一種煤巖體物理性質監測裝置及方法
【專利摘要】一種煤巖體物理性質監測裝置及方法，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，四個傳感器與數據采集記錄器采用無線方式進行數據傳輸，數據采集記錄器與計算機相連。方法步驟為：組裝監測設備；選定鉆孔位置并定位鉆機；將監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據，通過數據采集記錄器接收傳感器數據，數據按照時間軸進行存儲；將數據采集記錄器中存儲的數據導入計算機中，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，從而得到不同鉆孔深度位置處的煤巖體物理性質，完成煤巖體物理性質監測。
【專利說明】
一種煤巖體物理性質監測裝置及方法
技術領域
[0001]本發明屬于煤礦開采及安全監測技術領域，特別是涉及一種煤巖體物理性質監測裝置及方法。
【背景技術】
[0002]在煤礦開采過程中，對煤巖體物理性質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測試方式主要是在實驗室環境下實現的，通過將煤巖體制成標準試樣后進行相關測試，從而測得相應的煤巖體物理性質。
[0003]但是，由于傳統的測試方式中是將煤巖體標準試樣作為測試對象的，且本應該考慮在內的煤巖體賦存環境及圍巖性質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很難真實的反映實際賦存環境下的煤巖體物理性質。
[0004]因此，有必要將傳統的“實驗室測試”升級為“現場監測”，只有通過“現場監測”才可以有效的將煤巖體賦存環境及圍巖性質等外部影響因素考慮在內，則需要設計一套滿足現場監測要求的煤巖體物理性質監測裝置及方法。
【發明內容】
[0005]針對現有技術存在的問題，本發明提供一種煤巖體物理性質監測裝置及方法，借助鉆孔過程對煤巖體物理性質進行監測，且監測過程方便、快捷、高效。
[0006]為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案:一種煤巖體物理性質監測裝置，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、數據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據采集記錄器信號輸入端相連接，數據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據采集記錄器之間均采用無線連接方式進行數據傳輸。
[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監測方法，采用了所述的煤巖體物理性質監測裝置，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，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據；
[0015]步驟四:通過數據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出的實時數據，并將接收到的實時數據按照時間軸進行存儲；
[0016]步驟五:將數據采集記錄器中存儲的數據導入計算機中，在計算機內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，從而可計算得到不同鉆孔深度位置處的煤巖體物理性質，進而完成在鉆孔過程中對煤巖體物理性質進行的自動連續監測。
[0017]本發明的有益效果:
[0018]本發明與現有技術相比，將傳統的“實驗室測試”升級為“現場監測”，并借助鉆孔過程對煤巖體物理性質進行監測，且監測過程方便、快捷、高效。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明的一種煤巖體物理性質監測裝置原理圖；
[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—數據采集記錄器，9一計算機，1—保護套筒。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖和具體實施例對本發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監測裝置，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、數據采集記錄器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的信號輸出端與數據采集記錄器8信號輸入端相連接，數據采集記錄器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與數據采集記錄器8之間均采用無線連接方式進行數據傳輸。
[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監測方法，采用了所述的煤巖體物理性質監測裝置，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，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據；
[0031]步驟四:通過數據采集記錄器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發出的實時數據，并將接收到的實時數據按照時間軸進行存儲；
[0032]步驟五:將數據采集記錄器8中存儲的數據導入計算機9中，在計算機9內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，從而可計算得到不同鉆孔深度位置處的煤巖體物理性質，進而完成在鉆孔過程中對煤巖體物理性質進行的自動連續監測。
[0033]本發明之所以在鉆鋌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明的專利保護范圍，凡未脫離本發明所為的等效實施或變更，均包含于本案的專利范圍中。
【主權項】
1.一種煤巖體物理性質監測裝置，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、數據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據采集記錄器信號輸入端相連接，數據采集記錄器的信號輸出端與計算機相連。2.根據權利要求1所述的一種煤巖體物理性質監測裝置，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據采集記錄器之間均采用無線連接方式進行數據傳輸。3.根據權利要求1或2所述的一種煤巖體物理性質監測裝置，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.根據權利要求1?3任一項所述的一種煤巖體物理性質監測裝置，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.根據權利要求1?3任一項所述的一種煤巖體物理性質監測裝置，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.—種煤巖體物理性質監測方法，采用了權利要求1所述的煤巖體物理性質監測裝置，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，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據； 步驟四:通過數據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出的實時數據，并將接收到的實時數據按照時間軸進行存儲； 步驟五:將數據采集記錄器中存儲的數據導入計算機中，在計算機內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，從而可計算得到不同鉆孔深度位置處的煤巖體物理性質，進而完成在鉆孔過程中對煤巖體物理性質進行的自動連續監測。
【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】遼寧工程技術大學