本公开提供一种顺煤层随钻煤岩界面识别探测装置及方法，该装置包括：控制主机和与控制主机连接的钻机，钻机连接有钻杆，钻杆的端部为随钻探测探头；随钻探测探头包括探头主体，探头主体上设有可伸缩弹性波发射器、可伸缩弹性波接收传感器和随钻探测探头控制采集电路板。本公开利用钻机将随钻探测探头推进钻孔中，随钻探测探头在推进旋转过程中会自动智能定向向煤层顶板和底板发射弹性波，弹性波接收传感器会接收煤层顶板和底板反射回来的弹性波信号，根据接收到的弹性波的时间和煤层弹性波速度计算煤层顶板和底板的厚度，从而实现煤层的顶底板煤岩界面的识别；进而能够快速、准确的探测煤层的顶板和底板的厚度，从而实现煤层的顶底板煤岩界面别。煤层的顶底板煤岩界面别。煤层的顶底板煤岩界面别。
【技术实现步骤摘要】
顺煤层随钻煤岩界面识别探测装置及方法
[0001]本公开涉及煤矿智能化开采的煤岩界面探测
，尤其涉及一种顺煤层随钻煤岩界面识别探测装置及方法。
技术介绍
[0002]随着我国工作面智能化、无人化开采技术的深入推广和应用，建设智慧矿山是未来煤矿发展的一个必然趋势，顺煤层钻孔弹性波探测可以为建立高精度工作面三维动态地质模型服务，将实现采煤机由以往被动调整的“记忆截割”转变为主动适应煤层厚度变化的“预想截割”。能够为智能化、无人化开采提供有力的地质保障，提高采煤机效率，增加工作面回采率。整体来看，能够有助于智能化、无人化采煤技术的快速推广，同时，以此为契机可带动精细探测、地质信息平台的推广。
[0003]目前已有20余种煤岩分界感应机理和系统，诸如记忆程序控制系统，振动频谱传感系统，天然γ射线、测力截齿、同位素、噪声、红外线、紫外线、超声波、无线电波、雷达探测等，由于井下煤层和围岩条件十分复杂，难以准确、可靠地判断煤岩分界，都未成功地应用于实际。
技术实现思路
[0004]基于上述目的，本公开在第一方面提供了一种顺煤层随钻煤岩界面识别探测装置，用于在煤层底板界面和煤层顶板界面之间的巷道内进行探测，包括控制主机和与所述控制主机连接的钻机，所述钻机连接有钻杆，所述钻杆的端部为随钻探测探头；所述随钻探测探头包括探头主体，所述探头主体上设有可伸缩弹性波发射器、可伸缩弹性波接收传感器和随钻探测探头控制采集电路板，所述可伸缩弹性波接收传感器位于所述探头主体靠近前进方向的前端，所述随钻探测探头控制采集电路板设于所述可伸缩弹性波发射器和可伸缩弹性波接收传感器之间，所述可伸缩弹性波发射器后端还设有随钻探测探头居中器，所述探头主体的后端设有用于连接所述钻杆的螺纹接头。
[0005]在一些可选的实施例中，所述探头主体上开有弹性波发射器减振腔，所述可伸缩弹性波发射器设置在所述弹性波发射器减振腔内；所述弹性波接收传感器减振腔用于隔除所述弹性波发射器的振动耦合传递至所述可伸缩弹性波接收传感器中。
[0006]在一些可选的实施例中，所述探头主体上还开设有弹性波接收传感器减振腔，所述可伸缩弹性波接收传感器设置在所述弹性波接收传感器减振腔内；所述弹性波接收传感器减振腔用于隔除所述钻杆的振动耦合传递至所述所述可伸缩弹性波接收传感器中。
[0007]在一些可选的实施例中，所述随钻探测探头控制采集电路板的一端通过通过接收传感器电缆与所述可伸缩弹性波接收传感器连接，所述随钻探测探头控制采集电路板的另一端通过发射器电缆与所述可伸缩弹性波发射器连接。
[0008]在一些可选的实施例中，所述探头主体上还开设有随钻探测探头电路腔，所述随钻探测探头控制采集电路板嵌入所述随钻探测探头电路腔内。
[0009]在一些可选的实施例中，所述可伸缩弹性波发射器和可伸缩弹性波接收传感器用于确保所述发射器和接收传感器与钻孔孔壁很好的接触，确保发射器发射的弹性波能耦合到煤层中，反射出来的弹性波能从煤层耦合到接收传感器。
[0010]在一些可选的实施例中，所述随钻探测探头控制采集电路板包括与单片机连接的弹性波发射电路、弹性波接收电路、三维惯导传感器、电池、无线网络模块和存储器。
[0011]在一些可选的实施例中，所述三维惯导传感器能测量钻杆的旋转角度，当可伸缩弹性波发射器和可伸缩弹性波接收传感器旋转到正面向顶板煤层时，弹性波发射器自动发射弹性波并由弹性波接收传感器接收顶板煤层界面反射回波；当可伸缩弹性波发射器和可伸缩弹性波接收传感器旋转到正面向底板煤层时，弹性波发射器自动发射弹性波并由弹性波接收传感器接收底板煤层界面反射回波；所述三维惯导传感器还能够测量钻孔的方向和倾角。
[0012]在一些可选的实施例中，所述控制主机记录钻机每推进一根钻杆时记录增加一根钻杆，记录随钻探测探头推进的钻孔深度；所述控制主机根据随钻探测探头存储的数据与自己记录的钻孔深度融合，生成煤层顶板探测的弹性波剖面图和底板探测的弹性波剖面图，提取顶板煤层厚度和底板煤层厚度；通过根据钻孔的方向、倾角、钻孔的深度和顶底板煤层厚度计算煤层顶底板的坐标。
[0013]在第二方面，还公开一种顺煤层随钻煤岩界面识别探测方法，所述方法包括：
[0014]利用钻机将随钻探测探头推进钻孔中，随钻探测探头在推进旋转过程中会自动智能定向向煤层顶板和底板发射弹性波，弹性波接收传感器会接收煤层顶板和底板反射回来的弹性波信号；
[0015]随钻探测探头的三维惯导传感器测量钻孔探测点的钻孔姿态，根据接收到的顶板和底板反射回来的弹性波的时间、煤层弹性波速度计算煤层顶板和底板的厚度；
[0016]再通过探测点的钻孔姿态和探测点的钻孔深度可以计算出探测点的三维坐标，然后根据探测点的顶板和底板的煤层厚度、探测点的三维坐标计算煤层的顶板和底板坐标，进而达到煤岩界面的识别功能。
[0017]在一些可选的实施例中，所述方法还包括：在利用随钻探测探头在每推进一根钻杆的条件下，要求钻机将钻杆旋转一周，随钻探测探头中的三维惯导传感器根据随钻探测探头的状态自动煤层顶板和煤层底板发射弹性波并接收弹性波；
[0018]测量探测点的姿态，并将探测点的姿态与接收到的弹性波信号数字化保存在随钻探测探头控制采集电路板的存储器中。
[0019]在一些可选的实施例中，所述方法还包括：所述现在主机将钻机每推进一根钻杆时记录一次，当随钻探测探头退出钻孔后通过无线网络模块将保存在随钻探测探头中的数据全部传送到控制主机中，控制主机根据记录的钻杆数量自动融合生成随钻探测点的三维坐标；
[0020]控制主机通过分析计算出煤层顶板和底板的煤层厚度，然后根据探测点的钻孔坐标计算出煤层顶板和底板的三维坐标。
[0021]在一些可选的实施例中，所述煤层弹性波速度是根据已知的煤层厚度与煤岩界面的反射波时间来确定；
[0022]其中，煤层弹性波速度为V煤，钻孔到煤层的煤岩界面的距离L边界，读取的反射波
时间为t反射，所述煤层弹性波速度确定方法如下式：
[0023]V
煤
＝L
边界
/2t
反射
。
[0024]从上面所述可以看出，本公开提供的顺煤层随钻煤岩界面识别探测装置及方法，利用钻机将随钻探测探头推进钻孔中，随钻探测探头在推进旋转过程中会自动智能定向向煤层顶板和底板发射弹性波，弹性波接收传感器会接收煤层顶板和底板反射回来的弹性波信号，根据接收到的顶板和底板反射回来的弹性波的时间和煤层弹性波速度可以计算煤层顶板和底板的厚度，从而实现煤层的顶底板煤岩界面的识别；进而能够快速、准确的探测煤层的顶板和底板的厚度，从而实现煤层的顶底板煤岩界面别，为煤矿智能化开采提供服务。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本公开或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种顺煤层随钻煤岩界面识别探测装置，用于在煤层底板界面和煤层顶板界面之间的巷道内进行探测，其特征在于，包括：控制主机和与所述控制主机连接的钻机，所述钻机连接有钻杆，所述钻杆的端部为随钻探测探头；所述随钻探测探头包括探头主体，所述探头主体上设有可伸缩弹性波发射器、可伸缩弹性波接收传感器和随钻探测探头控制采集电路板，所述可伸缩弹性波接收传感器位于所述探头主体靠近前进方向的前端，所述随钻探测探头控制采集电路板设于所述可伸缩弹性波发射器和可伸缩弹性波接收传感器之间，所述可伸缩弹性波发射器后端还设有随钻探测探头居中器，所述探头主体的后端设有用于连接所述钻杆的螺纹接头。2.根据权利要求1所述的顺煤层随钻煤岩界面识别探测装置，其特征在于，所述探头主体上开有弹性波发射器减振腔，所述可伸缩弹性波发射器设置在所述弹性波发射器减振腔内；所述弹性波接收传感器减振腔用于隔除所述弹性波发射器的振动耦合传递至所述可伸缩弹性波接收传感器中。3.根据权利要求1所述的顺煤层随钻煤岩界面识别探测装置，其特征在于，所述探头主体上还开设有弹性波接收传感器减振腔，所述可伸缩弹性波接收传感器设置在所述弹性波接收传感器减振腔内；所述弹性波接收传感器减振腔用于隔除所述钻杆的振动耦合传递至所述所述可伸缩弹性波接收传感器中。4.根据权利要求1所述的顺煤层随钻煤岩界面识别探测装置，其特征在于，所述探头主体上还开设有随钻探测探头电路腔，所述随钻探测探头控制采集电路板嵌入所述随钻探测探头电路腔内。5.根据权利要求1所述的顺煤层随钻煤岩界面识别探测装置，其特征在于，所述随钻探测探头控制采集电路板的一端通过通过接收传感器电缆与所述可伸缩弹性波接收传感器连接，所述随钻探测探头控制采集电路板的另一端通过发射器电缆与所述可伸缩弹性波发射器连接。6.根据权利要求1所述的顺煤层随钻煤岩界面识别探测装置，其特征在于，所述可伸缩弹性波发射器和可伸缩弹性波接收传感器用于确保所述发射器和接收传感器与钻孔孔壁很好的接触，确保发射器发射的弹性波能耦合到煤层中，反射出来的弹性波能从煤层耦合到接收传感器。7.根据权利要求1所述的顺煤层随钻煤岩界面识别探测装置，其特征在于，所述随钻探测探头控制采集电路板包括与单片机连接的弹性波发射电路、弹性波接收电路、三维惯导传感器、电池、无线网络模块和存储器。8.根据权利要求7所述的顺煤层随钻煤岩界面识别探测装置，其特征在于，所述三维惯导传感器能测量钻杆的旋转角度，当可伸缩弹性波发射器和可伸缩弹性波接收传感器旋转到正面向顶板煤层时，弹性波发射器自动发射弹性波并由弹性波接收传感器接收顶板煤层界面反射回波；当可伸缩弹性波发射器和可伸缩...
【专利技术属性】
技术研发人员：武强，刘鎏，曾一凡，陶凤娟，刘春生，胡刚，王显辉，付吉奎，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：
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