一种煤岩体物理性质监测装置及方法
【专利摘要】一种煤岩体物理性质监测装置及方法，装置包括固装在钻铤表面的冲击力传感器、顶推力传感器、形变传感器及位置传感器，四个传感器与数据采集记录器采用无线方式进行数据传输，数据采集记录器与计算机相连。方法步骤为：组装监测设备；选定钻孔位置并定位钻机；将监测设备的钻杆与钻机相连；启动钻机，开始钻孔，通过四个传感器分别测量钻铤在钻孔过程中实时承受的冲击力、顶推力、扭矩形变量及深度数据，通过数据采集记录器接收传感器数据，数据按照时间轴进行存储；将数据采集记录器中存储的数据导入计算机中，计算得到不同钻孔深度位置处的煤岩体对钻头的各项力学参数，从而得到不同钻孔深度位置处的煤岩体物理性质，完成煤岩体物理性质监测。
【专利说明】
一种煤岩体物理性质监测装置及方法
技术领域
[0001]本发明属于煤矿开采及安全监测技术领域，特别是涉及一种煤岩体物理性质监测装置及方法。
【背景技术】
[0002]在煤矿开采过程中，对煤岩体物理性质进行准确测试及分析，是防治矿井灾害的有效手段。目前，采用的煤岩体物理性质测试方式主要是在实验室环境下实现的，通过将煤岩体制成标准试样后进行相关测试，从而测得相应的煤岩体物理性质。
[0003]但是，由于传统的测试方式中是将煤岩体标准试样作为测试对象的，且本应该考虑在内的煤岩体赋存环境及围岩性质等外部影响因素也被忽略了，则在上述测试条件下，所测得的煤岩体物理性质很难真实的反映实际赋存环境下的煤岩体物理性质。
[0004]因此，有必要将传统的“实验室测试”升级为“现场监测”，只有通过“现场监测”才可以有效的将煤岩体赋存环境及围岩性质等外部影响因素考虑在内，则需要设计一套满足现场监测要求的煤岩体物理性质监测装置及方法。
【发明内容】
[0005]针对现有技术存在的问题，本发明提供一种煤岩体物理性质监测装置及方法，借助钻孔过程对煤岩体物理性质进行监测，且监测过程方便、快捷、高效。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:一种煤岩体物理性质监测装置，包括钻杆、钻铤及钻头，其特点是:还包括冲击力传感器、顶推力传感器、形变传感器、位置传感器、数据采集记录器及计算机，所述钻铤连接在钻杆与钻头之间，所述冲击力传感器、顶推力传感器、形变传感器及位置传感器均固装在钻铤表面，冲击力传感器、顶推力传感器、形变传感器及位置传感器的信号输出端与数据采集记录器信号输入端相连接，数据采集记录器的信号输出端与计算机相连。
[0007]所述冲击力传感器、顶推力传感器、形变传感器及位置传感器与数据采集记录器之间均采用无线连接方式进行数据传输。
[0008]在所述钻铤表面设有传感器安装槽，所述冲击力传感器、顶推力传感器、形变传感器及位置传感器通过传感器安装槽镶嵌在钻铤表面，在传感器安装槽外部套装有保护套筒，冲击力传感器、顶推力传感器、形变传感器及位置传感器通过保护套筒进行防护。
[0009]所述冲击力传感器、顶推力传感器、形变传感器及位置传感器均采用防爆型传感器。
[0010]所述冲击力传感器、顶推力传感器、形变传感器及位置传感器均采用独立的耐高温型电池进行供电，且电池采用非接触方式进行充电。
[0011 ] 一种煤岩体物理性质监测方法，采用了所述的煤岩体物理性质监测装置，包括如下步骤:
[0012]步骤一:将钻杆、钻铤及钻头组装在一起，再将冲击力传感器、顶推力传感器、形变传感器及位置传感器分别镶嵌到钻铤表面的传感器安装槽内，最后在传感器安装槽外部套装保护套筒，通过保护套筒对冲击力传感器、顶推力传感器、形变传感器及位置传感器进行防护；
[0013]步骤二:选定一个钻孔位置，并在钻孔位置处定位钻机，再将安装有钻铤和钻头的钻杆与钻机相连；
[0014]步骤三:启动钻机，开始钻孔，通过冲击力传感器测量钻铤在钻孔过程中实时承受的冲击力，通过顶推力传感器测量钻铤在钻孔过程中实时承受的顶推力，通过形变传感器测量钻铤在钻孔过程中实时的扭矩形变量，通过位置传感器测量钻铤在钻孔过程中实时的深度数据；
[0015]步骤四:通过数据采集记录器接收来自冲击力传感器、顶推力传感器、形变传感器及位置传感器发出的实时数据，并将接收到的实时数据按照时间轴进行存储；
[0016]步骤五:将数据采集记录器中存储的数据导入计算机中，在计算机内计算得到不同钻孔深度位置处的煤岩体对钻头的各项力学参数，从而可计算得到不同钻孔深度位置处的煤岩体物理性质，进而完成在钻孔过程中对煤岩体物理性质进行的自动连续监测。
[0017]本发明的有益效果:
[0018]本发明与现有技术相比，将传统的“实验室测试”升级为“现场监测”，并借助钻孔过程对煤岩体物理性质进行监测，且监测过程方便、快捷、高效。
【附图说明】
[0019]图1为本发明的一种煤岩体物理性质监测装置原理图；
[0020]图中，I一钻杆，2—钻铤，3—钻头，4一冲击力传感器，5—顶推力传感器，6—形变传感器，7—位置传感器，8—数据采集记录器，9一计算机，1—保护套筒。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0022]如图1所示，一种煤岩体物理性质监测装置，包括钻杆1、钻铤2、钻头3、冲击力传感器4、顶推力传感器5、形变传感器6、位置传感器7、数据采集记录器8及计算机9，所述钻铤2连接在钻杆I与钻头3之间，所述冲击力传感器4、顶推力传感器5、形变传感器6及位置传感器7均固装在钻铤2表面，冲击力传感器4、顶推力传感器5、形变传感器6及位置传感器7的信号输出端与数据采集记录器8信号输入端相连接，数据采集记录器8的信号输出端与计算机9相连。
[0023]所述冲击力传感器4、顶推力传感器5、形变传感器6及位置传感器7与数据采集记录器8之间均采用无线连接方式进行数据传输。
[0024]在所述钻铤2表面设有传感器安装槽，所述冲击力传感器4、顶推力传感器5、形变传感器6及位置传感器7通过传感器安装槽镶嵌在钻铤2表面，在传感器安装槽外部套装有保护套筒10，冲击力传感器4、顶推力传感器5、形变传感器6及位置传感器7通过保护套筒10进行防护。
[0025]所述冲击力传感器4、顶推力传感器5、形变传感器6及位置传感器7均采用防爆型传感器。
[0026]所述冲击力传感器4、顶推力传感器5、形变传感器6及位置传感器7均采用独立的耐高温型电池进行供电，且电池采用非接触方式进行充电。
[0027]一种煤岩体物理性质监测方法，采用了所述的煤岩体物理性质监测装置，包括如下步骤:
[0028]步骤一:将钻杆1、钻铤2及钻头3组装在一起，再将冲击力传感器4、顶推力传感器
5、形变传感器6及位置传感器7分别镶嵌到钻铤2表面的传感器安装槽内，最后在传感器安装槽外部套装保护套筒10，通过保护套筒10对冲击力传感器4、顶推力传感器5、形变传感器6及位置传感器7进行防护；
[0029]步骤二:选定一个钻孔位置，并在钻孔位置处定位钻机，再将安装有钻铤2和钻头3的钻杆I与钻机相连；
[0030]步骤三:启动钻机，开始钻孔，通过冲击力传感器4测量钻铤2在钻孔过程中实时承受的冲击力，通过顶推力传感器5测量钻铤2在钻孔过程中实时承受的顶推力，通过形变传感器6测量钻铤2在钻孔过程中实时的扭矩形变量，通过位置传感器7测量钻铤2在钻孔过程中实时的深度数据；
[0031]步骤四:通过数据采集记录器8接收来自冲击力传感器4、顶推力传感器5、形变传感器6及位置传感器7发出的实时数据，并将接收到的实时数据按照时间轴进行存储；
[0032]步骤五:将数据采集记录器8中存储的数据导入计算机9中，在计算机9内计算得到不同钻孔深度位置处的煤岩体对钻头的各项力学参数，从而可计算得到不同钻孔深度位置处的煤岩体物理性质，进而完成在钻孔过程中对煤岩体物理性质进行的自动连续监测。
[0033]本发明之所以在钻铤2表面镶嵌冲击力传感器4及顶推力传感器5，是因为在钻孔过程中，钻头I在冲击和顶推煤岩体的同时也会承受来自煤岩体的反作用力，而反作用力又会传递给钻铤2，并使钻铤2承受来自煤岩体的反向冲击力和反向顶推力，最后即可通过冲击力传感器4和顶推力传感器5进行测量。
[0034]实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。
【主权项】
1.一种煤岩体物理性质监测装置，包括钻杆、钻铤及钻头，其特征在于:还包括冲击力传感器、顶推力传感器、形变传感器、位置传感器、数据采集记录器及计算机，所述钻铤连接在钻杆与钻头之间，所述冲击力传感器、顶推力传感器、形变传感器及位置传感器均固装在钻铤表面，冲击力传感器、顶推力传感器、形变传感器及位置传感器的信号输出端与数据采集记录器信号输入端相连接，数据采集记录器的信号输出端与计算机相连。2.根据权利要求1所述的一种煤岩体物理性质监测装置，其特征在于:所述冲击力传感器、顶推力传感器、形变传感器及位置传感器与数据采集记录器之间均采用无线连接方式进行数据传输。3.根据权利要求1或2所述的一种煤岩体物理性质监测装置，其特征在于:在所述钻铤表面设有传感器安装槽，所述冲击力传感器、顶推力传感器、形变传感器及位置传感器通过传感器安装槽镶嵌在钻铤表面，在传感器安装槽外部套装有保护套筒，冲击力传感器、顶推力传感器、形变传感器及位置传感器通过保护套筒进行防护。4.根据权利要求1?3任一项所述的一种煤岩体物理性质监测装置，其特征在于:所述冲击力传感器、顶推力传感器、形变传感器及位置传感器均采用防爆型传感器。5.根据权利要求1?3任一项所述的一种煤岩体物理性质监测装置，其特征在于:所述冲击力传感器、顶推力传感器、形变传感器及位置传感器均采用独立的耐高温型电池进行供电，且电池采用非接触方式进行充电。6.—种煤岩体物理性质监测方法，采用了权利要求1所述的煤岩体物理性质监测装置，其特征在于包括如下步骤: 步骤一:将钻杆、钻铤及钻头组装在一起，再将冲击力传感器、顶推力传感器、形变传感器及位置传感器分别镶嵌到钻铤表面的传感器安装槽内，最后在传感器安装槽外部套装保护套筒，通过保护套筒对冲击力传感器、顶推力传感器、形变传感器及位置传感器进行防护； 步骤二:选定一个钻孔位置，并在钻孔位置处定位钻机，再将安装有钻铤和钻头的钻杆与钻机相连； 步骤三:启动钻机，开始钻孔，通过冲击力传感器测量钻铤在钻孔过程中实时承受的冲击力，通过顶推力传感器测量钻铤在钻孔过程中实时承受的顶推力，通过形变传感器测量钻铤在钻孔过程中实时的扭矩形变量，通过位置传感器测量钻铤在钻孔过程中实时的深度数据； 步骤四:通过数据采集记录器接收来自冲击力传感器、顶推力传感器、形变传感器及位置传感器发出的实时数据，并将接收到的实时数据按照时间轴进行存储； 步骤五:将数据采集记录器中存储的数据导入计算机中，在计算机内计算得到不同钻孔深度位置处的煤岩体对钻头的各项力学参数，从而可计算得到不同钻孔深度位置处的煤岩体物理性质，进而完成在钻孔过程中对煤岩体物理性质进行的自动连续监测。
【文档编号】E21B49/00GK106014400SQ201610427489
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月16日
【发明人】张宏伟, 赵象卓, 韩军, 包小龙, 吴涛, 张璐宇
【申请人】辽宁工程技术大学