一种基于钻屑法的排出煤粉重量实时监测系统及使用方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于钻屑法的排出煤粉重量实时监测系统及使用方法，系统包括钻头、钻杆、集粉伸缩筒、集粉固定筒、钻机、空压机、煤粉收集监测系统和控制系统，其中，钻杆为空心钻杆，钻杆一端连接有钻机，钻杆中部通过钻杆夹持装置连接有钻机底部，钻杆另一端连接有钻头，钻杆外接有空压机，钻杆夹持装置一端通过L型固定连接杆连接有集粉固定筒，集粉固定筒内套装有钻杆，集粉伸缩筒通过伸缩轨道滑动连接于集粉固定筒内，集粉固定筒下侧通过出风管道连接有煤粉收集监测系统，钻机、空压机和煤粉收集监测系统均连接有控制系统。本发明专利技术提高了钻屑收集效果，保证监测准确性，同时在钻孔过程中自动测量煤粉量，实现对排出煤粉重量的实时测量。时测量。时测量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于钻屑法的排出煤粉重量实时监测系统及使用方法


[0001]本专利技术涉及一种基于钻屑法的排出煤粉重量实时监测系统及使用方法，属于矿山开采设备


技术介绍

[0002]随着矿山开采强度和深度的增加，冲击地压矿井数量和冲击危险程度显著增加，严重威胁井下工作人员安全及煤矿高效生产，其有效预警与防治是解决这一问题的关键。钻屑法是应用广泛的冲击地压危险性监测方法，该方法是通过在煤层中施工孔径为42mm钻孔，根据其排出的煤粉量及其变化规律、钻进过程中有关的动力现象鉴别冲击危险性的一种实用、可靠的判断方法。
[0003]中国专利文件CN115265726A公开了一种用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置及测量方法，涉及煤粉称重装置
该用于煤矿钻屑法的煤粉质量测量装置，包括集粉固定筒、集粉伸缩筒、集粉转运筒、集粉固定机构、钻杆、壳体、称重传感器、支撑座、煤粉传送带、集粉槽、柔性连接套、排粉槽、称重支撑机构和数据采集处理单元。该装置通过钻杆上的螺旋叶片带动钻屑运转，但螺旋叶片的钻屑收集效果不佳，很难实现钻屑的全量收集。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于钻屑法的排出煤粉重量实时监测系统，提高钻屑收集效果，保证监测准确性，同时在钻孔过程中自动测量煤粉量，实现对排出煤粉重量的实时测量。
[0005]本专利技术还提供上述基于钻屑法的排出煤粉重量实时监测系统的使用方法。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种基于钻屑法的排出煤粉重量实时监测系统，包括钻头、钻杆、集粉伸缩筒、集粉固定筒、钻机、空压机、煤粉收集监测系统和控制系统，其中，
[0008]钻杆为空心钻杆，钻杆一端连接有钻机，钻杆中部通过钻杆夹持装置连接有钻机底部，提高钻杆工作稳定性，钻杆另一端连接有钻头，钻杆外接有空压机，钻杆夹持装置一端通过L型固定连接杆连接有集粉固定筒，集粉固定筒内套装有钻杆，集粉固定筒内壁均布设置有3条伸缩轨道，集粉伸缩筒通过伸缩轨道滑动连接于集粉固定筒内，集粉固定筒下侧通过出风管道连接有煤粉收集监测系统，钻机、空压机和煤粉收集监测系统均连接有控制系统。
[0009]根据本专利技术优选的，钻头前端直径大于后端颈缩段直径，钻头前端直径与集粉伸缩筒外径相同，钻头中部环绕设置有多个连通钻杆的进风口，钻头前端外围环绕设置有多个出粉通道，出粉通道末端贯穿钻头的颈缩段，出粉通道末端位于集粉伸缩筒内，方便钻屑收集。
[0010]根据本专利技术优选的，钻头前端外侧环绕设置有多个锲型凹槽，锲型凹槽深度由钻头前端向后逐渐变浅，通过锲型凹槽可以将底部较大粒径的碎屑扬起。
[0011]根据本专利技术优选的，钻头前端设置有不规则排列的凸起，在钻进过程中可以将钻屑充分的研磨。
[0012]根据本专利技术优选的，钻杆钻进前端环绕设置有V形的凹槽轨道，集粉伸缩筒前端内部对称设置有至少2个支撑杆，支撑杆末端为锥形，支撑杆末端设置于凹槽轨道内，保证钻杆转动的同时集粉伸缩筒不转动，同时，集粉伸缩筒可以随钻杆轴向运动。
[0013]根据本专利技术优选的，集粉伸缩筒后端底部设置有贯穿的矩形的空槽，集粉固定筒后端通过限位块设置有圆形的内壁，限位块与空槽匹配，内壁外径与集粉伸缩筒内径相同，内壁上留有钻杆通过的钻孔，钻屑经过集粉伸缩筒到集粉固定筒后端内壁，然后经空槽进入出风管道。
[0014]根据本专利技术优选的，钻杆与集粉伸缩筒之间设置有环形的阻挡块，阻挡块为柔性材料，阻挡块贴合集粉固定筒后端内壁，集粉固定筒前端与集粉伸缩筒之间设置有柔性胶条，阻止钻屑从集粉固定筒与集粉伸缩筒之间漏出。
[0015]根据本专利技术优选的，煤粉收集监测系统包括收集筒和应力感应装置，收集筒内中部固定设置有圆筒状的应力感应装置，应力感应装置上方的收集筒外接出风通道，收集筒下端出风口设置有滤网。
[0016]根据本专利技术优选的，出风管道内设置有文丘里流量计，用于监测气体流量。
[0017]上述基于钻屑法的排出煤粉重量实时监测系统的使用方法，步骤如下：
[0018](1)空压机和钻机启动，钻头与煤层钻孔接触，开始出粉，空压机吹出的气体经过钻杆和钻头进入钻孔，气体与钻进过程中产生的煤粉充分混合，形成风
‑
粉二相流，风
‑
粉二相流经过集粉伸缩筒后进入出风管道；
[0019](2)出风管道内的风
‑
粉二相流进入煤粉收集监测系统，风
‑
粉二相流直吹向应力感应装置，获得应力数据，出风管道内的文丘里流量计监测气体流量，风
‑
粉二相流经过应力感应装置后进入收集筒，煤粉留存在收集筒内，气体经过滤网后流出，应力数据和气体流量数据传输至控制系统，经计算后，生成应力
‑
时间曲线图和煤粉质量
‑
时间曲线图，根据曲线图判断钻进状态。
[0020]根据本专利技术优选的，步骤(2)中，应力
‑
时间曲线图和煤粉质量
‑
时间曲线图的生成步骤如下：
[0021]a、应力数据由应力感应装置直接获取，以时间为横坐标，应力为纵坐标，绘制应力
‑
时间曲线图；
[0022]b、煤粉质量数据计算过程如下：
[0023]M ＝ρ
×
S
×
L
ꢀꢀꢀ
(1)
[0024]其中，M为煤粉质量，S为出风管道横截面面积，ρ为气体密度，L为气体流经的管道长度；
[0025]R
X
＝ρ
×
Q
×
V
ꢀꢀꢀ
(2)
[0026]式中，R
X
为应力感应装置测得的应力，ρ为气体密度，Q为所测时间段内气体流量，V为气体流速，V＝Q/S，由式(2)求得气体密度ρ；
[0027]L＝V
×
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0028]由式(3)计算得到气体流经的管道长度L，将气体密度ρ和气体流经的管道长度L代入式(1)，即可求得随时间变化的煤粉质量，绘制煤粉质量
‑
时间曲线图。
[0029]本专利技术的有益效果在于：
[0030]1、本专利技术在进行钻屑法钻孔过程中可以实现对煤粉重量的实时测量，操作简单、方便，测量精度高，降低观测人员工作强度，提高施工效率，安全可靠。
[0031]2、本专利技术结构简单，通过设计的新型通风钻头可以对煤岩体充分研磨，通风流畅，且气体混乱度大，使得煤粉与空气可以均匀的混合，同时集粉伸缩筒可以随着钻头的钻进而轴向同步运动，使得流转运过程中的风
‑
粉二相流提前进入到集粉伸缩筒，增加了流通性，解决了传统出渣方式煤粉残留量大的问题，保证实验数据的可靠、精确。
[0032]3、本专利技术的连续风
‑
粉二相流计算方式实现了煤粉重量的实时测量，解决了传统的以单位钻进距离为计量方式所带本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于钻屑法的排出煤粉重量实时监测系统，其特征在于，包括钻头、钻杆、集粉伸缩筒、集粉固定筒、钻机、空压机、煤粉收集监测系统和控制系统，其中，钻杆为空心钻杆，钻杆一端连接有钻机，钻杆中部通过钻杆夹持装置连接有钻机底部，钻杆另一端连接有钻头，钻杆外接有空压机，钻杆夹持装置一端通过L型固定连接杆连接有集粉固定筒，集粉固定筒内套装有钻杆，集粉固定筒内壁均布设置有3条伸缩轨道，集粉伸缩筒通过伸缩轨道滑动连接于集粉固定筒内，集粉固定筒下侧通过出风管道连接有煤粉收集监测系统，钻机、空压机和煤粉收集监测系统均连接有控制系统。2.如权利要求1所述的基于钻屑法的排出煤粉重量实时监测系统，其特征在于，钻头前端直径大于后端颈缩段直径，钻头前端直径与集粉伸缩筒外径相同，钻头中部环绕设置有多个连通钻杆的进风口，钻头前端外围环绕设置有多个出粉通道，出粉通道末端贯穿钻头的颈缩段，出粉通道末端位于集粉伸缩筒内。3.如权利要求2所述的基于钻屑法的排出煤粉重量实时监测系统，其特征在于，钻头前端外侧环绕设置有多个锲型凹槽，锲型凹槽深度由钻头前端向后逐渐变浅。4.如权利要求2所述的基于钻屑法的排出煤粉重量实时监测系统，其特征在于，钻头前端设置有不规则排列的凸起。5.如权利要求2所述的基于钻屑法的排出煤粉重量实时监测系统，其特征在于，钻杆钻进前端环绕设置有V形的凹槽轨道，集粉伸缩筒前端内部对称设置有至少2个支撑杆，支撑杆末端为锥形，支撑杆末端设置于凹槽轨道内。6.如权利要求5所述的基于钻屑法的排出煤粉重量实时监测系统，其特征在于，集粉伸缩筒后端底部设置有贯穿的矩形的空槽，集粉固定筒后端通过限位块设置有圆形的内壁，限位块与空槽匹配，内壁外径与集粉伸缩筒内径相同，内壁上留有钻杆通过的钻孔；优选的，钻杆与集粉伸缩筒之间设置有环形的阻挡块，阻挡块贴合集粉固定筒后端内壁，集粉固定筒前端与集粉伸缩筒之间设置有柔性胶条。7.如权利要求6所述的基于钻屑法的排出煤粉重量实时监测系统，其特征在于，煤粉收集监测系统包括收集筒和应力感应装置，收集筒内中部固定设置有圆筒状的应力感应装置，应力感应装置上方的收集筒外接出风通道，收集筒下端出风口设置有滤网。8.如权利要求7所述的基于钻屑法的排出煤粉重量实时监测系统，其特征在于，出风管道内设置有文丘里流量计。9.如权利要求8所述的基于钻屑法的排出煤粉重量实时监测系统的使用方法，其特征在于，步骤如下：(1)空压机和钻机启动，钻头与煤层钻孔接触，开始出粉，空压机吹出的气体经过钻杆和钻头进入钻孔，气体与钻进过程中产生的煤粉充分混合，形成风
‑
粉二相流，风
‑
粉二相流经过集粉伸缩筒后进入出风管道；(2)出风管道内的风
‑
粉二相流进入煤粉收集监测系统，风
‑
粉二相流直吹向应力感应装...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘学生，高宇栋，李学斌，王新，李国庆，石智涵，裴洪喜，张宇，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：