傳感器、形變傳感器及位置傳感器均采用防爆型傳感器。
[0010]所述沖擊力傳感器、頂推力傳感器、形變傳感器及位置傳感器均采用獨立的耐高溫型電池進行供電，且電池采用非接觸方式進行充電。
[0011 ] 一種煤巖體物理性質(zhì)監(jiān)測方法，采用了所述的煤巖體物理性質(zhì)監(jiān)測裝置，包括如下步驟:
[0012]步驟一:將鉆桿、鉆鋌及鉆頭組裝在一起，再將沖擊力傳感器、頂推力傳感器、形變傳感器及位置傳感器分別鑲嵌到鉆鋌表面的傳感器安裝槽內(nèi)，最后在傳感器安裝槽外部套裝保護套筒，通過保護套筒對沖擊力傳感器、頂推力傳感器、形變傳感器及位置傳感器進行防護；
[0013]步驟二:選定一個鉆孔位置，并在鉆孔位置處定位鉆機，再將安裝有鉆鋌和鉆頭的鉆桿與鉆機相連；
[0014]步驟三:啟動鉆機，開始鉆孔，通過沖擊力傳感器測量鉆鋌在鉆孔過程中實時承受的沖擊力，通過頂推力傳感器測量鉆鋌在鉆孔過程中實時承受的頂推力，通過形變傳感器測量鉆鋌在鉆孔過程中實時的扭矩形變量，通過位置傳感器測量鉆鋌在鉆孔過程中實時的深度數(shù)據(jù)；
[0015]步驟四:通過數(shù)據(jù)采集記錄器接收來自沖擊力傳感器、頂推力傳感器、形變傳感器及位置傳感器發(fā)出的實時數(shù)據(jù)，并將接收到的實時數(shù)據(jù)按照時間軸進行存儲；
[0016]步驟五:將數(shù)據(jù)采集記錄器中存儲的數(shù)據(jù)導入計算機中，在計算機內(nèi)計算得到不同鉆孔深度位置處的煤巖體對鉆頭的各項力學參數(shù)，從而可計算得到不同鉆孔深度位置處的煤巖體物理性質(zhì)，進而完成在鉆孔過程中對煤巖體物理性質(zhì)進行的自動連續(xù)監(jiān)測。
[0017]本發(fā)明的有益效果:
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，將傳統(tǒng)的“實驗室測試”升級為“現(xiàn)場監(jiān)測”，并借助鉆孔過程對煤巖體物理性質(zhì)進行監(jiān)測，且監(jiān)測過程方便、快捷、高效。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的一種煤巖體物理性質(zhì)監(jiān)測裝置原理圖；
[0020]圖中，I一鉆桿，2—鉆鋌，3—鉆頭，4一沖擊力傳感器，5—頂推力傳感器，6—形變傳感器，7—位置傳感器，8—數(shù)據(jù)采集記錄器，9一計算機，1—保護套筒。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0022]如圖1所示，一種煤巖體物理性質(zhì)監(jiān)測裝置，包括鉆桿1、鉆鋌2、鉆頭3、沖擊力傳感器4、頂推力傳感器5、形變傳感器6、位置傳感器7、數(shù)據(jù)采集記錄器8及計算機9，所述鉆鋌2連接在鉆桿I與鉆頭3之間，所述沖擊力傳感器4、頂推力傳感器5、形變傳感器6及位置傳感器7均固裝在鉆鋌2表面，沖擊力傳感器4、頂推力傳感器5、形變傳感器6及位置傳感器7的信號輸出端與數(shù)據(jù)采集記錄器8信號輸入端相連接，數(shù)據(jù)采集記錄器8的信號輸出端與計算機9相連。
[0023]所述沖擊力傳感器4、頂推力傳感器5、形變傳感器6及位置傳感器7與數(shù)據(jù)采集記錄器8之間均采用無線連接方式進行數(shù)據(jù)傳輸。
[0024]在所述鉆鋌2表面設有傳感器安裝槽，所述沖擊力傳感器4、頂推力傳感器5、形變傳感器6及位置傳感器7通過傳感器安裝槽鑲嵌在鉆鋌2表面，在傳感器安裝槽外部套裝有保護套筒10，沖擊力傳感器4、頂推力傳感器5、形變傳感器6及位置傳感器7通過保護套筒10進行防護。
[0025]所述沖擊力傳感器4、頂推力傳感器5、形變傳感器6及位置傳感器7均采用防爆型傳感器。
[0026]所述沖擊力傳感器4、頂推力傳感器5、形變傳感器6及位置傳感器7均采用獨立的耐高溫型電池進行供電，且電池采用非接觸方式進行充電。
[0027]一種煤巖體物理性質(zhì)監(jiān)測方法，采用了所述的煤巖體物理性質(zhì)監(jiān)測裝置，包括如下步驟:
[0028]步驟一:將鉆桿1、鉆鋌2及鉆頭3組裝在一起，再將沖擊力傳感器4、頂推力傳感器
5、形變傳感器6及位置傳感器7分別鑲嵌到鉆鋌2表面的傳感器安裝槽內(nèi)，最后在傳感器安裝槽外部套裝保護套筒10，通過保護套筒10對沖擊力傳感器4、頂推力傳感器5、形變傳感器6及位置傳感器7進行防護；
[0029]步驟二:選定一個鉆孔位置，并在鉆孔位置處定位鉆機，再將安裝有鉆鋌2和鉆頭3的鉆桿I與鉆機相連；
[0030]步驟三:啟動鉆機，開始鉆孔，通過沖擊力傳感器4測量鉆鋌2在鉆孔過程中實時承受的沖擊力，通過頂推力傳感器5測量鉆鋌2在鉆孔過程中實時承受的頂推力，通過形變傳感器6測量鉆鋌2在鉆孔過程中實時的扭矩形變量，通過位置傳感器7測量鉆鋌2在鉆孔過程中實時的深度數(shù)據(jù)；
[0031]步驟四:通過數(shù)據(jù)采集記錄器8接收來自沖擊力傳感器4、頂推力傳感器5、形變傳感器6及位置傳感器7發(fā)出的實時數(shù)據(jù)，并將接收到的實時數(shù)據(jù)按照時間軸進行存儲；
[0032]步驟五:將數(shù)據(jù)采集記錄器8中存儲的數(shù)據(jù)導入計算機9中，在計算機9內(nèi)計算得到不同鉆孔深度位置處的煤巖體對鉆頭的各項力學參數(shù)，從而可計算得到不同鉆孔深度位置處的煤巖體物理性質(zhì)，進而完成在鉆孔過程中對煤巖體物理性質(zhì)進行的自動連續(xù)監(jiān)測。
[0033]本發(fā)明之所以在鉆鋌2表面鑲嵌沖擊力傳感器4及頂推力傳感器5，是因為在鉆孔過程中，鉆頭I在沖擊和頂推煤巖體的同時也會承受來自煤巖體的反作用力，而反作用力又會傳遞給鉆鋌2，并使鉆鋌2承受來自煤巖體的反向沖擊力和反向頂推力，最后即可通過沖擊力傳感器4和頂推力傳感器5進行測量。
[0034]實施例中的方案并非用以限制本發(fā)明的專利保護范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實施或變更，均包含于本案的專利范圍中。
【主權(quán)項】
1.一種煤巖體物理性質(zhì)監(jiān)測裝置，包括鉆桿、鉆鋌及鉆頭，其特征在于:還包括沖擊力傳感器、頂推力傳感器、形變傳感器、位置傳感器、數(shù)據(jù)采集記錄器及計算機，所述鉆鋌連接在鉆桿與鉆頭之間，所述沖擊力傳感器、頂推力傳感器、形變傳感器及位置傳感器均固裝在鉆鋌表面，沖擊力傳感器、頂推力傳感器、形變傳感器及位置傳感器的信號輸出端與數(shù)據(jù)采集記錄器信號輸入端相連接，數(shù)據(jù)采集記錄器的信號輸出端與計算機相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤巖體物理性質(zhì)監(jiān)測裝置，其特征在于:所述沖擊力傳感器、頂推力傳感器、形變傳感器及位置傳感器與數(shù)據(jù)采集記錄器之間均采用無線連接方式進行數(shù)據(jù)傳輸。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種煤巖體物理性質(zhì)監(jiān)測裝置，其特征在于:在所述鉆鋌表面設有傳感器安裝槽，所述沖擊力傳感器、頂推力傳感器、形變傳感器及位置傳感器通過傳感器安裝槽鑲嵌在鉆鋌表面，在傳感器安裝槽外部套裝有保護套筒，沖擊力傳感器、頂推力傳感器、形變傳感器及位置傳感器通過保護套筒進行防護。4.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一項所述的一種煤巖體物理性質(zhì)監(jiān)測裝置，其特征在于:所述沖擊力傳感器、頂推力傳感器、形變傳感器及位置傳感器均采用防爆型傳感器。5.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一項所述的一種煤巖體物理性質(zhì)監(jiān)測裝置，其特征在于:所述沖擊力傳感器、頂推力傳感器、形變傳感器及位置傳感器均采用獨立的耐高溫型電池進行供電，且電池采用非接觸方式進行充電。6.—種煤巖體物理性質(zhì)監(jiān)測方法，采用了權(quán)利要求1所述的煤巖體物理性質(zhì)監(jiān)測裝置，其特征在于包括如下步驟: 步驟一:將鉆桿、鉆鋌及鉆頭組裝在一起，再將沖擊力傳感器、頂推力傳感器、形變傳感器及位置傳感器分別鑲嵌到鉆鋌表面的傳感器安裝槽內(nèi)，最后在傳感器安裝槽外部套裝保護套筒，通過保護套筒對沖擊力傳感器、頂推力傳感器、形變傳感器及位置傳感器進行防護； 步驟二:選定一個鉆孔位置，并在鉆孔位置處定位鉆機，再將安裝有鉆鋌和鉆頭的鉆桿與鉆機相連； 步驟三:啟動鉆機，開始鉆孔，通過沖擊力傳感器測量鉆鋌在鉆孔過程中實時承受的沖擊力，通過頂推力傳感器測量鉆鋌在鉆孔過程中實時承受的頂推力，通過形變傳感器測量鉆鋌在鉆孔過程中實時的扭矩形變量，通過位置傳感器測量鉆鋌在鉆孔過程中實時的深度數(shù)據(jù)； 步驟四:通過數(shù)據(jù)采集記錄器接收來自沖擊力傳感器、頂推力傳感器、形變傳感器及位置傳感器發(fā)出的實時數(shù)據(jù)，并將接收到的實時數(shù)據(jù)按照時間軸進行存儲； 步驟五:將數(shù)據(jù)采集記錄器中存儲的數(shù)據(jù)導入計算機中，在計算機內(nèi)計算得到不同鉆孔深度位置處的煤巖體對鉆頭的各項力學參數(shù)，從而可計算得到不同鉆孔深度位置處的煤巖體物理性質(zhì)，進而完成在鉆孔過程中對煤巖體物理性質(zhì)進行的自動連續(xù)監(jiān)測。
【文檔編號】E21B49/00GK106014400SQ201610427489
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月16日
【發(fā)明人】張宏偉, 趙象卓, 韓軍, 包小龍, 吳濤, 張璐宇
【申請人】遼寧工程技術(shù)大學