一種煤礦動(dòng)力災(zāi)害的濕式鉆屑法測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]—種煤礦動(dòng)力災(zāi)害的濕式鉆肩法測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法，屬于煤礦動(dòng)力災(zāi)害監(jiān)測(cè)設(shè)備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鉆肩法由于其設(shè)備簡(jiǎn)單，檢測(cè)結(jié)果直觀，便于現(xiàn)場(chǎng)操作和判別的優(yōu)點(diǎn)，成為目前國內(nèi)外使用較為普遍的一種用于監(jiān)測(cè)煤礦動(dòng)力災(zāi)害的監(jiān)測(cè)方法。鉆肩法的基本原理是通過在煤層中利用鉆機(jī)施工直徑Φ 42?50mm的鉆孔，根據(jù)排出的煤粉量及其變化規(guī)律和有關(guān)動(dòng)力效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦動(dòng)力災(zāi)害危險(xiǎn)程度的鑒別。對(duì)于一定條件的煤體，在正常應(yīng)力作用下，不同鉆孔深度的煤體的應(yīng)力狀態(tài)是不同的，此時(shí)鉆孔的煤粉量也不相同。當(dāng)煤層的應(yīng)力集中程度增加或應(yīng)力狀態(tài)異常時(shí)，鉆孔的煤粉量將發(fā)生改變。根據(jù)煤粉量的變化，即可預(yù)測(cè)煤體的受力狀態(tài)，并進(jìn)一步預(yù)測(cè)動(dòng)力災(zāi)害危險(xiǎn)性。
[0003]鉆肩法在實(shí)施時(shí)法受煤礦井下地質(zhì)條件影響較大，在現(xiàn)有技術(shù)中，鉆肩法均采用干式鉆肩的方式，即通過鉆機(jī)在對(duì)煤層進(jìn)行鉆孔時(shí)，需要通過鉆孔排出的干燥的煤粉的量按照常規(guī)的鑒別方法對(duì)煤礦的動(dòng)力災(zāi)害危險(xiǎn)程度進(jìn)行鑒別，一旦煤粉中摻入一定程度的水分，則無法通過鉆肩法實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦的動(dòng)力災(zāi)害危險(xiǎn)程度的檢測(cè)。但在實(shí)際情況中，很多礦井煤層自然含水率較高，在使用鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔時(shí)，煤粉潮濕的情況時(shí)常出現(xiàn)，甚至?xí)l(fā)生鉆孔出水情況，導(dǎo)致不能正常排出煤粉，因此鉆肩法無法繼續(xù)進(jìn)行。但實(shí)際上煤體內(nèi)部依然有可能存在高應(yīng)力區(qū)，因此會(huì)對(duì)造成煤礦的安全隱患，不利于煤礦的安全生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種煤礦動(dòng)力災(zāi)害的濕式鉆肩法測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法，實(shí)現(xiàn)了在自然含水率較高的煤層中仍然可以使用鉆肩法對(duì)煤礦的動(dòng)力災(zāi)害危險(xiǎn)程度進(jìn)行鑒別，從而消除了安全隱患，有利于煤礦的安全生產(chǎn)。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:該煤礦動(dòng)力災(zāi)害的濕式鉆肩法測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:包括用于對(duì)煤層進(jìn)行濕式鉆孔的鉆孔裝置，以及對(duì)鉆孔裝置鉆孔得到的水、煤混合物進(jìn)行固液分離的固液分離裝置，所述的固液分離裝置包括動(dòng)力單元以及由動(dòng)力單元帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)分離機(jī)構(gòu)。
[0006]優(yōu)選的，所述的固液分離裝置還包括上端敞口的外殼，所述的動(dòng)力單元固定在外殼底部，動(dòng)力單元的轉(zhuǎn)動(dòng)軸豎直向上與所述的旋轉(zhuǎn)分離機(jī)構(gòu)連接。
[0007]優(yōu)選的，在所述的外殼內(nèi)設(shè)置有集水殼體，集水殼體通過支架架設(shè)在外殼內(nèi)，所述的旋轉(zhuǎn)分離機(jī)構(gòu)置于集水殼體內(nèi)，所述的動(dòng)力單元的轉(zhuǎn)動(dòng)軸向上穿過集水殼體的底面與旋轉(zhuǎn)分離機(jī)構(gòu)連接。
[0008]優(yōu)選的，所述的集水殼體上端敞口，在敞口處設(shè)置有密封蓋，在集水殼體的底部設(shè)置有出水管，出水管穿過外殼的側(cè)壁引出。
[0009]優(yōu)選的，所述的旋轉(zhuǎn)分離機(jī)構(gòu)包括上端開口并由動(dòng)力單元帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)內(nèi)殼，在旋轉(zhuǎn)內(nèi)殼內(nèi)連接固定有濾布兜，濾布兜上端開口，在其上端開口處設(shè)置有過濾單元。
[0010]優(yōu)選的，所述的過濾單元包括設(shè)置在濾布兜上端開口處的二次過濾網(wǎng)以及設(shè)置在二次過濾網(wǎng)上部的一次過濾網(wǎng)，二次過濾網(wǎng)和一次過濾網(wǎng)均連接在旋轉(zhuǎn)內(nèi)殼的內(nèi)壁上。
[0011 ]優(yōu)選的，所述的動(dòng)力單元為風(fēng)動(dòng)裝置，風(fēng)動(dòng)裝置的進(jìn)風(fēng)管穿過外殼引出。
[0012]優(yōu)選的，所述的鉆孔裝置包括鉆機(jī)，通過連接件連接在鉆機(jī)輸出軸的通水鉆桿以及連接在通水鉆桿端部的通水鉆頭。
[0013]—種煤礦動(dòng)力災(zāi)害的濕式鉆肩法測(cè)試方法，其特征在于:包括如下步驟:
步驟a，在煤層上選定監(jiān)測(cè)區(qū)域；
步驟b，利用鉆孔裝置在選定的監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行濕式鉆孔；
步驟c，將鉆孔裝置鉆出的煤粉與水的混合物進(jìn)行收集；
步驟d，利用固液分離裝置對(duì)煤粉與水的混合物進(jìn)行固液分離；
步驟e，稱重并記錄固液分離裝置中殘留的煤粉重量；
步驟f，通過對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)鉆孔得到的煤粉的重量進(jìn)行分析，對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域所在的煤層動(dòng)力災(zāi)害的危險(xiǎn)程度進(jìn)行鑒別。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果是:
1、在本煤礦動(dòng)力災(zāi)害的濕式鉆肩法測(cè)試系統(tǒng)中，通過鉆孔裝置對(duì)煤層進(jìn)行濕式鉆孔，并通過固液分離裝置對(duì)鉆孔得到的水和煤粉的混合物進(jìn)行固液分離，從而得到鉆孔鉆出的煤粉的重量，因此即使煤層的自然含水率較高，也可以使用鉆肩法對(duì)煤層的動(dòng)力災(zāi)害危險(xiǎn)程度進(jìn)行鑒別，從而消除了安全隱患，有利于煤礦的安全生產(chǎn)。
[0015]2、通過在外殼內(nèi)設(shè)置集水殼體，通過旋轉(zhuǎn)分離裝置分離出的水可以迅速排出，便于煤粉的收集和稱重。
[0016]3、通過設(shè)置旋轉(zhuǎn)分離裝置，利用離心的原理實(shí)現(xiàn)固液分離，可以實(shí)現(xiàn)煤粉與水的高效分離，且工作原理簡(jiǎn)單可靠。
[0017]4、通過在旋轉(zhuǎn)內(nèi)殼中設(shè)置濾布兜，并在濾布兜上方設(shè)置二次過濾網(wǎng)和一次過濾網(wǎng)，可以在最大程度上對(duì)煤粉進(jìn)行保留，測(cè)量效果更為精確。
[0018]5、采用風(fēng)動(dòng)裝置作為動(dòng)力，可以借助井下常見的壓風(fēng)系統(tǒng)作為動(dòng)力實(shí)現(xiàn)，動(dòng)力源取用方便且針對(duì)井下環(huán)境，安全性更高。
【附圖說明】
[0019]圖1為煤礦動(dòng)力災(zāi)害的濕式鉆肩法測(cè)試系統(tǒng)鉆孔裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為煤礦動(dòng)力災(zāi)害的濕式鉆肩法測(cè)試系統(tǒng)煤粉固液分離裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ]圖3為煤礦動(dòng)力災(zāi)害的濕式鉆肩法測(cè)試方法流程圖。
[0022]圖4為實(shí)施例2煤礦動(dòng)力災(zāi)害的濕式鉆肩法測(cè)試系統(tǒng)固液分離裝置旋轉(zhuǎn)分離組件俯視圖。
[0023]圖5為實(shí)施例2煤礦動(dòng)力災(zāi)害的濕式鉆肩法測(cè)試系統(tǒng)固液分離裝置旋轉(zhuǎn)分離組件正視圖。
[0024]圖6為實(shí)施例3煤礦動(dòng)力災(zāi)害的濕式鉆肩法測(cè)試系統(tǒng)固液分離裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]其中:1、鉆機(jī)2、連接件3、通水鉆桿4、進(jìn)水口5、通水鉆頭6、密封蓋7、一次過濾網(wǎng)8、二次過濾網(wǎng)9、煤粉過濾腔10、旋轉(zhuǎn)內(nèi)殼11、外殼12、集水殼體13、濾布兜14、進(jìn)風(fēng)管15、支架16、轉(zhuǎn)軸17、風(fēng)動(dòng)裝置18、出水管19、弧形立板20、底板21、網(wǎng)罩22、固定件。
【具體實(shí)施方式】
[0026]圖1?3是本發(fā)明的最佳實(shí)施例，下面結(jié)合附圖1?6對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0027]實(shí)施例1:
一種煤礦動(dòng)力災(zāi)害的濕式鉆肩法測(cè)試系統(tǒng)，包括用于鉆取煤粉的鉆孔裝置、用于進(jìn)行煤粉收集的收集裝置以及將鉆孔裝置鉆出的煤粉進(jìn)行干燥的固液分離單元。
[0028]本煤礦動(dòng)力災(zāi)害的濕式鉆肩法測(cè)試系統(tǒng)中的鉆孔裝置為通水型鉆機(jī)系統(tǒng)，如圖1所示，通水型鉆機(jī)系統(tǒng)包括鉆機(jī)I，連接在鉆機(jī)I輸出端的通水鉆桿3以及安裝在通水鉆桿3端部的通水鉆頭5。通水鉆桿3與鉆機(jī)I之間通過連接件2可靠連接。在連接件2的一側(cè)設(shè)置有進(jìn)水口 4，進(jìn)水口 4與通水鉆桿3內(nèi)部軸向設(shè)置的進(jìn)水通道連接，通水鉆桿3內(nèi)部的進(jìn)水通道同時(shí)與通水鉆頭5內(nèi)部的進(jìn)水通道相聯(lián)通。在實(shí)際使用時(shí)，鉆機(jī)I通過通水鉆桿3帶動(dòng)通水鉆頭5同步轉(zhuǎn)動(dòng)。在通水鉆桿3以及通水鉆頭5轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，水經(jīng)進(jìn)水口 4進(jìn)入通水鉆桿3以及通水鉆頭5的進(jìn)水通道后由通水鉆頭5的端部輸出。
[0029]在進(jìn)行實(shí)際鉆孔的過程中，由收集裝置將鉆孔裝置鉆出的煤粉和水的混合物進(jìn)行收集，然后將收集裝置收集到的煤粉和水的混合物倒入固液分離單元中進(jìn)行煤粉與水的分離，收集裝置可以用多種形式的容器實(shí)現(xiàn)，如水桶等。
[0030]如圖2所示，固液分離裝置包括上端敞口的外殼11，在外殼11的底部設(shè)置有風(fēng)動(dòng)裝置17，風(fēng)動(dòng)裝置17由風(fēng)力帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，風(fēng)動(dòng)裝置17的進(jìn)風(fēng)管14穿過外殼11的側(cè)壁后引出。在風(fēng)動(dòng)裝置17上部通過支架15固定有集水殼體12，集水殼體12同樣為上端敞口的設(shè)計(jì)，在集水殼體12上端的敞口處安裝有密封蓋6，集水殼體12底部設(shè)置有出水管18，出水管18穿過外殼11的側(cè)壁后引出。在集水殼體12的內(nèi)部設(shè)置有可轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)分離組件，風(fēng)動(dòng)裝置17上端的轉(zhuǎn)動(dòng)軸向上穿過集水殼體12的底面之后與旋轉(zhuǎn)分離組件連接并帶動(dòng)其在集水殼體12內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。風(fēng)動(dòng)裝置17由氣動(dòng)馬達(dá)實(shí)現(xiàn)，采用風(fēng)動(dòng)裝置17作為動(dòng)力，可以借助井下常見的壓風(fēng)系統(tǒng)作為動(dòng)力實(shí)現(xiàn)，動(dòng)力源取用方便且針對(duì)井下環(huán)境，安全性更高。
[0031]旋轉(zhuǎn)分離組件包括上端敞口的旋轉(zhuǎn)內(nèi)殼10，旋轉(zhuǎn)內(nèi)殼10的外壁周圈開設(shè)有多個(gè)用于排水的排水孔。上述風(fēng)動(dòng)裝置17轉(zhuǎn)動(dòng)軸的頂部與旋轉(zhuǎn)內(nèi)殼10的底部固定連接，因此風(fēng)動(dòng)裝置17在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)內(nèi)殼1進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。在旋轉(zhuǎn)內(nèi)殼10內(nèi)部放置有濾布兜13，濾布兜13上端開口，其兜體與旋轉(zhuǎn)內(nèi)殼1的內(nèi)壁相貼合，濾布兜13上部開口邊沿與旋轉(zhuǎn)內(nèi)殼1的內(nèi)壁連接固定。在濾布兜13的上部開口處安裝有二次過濾網(wǎng)8，二次過濾網(wǎng)8的周圈與旋轉(zhuǎn)內(nèi)殼10的內(nèi)壁固定連接。在二次過濾網(wǎng)8的上部還設(shè)置有一次過濾網(wǎng)7，一次過濾網(wǎng)7的周圈同樣與旋轉(zhuǎn)內(nèi)殼10的內(nèi)部固定連接。
[0032]固液分離裝置的具體工作過程為:打開外殼11上端的密封蓋6，然后將收集裝置收集到的煤粉與水的混合物倒入外殼11內(nèi)的旋轉(zhuǎn)內(nèi)殼10內(nèi)。煤粉與水的混合物依次經(jīng)過一次過濾網(wǎng)7和二次過濾網(wǎng)8的兩層過濾后，一部分煤粉殘留在一次過濾網(wǎng)7和二次過濾網(wǎng)8上。經(jīng)過一次過濾網(wǎng)7和二次過濾網(wǎng)8的兩層過濾后的混合物流入濾布兜13內(nèi)部的煤粉過濾腔9內(nèi)。
[0033]然后蓋上密封蓋6，并通過進(jìn)風(fēng)管14向風(fēng)動(dòng)裝置17中通入高壓氣體，風(fēng)動(dòng)裝置17中通入高壓氣體之后開始高速轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過其上端的轉(zhuǎn)動(dòng)軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)內(nèi)殼10高速轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)內(nèi)殼1轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)會(huì)帶動(dòng)其內(nèi)的濾布兜13進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。濾布兜13在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定程度的變形并緊貼旋轉(zhuǎn)內(nèi)殼10的內(nèi)壁，在濾布兜13轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，之前倒入煤粉過濾腔9中的混合物中的水會(huì)被逐漸甩出，并通過開設(shè)在旋轉(zhuǎn)內(nèi)殼10外壁周圈的排水孔甩出旋轉(zhuǎn)內(nèi)殼10進(jìn)入集水殼體12中，并在其自身重力的作用下落入集水殼體12底部后經(jīng)集水殼體12底