專利名稱:聯(lián)合測定qst值的裝置制造方法
【專利摘要】聯(lián)合測定QST值的裝置，屬于礦山安全【技術(shù)領(lǐng)域】。包括螺旋鉆桿系統(tǒng)、帶孔鉆屑收集袋、重力傳感器、空氣泵及數(shù)據(jù)采集器，螺旋鉆桿系統(tǒng)包括相連接的第一螺旋鉆桿及輔助螺旋鉆桿，第一螺旋鉆桿內(nèi)腔中部設(shè)有中空的缸體，缸體中部的內(nèi)壁設(shè)有用于固定活塞底端位置的卡頭，活塞前端為阻風(fēng)套與第一螺旋鉆桿圍繞成的與活塞相匹配的活塞容腔，阻風(fēng)套內(nèi)毗鄰第一螺旋鉆桿外壁及空腔處設(shè)有溫度傳感器，第一螺旋鉆桿內(nèi)壁設(shè)有與缸體相連通的送氣管，第一螺旋鉆桿內(nèi)腔還設(shè)有測量管，測量管貫穿缸體及活塞的內(nèi)部，最后一節(jié)輔助螺旋鉆桿尾部設(shè)有封孔器；帶孔鉆屑收集袋設(shè)置于重力傳感器上，空氣泵與送氣管相連，數(shù)據(jù)采集器與測量管尾部相連接；適用于礦井防突預(yù)測。
【專利說明】聯(lián)合測定QST值的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于礦山安全【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及聯(lián)合測定QST值的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 作為我國的主體能源，煤炭的開發(fā)及煤礦的安全問題一直是研究的熱點。然而， 井下煤層賦存及開采條件復(fù)雜，且我國煤層瓦斯含量普遍較高，其中50%以上的煤層為高 瓦斯煤層，高突礦井占全國礦井總數(shù)的44%。煤與瓦斯突出嚴(yán)重，危險系數(shù)高，煤礦瓦斯爆 炸、高溫作業(yè)引起的災(zāi)害事故屢見不鮮，因此，煤礦單位必須開展突出預(yù)測并采取行之有效 的治理措施。
[0003] 目前，用于預(yù)測煤礦井下工作面煤與瓦斯突出危險或防突措施效果檢驗的方法較 多，其中，最常用的是復(fù)合指標(biāo)法預(yù)測煤巷掘進工作面突出危險性。復(fù)合指標(biāo)法的指標(biāo)有瓦 斯涌出初速度（Q值）和鉆屑量（S值）。在實際測量過程中，通常是先鉆孔收集鉆屑測量S 值，再退出鉆桿，向鉆孔中送入封孔器，待封孔后，才測量Q值。瓦斯涌出初速度是鉆孔結(jié)束 后2min時的瞬時值，對測量時間有極高的要求和限制，然而在實際操作中，從退出鉆桿到 送入封孔器實現(xiàn)封孔的工序繁瑣耗時，且等測完Q值后，需退出封孔器再次送入鉆桿繼續(xù) 鉆進，并如此往復(fù)。這樣的測量過程工作量巨大，若時間把握不當(dāng)，甚至不能測到有效的Q 值。在風(fēng)鉆過程中，鉆桿與煤壁高速摩擦，溫度急劇升高，同時在鉆機過程中會向給鉆孔內(nèi) 不間斷送入空氣，鉆孔內(nèi)氧氣充足，瓦斯含量大，當(dāng)鉆桿溫度達到一定值時，極易引起煤炭 燃燒或瓦斯爆炸，故實時測量鉆進過程中鉆孔孔內(nèi)溫度（T值），對預(yù)防礦井安全隱患有重 要作用。而目前的方法是對Q值、S值、T值進行獨自測量。為了更好地預(yù)測煤巷掘進工作 面突出危險性，亟需一種能夠聯(lián)合測定QST值的裝置。 實用新型內(nèi)容
[0004] 本實用新型為克服現(xiàn)有技術(shù)中鉆具不能實現(xiàn)封孔且Q、s、T值需單獨測量的缺點， 提供一種聯(lián)合測定QST值的裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)可封孔進行Q值的測量，并由單一裝置實現(xiàn)Q、 S、T三值的聯(lián)合測定。
[0005] 本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：聯(lián)合測定QST值的裝置，包括 螺旋鉆桿系統(tǒng)、帶孔鉆屑收集袋、重力傳感器、空氣泵及數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器包括瓦斯 流量計及無線通信裝置，所述螺旋鉆桿系統(tǒng)包括第一螺旋鉆桿及若干節(jié)輔助螺旋鉆桿，輔 助螺旋鉆桿連接于第一螺旋鉆桿的尾部，第一螺旋鉆桿內(nèi)腔中部設(shè)有中空的缸體，其前端 設(shè)有開口且后端封閉，缸體通過連接條單元進行固定，缸體中部的內(nèi)壁邊側(cè)設(shè)有用于限制 活塞縮回的最終位置的卡頭，活塞的前部為圓錐體，活塞的后部為圓柱體，圓柱體的外徑與 缸體的內(nèi)徑相匹配，活塞前端為阻風(fēng)套與第一螺旋鉆桿圍繞成的與活塞相匹配的活塞容 腔，活塞容腔前端有測量空腔，測量空腔用于容納螺旋鉆桿系統(tǒng)鉆孔時所涌出的瓦斯，阻風(fēng) 套內(nèi)毗鄰第一螺旋鉆桿外壁及測量空腔處設(shè)有能夠進行無線通信的溫度傳感器，第一螺旋 鉆桿內(nèi)壁設(shè)有與缸體相連通的送氣管，第一螺旋鉆桿內(nèi)腔還設(shè)有測量管，測量管貫穿缸體 及活塞的內(nèi)部，輔助螺旋鉆桿的內(nèi)腔中設(shè)有分別與第一螺旋鉆桿的送氣管及測量管相連通 的送氣管和測量管，測量管的外側(cè)間隔設(shè)有固定條單元，通過固定條單元將測量管固定于 輔助螺旋鉆桿的內(nèi)腔中部；最后一節(jié)輔助螺旋鉆桿的尾部設(shè)有封孔器；所述帶孔鉆屑收集 袋設(shè)置于重力傳感器上，用于收集螺旋鉆桿系統(tǒng)鉆進過程中排出的全部鉆屑；所述空氣泵 與送氣管相連通，空氣泵通過送氣管向進行缸體充氣或抽氣；數(shù)據(jù)采集器與測量管尾部及 重力傳感器相連接。
[0006] 具體的，所述連接條單元包括三個環(huán)繞缸體外壁分布且互成120°夾角的連接條。
[0007] 具體的，所述固定條單元包括三個環(huán)繞測量管外壁分布且互成120°夾角的固定 條。
[0008] 進一步的，所述送氣管為三條，分別設(shè)置于三個貼附于螺旋鉆桿內(nèi)壁的固定條的 中部。
[0009] 優(yōu)選的，在每段長度為lm的輔助螺旋鉆桿中設(shè)置3個固定條單元，分別位于距該 段輔助螺旋鉆桿端口 〇. 2m、0. 5m和0. 8m處。
[0010] 優(yōu)選的，所述固定條與測量管接觸部位的長度為20mm。
[0011] 進一步的，所述無線通信裝置為HRF905多信道單片收發(fā)芯片。
[0012] 進一步的，第一螺旋鉆桿及輔助螺旋鉆桿的材質(zhì)為低鉻鎳抗氧化鋼。
[0013] 進一步的，螺旋鉆桿系統(tǒng)的外徑為42_，所述封孔器從頂端到底端的外徑逐漸增 大，封孔器最大外徑為45mm。
[0014] 優(yōu)選的，第一螺旋鉆桿的長度為2m，所述測量空腔的長度為0. 5m。
[0015] 本實用新型的有益效果是：能夠在封孔條件下測量Q值，并便捷、準(zhǔn)確、一體化地 實時記錄Q值、S值和T值，當(dāng)測量值出現(xiàn)異常，能夠及時采取相應(yīng)保護措施，有效提高煤礦 鉆孔安全性，保證工作人員的人身安全及礦井的安全。本實用新型適用于礦井安全開發(fā)，尤 其適用于礦井防突預(yù)測。

【附圖說明】

[0016] 圖1是本實用新型螺旋鉆桿系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖2是本實用新型的第一螺旋鉆桿的剖視圖；
[0018] 圖3是圖2的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖4是本實用新型螺旋鉆桿系統(tǒng)的活塞向前推送實現(xiàn)閉風(fēng)時的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖5是本實用新型在使用時的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 其中，1為螺旋鉆桿系統(tǒng),2為缸體,3為活塞,4為阻風(fēng)套,5為測量管,6為溫度傳 感器，7為封孔器，8為帶孔鉆屑收集袋，9為重力傳感器，10為空氣泵，11為數(shù)據(jù)采集器，12 為連接條，13為卡頭，14為固定條，15為送氣管。

【具體實施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖，詳細描述本實用新型的技術(shù)方案。
[0023] 如圖1至5所示，本實用新型的聯(lián)合測定QST值的裝置，包括螺旋鉆桿系統(tǒng)1、帶孔 鉆屑收集袋8、重力傳感器9、空氣泵10及數(shù)據(jù)采集器11，數(shù)據(jù)采集器11包括瓦斯流量計及 無線通信裝置，
[0024] 所述螺旋鉆桿系統(tǒng)包括第一螺旋鉆桿及若干節(jié)輔助螺旋鉆桿，輔助螺旋鉆桿連接 于第一螺旋鉆桿的尾部，第一螺旋鉆桿內(nèi)腔中部設(shè)有中空的缸體2,其前端設(shè)有開口且后端 封閉，以螺旋鉆桿系統(tǒng)來看，缸體與鉆桿系統(tǒng)頂端相匹配的端口即為缸體的前端，缸體2通 過連接條單元進行固定，所述連接條單元包括三個環(huán)繞缸體外壁分布且互成120°夾角的 連接條，即缸體與鉆桿內(nèi)腔由連接條12相連；缸體2中部的內(nèi)壁邊側(cè)設(shè)有卡頭13,卡頭13， 用于限制活塞3縮回的最終位置，卡頭13與活塞3底端相接觸，活塞的前部為圓錐體，活塞 的后部為圓柱體，圓柱體的外徑與缸體2的內(nèi)徑相匹配，活塞3前端為阻風(fēng)套4與第一螺旋 鉆桿圍繞成的與活塞相匹配的活塞容腔，缸體2內(nèi)充有氣體，活塞3的后部裝入缸體內(nèi)，其 前部位于缸體之外，活塞容腔前端有測量空腔，測量空腔用于容納螺旋鉆桿系統(tǒng)鉆孔時所 涌出的瓦斯，以便其從測量管中導(dǎo)出，優(yōu)選的，第一螺旋鉆桿的長度為2m，所述測量空腔的 長度為0. 5m，此時瓦斯排放效果較佳。阻風(fēng)套4內(nèi)毗鄰第一螺旋鉆桿外壁及測量空腔處設(shè) 有能夠進行無線通信的溫度傳感器6,第一螺旋鉆桿內(nèi)壁設(shè)有與缸體2相連通的送氣管15， 第一螺旋鉆桿1內(nèi)腔還設(shè)有測量管5,測量管5貫穿缸體2及活塞3的內(nèi)部；阻風(fēng)套4能夠 有效實現(xiàn)閉風(fēng)，即當(dāng)鉆桿停止鉆進時且封孔器送至合適的位置實現(xiàn)封孔后，通過空氣泵10 向缸體2中充入氣體，缸體內(nèi)的氣壓將活塞3被推進與阻風(fēng)套4緊密接觸，此時活塞3伸出， 其底端未與卡頭13接觸，阻風(fēng)套4可阻隔鉆桿前端通過鉆孔與外界的空氣流動，則第一螺 旋鉆桿前方可形成與外部隔絕的瓦斯測量室，通過與測量管相連的數(shù)據(jù)采集器11可測得 瓦斯涌出初速度Q值，當(dāng)測量完畢從缸體2抽氣時，外部氣壓將活塞3推回缸體，此時活塞 縮回，縮回到最終位置時卡頭13與活塞3的底端相接觸，以防止活塞3退回過多。
[0025] 為了達到迅速對缸體進行充氣和抽氣，所述送氣管有三條，如圖3所示，三條送氣 管分別設(shè)置于三個貼附于螺旋鉆桿內(nèi)壁的固定條的中部，即三條送氣管互成120°夾角分 布。送氣管在固定條中間，相當(dāng)于中空的設(shè)計。
[0026] 輔助螺旋鉆桿的內(nèi)腔中設(shè)有分別與第一螺旋鉆桿的送氣管及其測量管相連通的 送氣管和測量管，即輔助螺旋鉆桿的內(nèi)腔中設(shè)有送氣管和測量管，其送氣管與第一螺旋鉆 桿的送氣管相連通，其測量管與第一螺旋鉆桿的送氣管相連通；測量管的外側(cè)間隔設(shè)有固 定條單元，通過固定條單元將測量管固定于輔助螺旋鉆桿的內(nèi)腔中部，所述固定條單元包 括三個環(huán)繞測量管外壁分布且互成120°夾角的固定條，固定條起固定測量管的作用，其徑 向分布與連接條相同，在每段規(guī)格為lm的螺旋鉆桿中布置3段固定條，分別位于0. 2m、0. 5m 和0. 8m處。所述固定條與測量管接觸部位的長度為20mm，即圖2中送氣管下方至測量管之 間的固定條的長度為20mm。當(dāng)任意兩節(jié)螺旋鉆桿首尾相接時，測量管實現(xiàn)有效密閉對接。 最后一節(jié)輔助螺旋鉆桿的尾部設(shè)有封孔器7,其前部可接螺旋鉆桿，后部可接鉆機，在螺旋 鉆桿系統(tǒng)不能繼續(xù)鉆進或鉆進困難時，可由切割出來的煤屑緊固在鉆孔內(nèi)實現(xiàn)封孔作用； [0027] 在使用時，重力傳感器9安裝在鉆孔孔口位置，帶孔鉆屑收集袋8懸掛在重力傳感 器上，收集袋上自帶兩個孔洞，上方孔洞用作鉆桿通過，下方孔洞用作放出鉆屑，完成一次 測量后，可由下方孔洞放出全部鉆屑，然后繼續(xù)鉆進，收集下一次的鉆屑；
[0028] 空氣泵通過軟管與鉆桿中的送氣管相連，可向缸體充氣和抽氣，以適時的向前推 送和向后退回活塞，數(shù)據(jù)采集器11的瓦斯流量計通過軟管與測量管尾部相連，通過封孔器 實現(xiàn)封孔，在螺旋鉆桿系統(tǒng)1前段形成瓦斯測量室，通過測量管可順利地測量瓦斯涌出初 速度Q值；所述帶孔鉆屑收集袋設(shè)置于重力傳感器9上，用于收集螺旋鉆桿系統(tǒng)鉆進過程中 排出的全部鉆屑，而后通過重力傳感器9測量鉆屑量S值，并傳遞給數(shù)據(jù)采集器11 ;溫度傳 感器6能夠?qū)崟r探測鉆孔孔內(nèi)溫度T值，并通過其無線傳輸裝置將鉆頭部位溫度值發(fā)送出 給數(shù)據(jù)采集器11，以便數(shù)據(jù)采集器11實時記錄T值。
[0029] 溫度傳感器6能夠進行無線通信，即其中具有無線通信裝置，例如可以采用 nRF905多信道單片收發(fā)芯片，采用無線射頻發(fā)射技術(shù)，實現(xiàn)信號的實時傳送。
[0030] 為了使得螺旋鉆桿系統(tǒng)的使用壽命及使用安全性，第一螺旋鉆桿及輔助螺旋鉆桿 的材質(zhì)為低鉻鎳抗氧化鋼。
[0031] 為了保證鉆孔安全性與本實用新型使用時測量的準(zhǔn)確性，所述螺旋鉆桿系統(tǒng)外 徑選擇標(biāo)準(zhǔn)尺寸^42mm，所述封孔器從頂端到底端的外徑逐漸增大，封孔器最大外徑為 45mm，封孔器直徑略大于螺旋鉆桿系統(tǒng)外徑，以保證完全密封。
[0032] 具體使用時的實施步驟如下：A.在打鉆位置外安裝重力傳感器，在重力傳感器上 懸掛帶孔鉆屑收集袋，將螺旋鉆桿系統(tǒng)穿過帶孔鉆屑收集袋，并放置好空氣泵10及數(shù)據(jù)采 集器11，在掘進工作面前方煤體中施工直徑小42mm的鉆孔；
[0033] B.在鉆進將要達到預(yù)定瓦斯涌出初速度測量深度例如10m時，將直徑45mm封孔器 接上螺旋鉆桿系統(tǒng)鉆進煤體中，待螺旋鉆桿系統(tǒng)不能繼續(xù)鉆進或鉆進困難時，可由切割出 來的煤屑緊固在鉆孔內(nèi)實現(xiàn)封孔作用；
[0034] C.將空氣泵與送氣管相連，向缸體充入氣體，缸體內(nèi)的氣壓至將活塞的前部推入 活塞容腔內(nèi)與腔壁緊密接觸，如此鉆桿前方在封孔器的封孔作用和阻風(fēng)套的閉風(fēng)作用下， 形成與外部隔絕的瓦斯測量室；
[0035] D.將數(shù)據(jù)采集器與測量管相連，即可測量瓦斯涌出初速度Q值；在整個鉆進過程 中，通過溫度傳感器實時測量鉆孔孔內(nèi)溫度T值，并無線傳輸給數(shù)據(jù)采集器；此外，鉆屑經(jīng) 螺旋葉片疏導(dǎo)至鉆孔外，全部落入帶孔鉆屑收集袋，重力傳感器將測得的鉆屑量S值傳送 到數(shù)據(jù)采集器，每鉆進lm后停止鉆動，待重力數(shù)據(jù)穩(wěn)定時，測量一次鉆屑量S值，值得注意 的是，每測量一次鉆屑量后，需將帶孔鉆屑收集袋下方孔洞打開，放出前次測量全部鉆屑； 并將所有數(shù)據(jù)記錄到表1中；
[0036] E.測量結(jié)束后，反轉(zhuǎn)鉆機將封孔器和所有的螺旋鉆桿退出鉆孔。
[0037] 表1數(shù)據(jù)記錄表
[0038]

【權(quán)利要求】
1. 聯(lián)合測定QST值的裝置，其特征在于，包括螺旋鉆桿系統(tǒng)（I)、帶孔鉆屑收集袋（8)、 重力傳感器（9)、空氣泵（10)及數(shù)據(jù)采集器（11)，數(shù)據(jù)采集器（11)包括瓦斯流量計及無線 通信裝置， 所述螺旋鉆桿系統(tǒng)包括第一螺旋鉆桿及若干節(jié)輔助螺旋鉆桿，輔助螺旋鉆桿連接于第 一螺旋鉆桿的尾部，第一螺旋鉆桿內(nèi)腔中部設(shè)有中空的缸體（2)，其前端設(shè)有開口且后端封 閉，缸體（2)通過連接條單元進行固定，缸體（2)中部的內(nèi)壁邊側(cè)設(shè)有卡頭（13)，所述卡頭 (13)用于限制活塞縮回的最終位置，活塞的前部為圓錐體，活塞的后部為圓柱體，圓柱體的 外徑與缸體（2)的內(nèi)徑相匹配，活塞（3)前端為阻風(fēng)套（4)與第一螺旋鉆桿圍繞成的與活 塞相匹配的活塞容腔，活塞容腔前端有測量空腔，測量空腔用于容納螺旋鉆桿系統(tǒng)鉆孔時 所涌出的瓦斯，阻風(fēng)套（4)內(nèi)毗鄰第一螺旋鉆桿外壁及測量空腔處設(shè)有能夠進行無線通信 的溫度傳感器（6)，第一螺旋鉆桿內(nèi)壁設(shè)有與缸體（2)相連通的送氣管（15)，第一螺旋鉆桿 (1)內(nèi)腔還設(shè)有測量管（5)，測量管（5)貫穿缸體（2)及活塞（3)的內(nèi)部；輔助螺旋鉆桿的 內(nèi)腔中設(shè)有分別與第一螺旋鉆桿的送氣管及測量管相連通的送氣管和測量管，測量管的外 側(cè)間隔設(shè)有固定條單元，通過固定條單元將測量管固定于輔助螺旋鉆桿的內(nèi)腔中部，最后 一節(jié)輔助螺旋鉆桿的尾部設(shè)有封孔器（7); 所述帶孔鉆屑收集袋設(shè)置于重力傳感器（9)上，用于收集螺旋鉆桿系統(tǒng)鉆進過程中排 出的全部鉆屑，所述空氣泵（10)與送氣管（15)相連通，數(shù)據(jù)采集器（11)與測量管尾部及 重力傳感器相連接。2. 如權(quán)利要求1所述的聯(lián)合測定QST值的裝置，其特征在于，所述連接條單元包括三個 環(huán)繞缸體外壁分布且互成120°夾角的連接條。3. 如權(quán)利要求1所述的聯(lián)合測定QST值的裝置，其特征在于，所述固定條單元包括三個 環(huán)繞測量管外壁分布且互成120°夾角的固定條。4. 如權(quán)利要求3所述的聯(lián)合測定QST值的裝置，其特征在于，所述送氣管為三條，分別 設(shè)置于三個貼附于螺旋鉆桿內(nèi)壁的固定條的中部。5. 如權(quán)利要求1或2或3或4所述的聯(lián)合測定QST值的裝置，其特征在于，在每段長 度為Im的輔助螺旋鉆桿中設(shè)置3個固定條單元，分別位于距該段輔助螺旋鉆桿端口 0. 2m、 0. 5m 和 0. 8m 處。6. 如權(quán)利要求5所述的聯(lián)合測定QST值的裝置，其特征在于，所述固定條與測量管接觸 部位的長度為20mm。7. 如權(quán)利要求1所述的聯(lián)合測定QST值的裝置，其特征在于，所述無線通信裝置為 nRF905多信道單片收發(fā)芯片。8. 如權(quán)利要求1所述的聯(lián)合測定QST值的裝置，其特征在于，第一螺旋鉆桿及輔助螺旋 鉆桿的材質(zhì)為低鉻鎳抗氧化鋼。9. 如權(quán)利要求8所述的聯(lián)合測定QST值的裝置，其特征在于，螺旋鉆桿系統(tǒng)的外徑為 42mm，所述封孔器從頂端到底端的外徑逐漸增大，封孔器最大外徑為45mm。10. 如權(quán)利要求1所述的聯(lián)合測定QST值的裝置，其特征在于，第一螺旋鉆桿的長度為 2m，所述測量空腔的長度為0. 5m。
【文檔編號】E21B21-015GK204267019SQ201420694070
【發(fā)明者】于斌, 譚強, 楊智文, 匡鐵軍, 梁坤, 段宏飛, 紀(jì)潤清, 張艷群, 高明忠, 張茹, 謝晶, 李圣偉, 邱治強 [申請人]四川大學(xué), 于斌