【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤炭开采，尤其涉及一种基于柔性钻杆的定向钻孔煤层厚度的测量装置及其方法。
技术介绍
1、煤与瓦斯突出是在地应力和瓦斯压力作用下，破碎的煤与瓦斯由煤体内突然向采掘空间大量喷出的特殊动力现象，是煤矿井下发生最频繁、危害最大的一类事故。为了预防事故发生，常常采用预抽煤层瓦斯的区域瓦斯治理措施。
2、定向钻进技术包含煤矿井下定向钻进技术、其它地面及岩洞定向钻进技术。煤矿井下定向钻技术是指至在煤巷或岩巷内沿水平方向或近水平方向按照预先设计的钻孔轨迹施工钻孔的技术，也称水平定向钻进技术。
3、《煤矿安全规程》第二百零九条规定：预抽区段煤层瓦斯区域防突措施的钻孔应当控制区段内整个回采区域、两侧回采巷道及其外侧如下范围内的煤层：倾斜、急倾斜煤层巷道上帮轮廓线外至少20m，下帮至少10m；其他煤层为巷道两侧轮廓线外至少各15m。高瓦斯矿井通常采用由底板岩巷施工穿层钻孔对整个回采区域进行瓦斯预抽的防治措施。而部分低瓦斯矿井进入深部开采阶段后，地应力随煤层埋深的增加而增加，在煤层变厚带易发生应力集中和瓦斯富集，通常由底板岩巷施工穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯，再由煤层巷道向整个回采区域施工顺层钻孔预抽煤层瓦斯。现有技术的这种方法可以少施工1至2条底板岩巷，缩短工期，节约成本；但使用顺层钻孔抽采的方法不能准确的探知煤层各部位的厚度，难以识别煤层变厚带并进行抽采，容易形成抽采空白带，影响对回采区域煤层瓦斯的控制效果。因此，需要一种基于柔性钻杆的定向钻孔煤层厚度的测量装置及其方法。
技术实现思
1、本专利技术的目的在于克服上述不足，提供一种基于柔性钻杆的定向钻孔煤层厚度的测量装置及其方法，将柔性钻杆技术和定向钻孔技术相结合，配合煤岩识别技术，准确测定煤层各部位厚度，识别煤层变厚带，解决传统顺层钻孔难以精确测定煤层厚度的问题，有利于后续区域防突措施的实施。
2、本专利技术的目的是这样实现的：
3、一种基于柔性钻杆的定向钻孔煤层厚度的测量装置，它包括定向钻机、煤岩识别系统、柔性钻杆、液压导向器、钻头和扭矩传感器，所述定向钻机上连接柔性钻杆，所述柔性钻杆的端部设有液压导向器，所述液压导向器连接钻头，所述钻头和定向钻机上分别设有一个扭矩传感器，所述扭矩传感器连接煤岩识别系统，扭矩传感器实时监测定向钻机输出扭矩和钻头扭矩，将相关参数上传至煤岩识别系统；所述煤岩识别系统根据扭矩传感器给出的相关参数进行分析，得出钻机扭矩衰减曲线，智能判断钻头所处位置是否为岩层。
4、优选地，所述煤岩界面识别分析系统可设置于定向钻机上，也可远离钻机无线操作采集数据。
5、优选地，所述柔性钻杆具有弹性，在外力作用下弯折超过90°，撤去外力后恢复原状。
6、一种基于柔性钻杆的定向钻孔煤层厚度的测量装置的测量方法，包括以下内容：
7、步骤一、准备定向钻机并钻出钻孔
8、在待测煤厚区域边界处的运输顺槽、回风顺槽掘进完毕后，使用定向钻机和刚性钻杆，沿煤层底板自回风顺槽向运输顺槽施工一个长距离水平顺层钻孔，顺层钻孔穿过整个待测煤厚区域，施工完毕后，将刚性钻杆退出钻孔；
9、步骤二、装配柔性钻杆
10、在定向钻机上安装柔性钻杆，并在柔性钻杆的端头安装液压导向器和钻头，将柔性钻杆沿步骤一中所施工的钻孔送入；
11、步骤三、连接煤岩界面识别分析系统
12、在钻头和定向钻机上分别安装一个扭矩传感器，将扭矩传感器连接煤岩识别系统；
13、步骤四、控制钻头转向正上方
14、当柔性钻杆在钻孔中前进a米后，使用连接在柔性钻杆上的液压导向器控制钻头方向转向正上方；
15、步骤五、判断钻头是否到达煤岩交界处
16、当钻头转向后，柔性钻杆在钻头的牵引下发生90°弯折，并继续前进；当钻头接触岩层时，钻头的扭矩发生变化，扭矩传感器监测到扭矩变化参数上传至煤岩识别系统；煤岩识别系统根据扭矩衰减情况，判断出钻头已经到达煤岩交界处；
17、步骤六、记录柔性钻杆的总前进距离b1米
18、记录此时柔性钻杆在钻孔中前进的总距离b1米，然后将柔性钻杆退出钻孔；
19、步骤七、将柔性钻杆再次送入钻孔；
20、步骤八、控制钻头转向正下方
21、当柔性钻杆在钻孔中前进a米后，使用连接在柔性钻杆上的液压导向器控制钻头的方向转向正下方；
22、步骤九、重复步骤五；
23、步骤十、记录柔性钻杆的总前进距离b2米
24、记录此时柔性钻杆在钻孔中前进的总距离b2米，然后将柔性钻杆退出钻孔；
25、步骤十一、计算煤层厚度
26、计算得出距离钻孔的孔口a米处的煤层厚度为h1=b1+b2-2a,其中煤层厚度h1的单位为米；
27、步骤十二、重复步骤四~步骤十一
28、再次将柔性钻杆送入钻孔中，将转向前的柔性钻杆在钻孔中前进的距离增加c米，重复步骤四~步骤十一，得出该钻孔所处的铅垂面上待测区域各部位煤层的准确厚度h1、h2、……、hn；
29、步骤十三、步骤一~步骤十二
30、将定向钻机沿煤巷方向向前移动d米，重复步骤一~步骤十二，得出整个待测煤厚区域的各部位煤层的准确厚度。
31、优选地，步骤十二中，所述柔性钻杆3在钻孔10中所增加的前进距离c米取10~20m。
32、优选地，步骤十三中，所述定向钻机1沿煤巷向前移动的距离d米取5~10m。
33、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
34、本专利技术提供一种基于柔性钻杆的定向钻孔煤层厚度的测量装置及其方法，将柔性钻杆技术和定向钻孔技术相结合，配合煤岩识别技术，克服原有刚性钻杆难以在煤层中转向的难题，准确测定煤层各部位厚度，填补顺层钻孔测定煤层厚度的技术空白，消除了穿层钻孔不能准确测定煤层厚度导致的抽采盲区等隐患；本专利技术的方法简单，测量精度高、效果好，在本
具有广泛的实用性。
【技术保护点】
1.一种基于柔性钻杆的定向钻孔煤层厚度的测量装置，其特征在于：它包括定向钻机（1）、煤岩识别系统（2）、柔性钻杆（3）、液压导向器（4）、钻头（5）和扭矩传感器（6），所述定向钻机（1）上连接柔性钻杆（3），所述柔性钻杆（3）的端部设有液压导向器（4），所述液压导向器（4）连接钻头（5），所述钻头（5）和定向钻机（1）上分别设有一个扭矩传感器（6），所述扭矩传感器（6）连接煤岩识别系统（2），扭矩传感器（6）实时监测定向钻机（1）输出扭矩和钻头（5）扭矩，将相关参数上传至煤岩识别系统（2）；所述煤岩识别系统（2）根据扭矩传感器（6）给出的相关参数进行分析，得出钻机扭矩衰减曲线，智能判断钻头（5）所处位置是否为岩层。
2.根据权利要求1所述的一种基于柔性钻杆的定向钻孔煤层厚度的测量装置，其特征在于：所述煤岩界面识别分析系统（2）可设置于定向钻机（1）上，也可远离钻机无线操作采集数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于柔性钻杆的定向钻孔煤层厚度的测量装置，其特征在于：所述柔性钻杆（3）具有弹性，在外力作用下弯折超过90°，撤去外力后恢复原状。
4.
5.根据权利要求4所述的一种基于柔性钻杆的定向钻孔煤层厚度的测量装置的测量方法，其特征在于：步骤十二中，所述柔性钻杆在钻孔中所增加的前进距离c米取10~20m。
6.根据权利要求4所述的一种基于柔性钻杆的定向钻孔煤层厚度的测量装置的测量方法，其特征在于：步骤十三中，所述定向钻机沿煤巷向前移动的距离d米取5~10m。
...【技术特征摘要】
1.一种基于柔性钻杆的定向钻孔煤层厚度的测量装置，其特征在于：它包括定向钻机（1）、煤岩识别系统（2）、柔性钻杆（3）、液压导向器（4）、钻头（5）和扭矩传感器（6），所述定向钻机（1）上连接柔性钻杆（3），所述柔性钻杆（3）的端部设有液压导向器（4），所述液压导向器（4）连接钻头（5），所述钻头（5）和定向钻机（1）上分别设有一个扭矩传感器（6），所述扭矩传感器（6）连接煤岩识别系统（2），扭矩传感器（6）实时监测定向钻机（1）输出扭矩和钻头（5）扭矩，将相关参数上传至煤岩识别系统（2）；所述煤岩识别系统（2）根据扭矩传感器（6）给出的相关参数进行分析，得出钻机扭矩衰减曲线，智能判断钻头（5）所处位置是否为岩层。
2.根据权利要求1所述的一种基于柔性钻杆的定向钻孔煤层厚度的测量装置，其特征在于：所...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋静宇，陈钢，董晓斌，黄文涛，刘益，赵伟，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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