專利名稱：預測煤巷突出的連續鉆進流量法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及預測煤巷突出的連續鉆進流量法及其裝置，尤其適用于煤巷突出危險性大小的測定。
背景技術：
眾所周知，煤與瓦斯突出是發生在含高壓瓦斯的軟煤中的一種動力現象，一旦出現突出，經常會危及煤礦工人的性命。煤巷掘進是在軟煤層中進行的一種勞動過程，經常會碰到煤與瓦斯突出，進行煤巷突出預測對于避免突出的危害十分重要。目前井下普遍采用的煤巷突出預測方法有1)鉆孔瓦斯涌出初速度法；2)R值指標法；3)鉆屑指標法。這些方法的特點就是通過打鉆測定煤巷工作面前方某點的指標與推薦的臨界值對比，若大于臨界值就預測為突出危險工作面，否則就預測為突出威脅工作面(實際上就是認為無突出危險)。這些方法雖然具有一定的參考價值，但并不準確，有的甚至出現低指標突出的事例，造成嚴重的傷亡事故，給現場下井的工人造成嚴重的心理恐慌。這些“點預測”方法所測的結果無法反映煤巷工作面前方實際的卸壓帶分布，也就無法準確預測煤巷工作面的突出危險性，國內學者也曾提供過一套連續測定煤巷工作面鉆進過程中的鉆屑量，打鉆功率，排屑氣體流量，瓦斯濃度等參數的類似的預則裝置，但還沒有直接測定連續鉆進過程中的瓦斯流量分布的裝置。因此預測煤巷突出的有效方法和裝置是現場急需解決的一大難題。
發明內容
技術問題本發明的目的是提供一種準確度高，測定結果穩定可靠，動態性能好的預測煤巷突出的連續鉆進流量法及其裝置。
技術方案本發明預測煤巷突出的連續鉆進流量法，其操作步驟如下第一步在煤巷工作面向煤巷前方的軟煤層方向打一個孔，將封孔裝置插入孔中，用手動壓氣泵使封孔裝置中的膠囊膨脹密封住鉆孔；第二步開啟巖石電鉆，同時按下計算機數據采集器SC的開始鍵，推動巖石電鉆沿導軌前進，帶動與其相聯并設在封孔裝置中的麻花鉆向煤層前方鉆進，涌出的煤屑與瓦斯氣體通過封孔裝置經固氣分離器及過濾器后進入主機KZ進行計量，通過位移傳感器LXC記錄下鉆頭在煤層中的移動距離，得到瓦斯流量沿鉆進距離的分布曲線；
第三步當巖石電鉆前進打完一根鉆桿后，停下巖石電鉆的同時，按下計算機數據采集器SC的暫停鍵；第四步旋轉伸縮連接頭松開固定管，拔下推進桿與麻花鉆桿之間的插銷，將巖石電鉆向后拉，使推進桿與打入煤層的麻花鉆桿脫離，加入一根新的麻花鉆桿并使之與前面的麻花鉆桿和推進桿相聯；第五步繼續啟動巖石電鉆向煤層前方打鉆，再次按下計算機數據采集器SC的暫停鍵，繼續進行測定工作；第六步重復上述同樣的步驟，直到麻花鉆桿打到預定的深度為止，按下計算機數據采集器SC的停止鍵；第七步按數據處理鍵，進行數據處理程序，將測定的電壓信號轉換為各傳感器的瓦斯流量值和鉆頭的位移值；第八步按修飾鍵，對測定曲線中由于換鉆桿期間瓦斯泄漏造成的瓦斯流量降低值進行彌補；第九步按顯示鍵，由計算機數據采集器SC的屏幕上顯示出沿孔深的瓦斯流量變化曲線，據此曲線可以確定工作面下一掘進的進尺深度；第十步經過多次測定的數據和掘進期間的實際突出現象，可計算出突出預測的臨界值，按預測鍵，就可以判斷下一掘進循環在同樣進尺深度的條件下是否突出；第十一步按存盤鍵，對本次預測的數據進行存盤；第十二步按結束鍵，結束測定工作。
當煤巷工作面前方的煤層分布差異較大時，可在巷道的另一側再打一預測鉆孔，分別進行測量，根據兩次測定的結果，取最危險的測定結果作為預報依據。
本發明預測煤巷突出的連續鉆進流量法的裝置，它由封孔裝置、固氣分離器、過濾器、煤屑控制器、連接有位移傳感器LXC的巖石電鉆、帶有防爆外殼的控制主機KZ和與其相連的計算機數據采集器SC構成，固氣分離器的前部通過連接器與封孔裝置連接在一起，后部通過伸縮裝置導入固定在巖石電鉆上的推桿和麻花鉆桿；過濾器與固氣分離器的頂部相連，并設有能夠感知過濾器過濾阻力的壓力傳感器，煤屑控制器設在固氣分離器的底部，通過接頭與固氣分離器相連；巖石電鉆設在前后支撐架固定的導軌上。所述的封孔裝置包括引氣管，設在引氣管頭部的擋頭，引氣管內的阻燃管，外部的密封膠囊、后部的擋盤和密封堵頭；所述的過濾器包括初始過濾器和與初始過濾器相連的精細過濾器；所述的連接器由承接管和連接頭構成；所述的伸縮裝置由與固氣分離器相連的伸縮管連接頭、連接在伸縮管連接頭上的固定筒、套在固定筒內的伸縮筒構成；所述的位移傳感器LXC為每次測量的量程達到0～2米的拉線式位移傳感器；所述的煤屑控制器由煤樣罐、設在煤樣罐下的排屑轉接頭和彈簧螺旋輸送機構成，煤樣罐內設有與主機KZ相連的兩個電容式料位開關CH5；所述的控制主機KZ內并聯設置有測定瓦斯涌出量達到0～1020升/分的6個氣體流量傳感器和1個測量過濾器過濾阻力的壓力傳感器。
有益效果本發明預測煤巷突出的連續鉆進流量法及其裝置，根據煤與瓦斯突出的球殼失穩理論，采用在測定打鉆過程中各點煤體破壞后釋放出來的瓦斯流量的方法，配合預測方法采用的連續鉆進流量法裝置，得到瓦斯流量的分布曲線，以此判斷煤巷推進過程中是否具有突出危險性。當鉆頭處于卸壓帶時，鉆孔中涌出的瓦斯量很小，當鉆頭處于集中應力帶時，從鉆孔中涌出的瓦斯量很大，因而無論煤巷工作面前方的卸壓帶如何分布，測定的瓦斯流量分布曲線始終能夠反映出卸壓帶的實際分布。將瓦斯流量和位移參數用傳感器準確測定，且測定過程是在打鉆過程中進行的，不受人工操作的影響，能夠客觀地反映實際情況，不管在任何煤層，均可使用。經對現場煤巷工作面的突出危險性進行了多次實驗測定，在有突出危險的煤巷工作面，瓦斯氣體的流量分布曲線上升很快，低流量區(卸壓帶)較短；而沒有突出危險的煤巷工作面，瓦斯氣體流量曲線上升緩慢，低流量區(卸壓帶)較長，具有顯著的差異，能夠有效地預測煤巷的突出危險性。由于在裝置的煤樣罐上安裝了兩個料位CH5開關，能夠感知煤樣罐中煤屑的高度，控制著彈簧螺旋輸送機的開動和停止，始終保持煤樣罐中的煤屑在一定范圍內波動，既防止瓦斯氣體從煤屑出口泄漏，又能防止煤屑的輸運過程引起瓦斯氣體流量的波動。主機KZ上安裝了多個高精度(＜3％FS)、動態性能好(響應時間為60毫秒)的氣體流量傳感器，能夠記錄0～1020升/分的瓦斯氣體流量。巖石電鉆后部的位移傳感器是高精度的拉線式位移傳感器，能夠一次記錄0～2米范圍內的鉆頭位移，測定精度在±5毫米以內。在主機KZ中安裝了壓力傳感器，可隨時測定過濾器前后的過濾阻力，如果過濾阻力增大，超過一定范圍，則提示需要進行過濾網的清洗，計算機數據采集器SC能夠對整個測試過程的數據進行記錄和顯示，防止誤操作。整個裝置測定結果比較準確、可靠，具有廣泛的實用性。
圖1是本發明預測煤巷突出的連續鉆進流量法裝置結構圖。
圖2是圖1中封孔裝置結構放大圖。
圖中1-引氣管，2-擋頭，3-阻燃管 4-膠囊，5-擋盤，6-密封堵頭，7-連接頭，8-承接管，9-排屑頭， 10-固氣分離器，11-伸縮管連接頭，12-固定筒，13-初始過濾器，14-煤屑控制器，15-連接頭，16-排屑轉接頭，17-底座，18-防爆電機， 19-膠管，20-伸縮筒，21-推桿，22-巖石電鉆架，23-巖石電鉆，24-支撐架，25-橫梁，26-精細過濾器，27-通氣管，28-傳壓管，29、30、31、32-電纜，33-麻花鉆桿，34-輸送彈簧，KZ-主機，SC-計算機數據采集器，CH5-料位開關，LXC-位移傳感器。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的一個實施例作進一步的描述本發明預測煤巷突出的連續鉆進流量法，首先要求通過煤巷工作面向煤巷前方的軟煤層方向打一Ф85mm長900mm左右的孔，將封孔裝置置入其中，使之膨脹后密封住鉆孔；再將固氣分離裝置10的前端與封孔裝置的相接，煤屑控制器14與固氣分離器10的下部相接，將麻花鉆桿33插入封孔裝置后再通過伸縮管20與巖石電鉆上的推桿21連接，伸縮裝置通過連接頭11與固氣分離器10的后端相接；將放在巖石電鉆后部的位移傳感器LXZ上的鋼絲繩掛接在巖石電鉆21后部；將固氣分離裝置10上方的瓦斯氣體出口連接初始過濾器13，經膠管27通過精細過濾器26與主機KZ相連；主機KZ與計算機數據采集器SC、煤屑控制器14及位移傳感器LXC電纜相連接；啟動巖石電鉆帶動麻花鉆33通過封孔裝置向煤層前方打鉆，同時按下計算機數據采集器SC上的開始鍵，使巖石電鉆23進行打鉆的同時，通過位移傳感器LXC將信號傳出，通過主機KZ和計算機數據采集器SC記錄下從鉆孔中涌出的瓦斯氣體流量及鉆頭的位移值。當打完一根鉆桿后，停下巖石電鉆的同時，按暫停鍵；松開固定管，拔下推進桿與麻花鉆桿33之間的插銷，將巖石電鉆23向后拉，使推進桿21與打入煤層的麻花鉆桿33脫離，加入一根新的麻花鉆桿33并使之與前面的麻花鉆桿33和推進桿21連接；繼續啟動巖石電鉆向煤層前方打鉆，同時按下暫停鍵，繼續進行測定工作，當鉆孔較深時，繼續前述同樣的步驟，直到麻花鉆桿33打到預定的深度為止，按停止鍵。再按數據處理鍵，運行數據處理程序，將測定的電壓信號轉換為各傳感器的瓦斯流量值和鉆頭的位移值；按修飾鍵，對流量曲線上換鉆桿期間瓦斯泄漏造成的瓦斯流量降低值進行彌補(計算機根據換鉆桿前后測定的瓦斯流量值將降低處補齊)；按顯示鍵，在計算機數據采集器SC的屏幕上顯示出沿孔深的瓦斯流量變化曲線；這一曲線反映了煤巷工作面前方卸壓帶的實際分布，據此可以確定工作面下一掘進的進尺深度。如果進行了多次測定和掘進期間的動力現象觀測，取得了突出預測的臨界值，按預測鍵，可以判斷下一掘進循環在同樣進尺深度的條件下是否突出；按存盤鍵，并賦予文件名，對本次預測的數據進行存盤；按結束鍵，結束測定工作。如果當煤巷工作面前方的煤層分布差異較大，在巷道的另一側再打一預測鉆孔，根據兩次的測定結果，取最危險的測定結果作為預報依據。
本發明用于預測煤巷突出的連續鉆進流量法的裝置，它主要由封孔裝置、固氣分離器10、過濾器、煤屑控制器14、連接有位移傳感器LXC的巖石電鉆23、帶有防爆外殼的控制主機KZ和與其相連的計算機數據采集器SC構成。封孔裝置由引氣管1，設在引氣管1頭部的擋頭2，管內的阻燃管3，外部的密封膠囊4、后部的擋盤5和密封堵頭6組成，用于收集鉆進過程中從煤層中出來的煤屑和瓦斯氣體，將其置入打好的鉆孔中。固氣分離器10用于將煤屑與瓦斯氣體分離而不影響瓦斯流量的測定，將來自鉆孔的煤屑和瓦斯氣體分離，固氣分離器10的前部通過連接器與封孔裝置相連接，連接器由承接管8和連接頭7構成，固氣分離器10的后部通過伸縮裝置導入固定在巖石電鉆23上的推桿21和麻花鉆桿33，伸縮裝置由與固氣分離器10相連的伸縮管連接頭11、連接在伸縮管連接頭11上的固定筒12、套在固定筒12內的伸縮筒20構成。過濾器與固氣分離器10的頂部相連，側面通過傳壓管與主機內能夠感知過濾器過濾阻力的壓力傳感器相連，過濾器設有初始過濾器13和精細過濾器26，精細過濾器26與初始過濾器13相連，并通過通氣管27與主機KZ相連，初始過濾器13上設置有與主機KZ相連的傳壓管28。煤屑控制器14設在固氣分離器10的底部，通過接頭15與固氣分離器10相連，煤屑控制器14由煤樣罐、設在煤樣罐下的排屑轉接頭16和彈簧螺旋輸送機構成，煤樣罐內設有與主機KZ相連的兩個電容式料位開關CH5，彈簧螺旋輸送機由輸送膠管19、設在膠管內的輸送彈簧34、排屑頭9和傳遞動力的防爆電機18構成。煤樣罐上的電容式料位開關CH5用于控制彈簧螺旋輸送機的開動和停止，始終保持煤樣罐中的煤屑在一定范圍內波動，既防止瓦斯氣體從煤屑出口泄漏，又能防止煤屑的輸運過程引起瓦斯氣體流量的波動。排屑轉接頭16下方設有防爆電機18和底座17，防爆電機18通過電纜30與主機KZ相連。巖石電鉆23設在前后支撐支架24固定的導軌22上，沿導軌向前移動，推動推桿21使麻花鉆桿33向煤層鉆進，位移傳感器LXC位于巖石電鉆23的后部，用鋼絲繩與電鉆23尾部相連，位移傳感器LXC采用高精度的拉線式位移傳感器，能夠每次記錄0～2米內的鉆頭位移量，測定精度在±5毫米以內，用于測定打鉆過程中鉆頭的實時位移；位移傳感器LXC通過電纜31與主機KZ相連，前后支撐支架24上設有固定導軌22的橫梁25。控制主機KZ內并聯設置有測定瓦斯涌出量達到0～1020升/分的6個高精度(＜3％FS)氣體流量傳感器，其響應時間為60毫秒，能夠記錄0～1020升/分的瓦斯氣體流量；主機KZ中還設置有1個測量過濾器過濾阻力的壓力傳感器，可隨時測定過濾器前后的過濾阻力，如果過濾阻力增大，超過一定范圍，則提示需要進行過濾網的清洗。主機KZ用塑料軟管與固氣分離器10相連，用電纜29與煤屑控制器14上的料位開關CH5相連，用電纜31與位移傳感器LXC相連，用電纜32與計算及數據采集器SC相連，對過濾后的瓦斯氣體流量，鉆頭的位移量進行測定，并把測得的數據傳送給計算機數據采集器SC；計算機數據采集器SC由防爆外殼和嵌入式計算機構成，防爆外殼上設置了操作按鍵和視窗，操作按鍵上有防護蓋保護，計算機數據采集器SC用于記錄整個測定期間的數據并將其顯示出來。整個裝置中各個帶電的部分都具有防爆功能。
權利要求
1.一種預測煤巷突出的連續鉆進流量法，其特征在于第一步在煤巷工作面向煤巷前方的軟煤層方向打一個孔，將封孔裝置插入孔中，用手動壓氣泵使封孔裝置中的膠囊(4)膨脹密封住鉆孔；第二步開啟巖石電鉆(23)，同時按下計算機數據采集器SC的開始鍵，推動巖石電鉆(23)沿導軌(22)前進，帶動與其相聯并設在封孔裝置中的麻花鉆(33)向煤層前方鉆進，涌出的煤屑與瓦斯氣體通過封孔裝置經固氣分離器(10)及過濾器后進入主機KZ進行計量，通過位移傳感器LXC記錄下鉆頭在煤層中的移動距離，得到瓦斯流量沿鉆進距離的分布曲線；第三步當巖石電鉆(23)前進打完一根鉆桿后，停下巖石電鉆(23)的同時，按下計算機數據采集器SC的的暫停鍵；第四步旋轉伸縮連接頭(11)松開固定管(12)，拔下推進桿(21)與麻花鉆桿(33)之間的插銷，將巖石電鉆(23)向后拉，使推進桿(21)與打入煤層的麻花鉆桿(33)脫離，加入一根新的麻花鉆桿并使之與前面的麻花鉆桿(33)和推進桿(21)相聯；第五步繼續啟動巖石電鉆(23)向煤層前方打鉆，再次按下計算機數據采集器SC的暫停鍵，繼續進行測定工作；第六步重復上述同樣的步驟，直到麻花鉆桿(33)打到預定的深度為止，按下計算機數據采集器SC的停止鍵；第七步按數據處理鍵，進行數據處理程序，將測定的電壓信號轉換為各傳感器的瓦斯流量值和鉆頭的位移值；第八步按修飾鍵，對測定曲線中由于換鉆桿期間瓦斯泄漏造成的瓦斯流量降低值進行彌補；第九步按顯示鍵，由計算機數據采集器SC的屏幕上顯示出沿孔深分布的瓦斯流量變化曲線，據此曲線可以確定工作面下一掘進的進尺深度；第十步根據多次測定的數據和掘進期間的實際突出現象，可計算出的突出預測的臨界值，按預測鍵，就可以判斷下一掘進循環在同樣進尺深度的條件下是否突出；第十一步按存盤鍵，對本次預測的數據進行存盤；第十二步按結束鍵，結束測定工作。
2.根據權利要求1所述的預測煤巷突出的連續鉆進量法，其特征在于當煤巷工作面前方的煤層分布差異較大時，可在巷道的另一側再打一預測鉆孔，分別進行測量，根據兩次測定的結果，取最危險的測定結果作為預報依據。
3.一種預測煤巷突出的連續鉆進流量法裝置，其特征在于它由封孔裝置、固氣分離器(10)、過濾器、煤屑控制器(14)、連接有位移傳感器LXC的巖石電鉆(23)、帶有防爆外殼的控制主機KZ和與其相連的計算機數據采集器SC構成，固氣分離器(10)的前部通過連接器與封孔裝置連接在一起，后部通過伸縮裝置導入固定在巖石電鉆(23)上的推桿(21)和麻花鉆桿(34)；過濾器與固氣分離器(10)的頂部相連，并設有能夠感知過濾器過濾阻力的壓力傳感器，煤屑控制器(14)設在固氣分離器(10)的底部，通過接頭(15)與固氣分離器(10)相連；巖石電鉆(23)設在前后支撐架(24)固定的導軌(22)上。
4.根據權利要求3所述的連續鉆進流量法預測煤巷突出裝置，其特征在于所述的封孔裝置包括引氣管(1)，設在引氣管(1)頭部的擋頭(2)，引氣管(1)內的阻燃管(3)，外部的密封膠囊(4)、后部的擋盤(5)和密封堵頭(6)。
5.根據權利要求3所述的連續鉆進流量法預測煤巷突出裝置，其特征在于所述的過濾器包括初始過濾器(13)和與初始過濾器(13)相連的精細過濾器(26)。
6.根據權利要求3所述的連續鉆進流量法預測煤巷突出裝置，其特征在于所述的伸縮裝置由與固氣分離器(10)相連的伸縮管連接頭(11)、連接在伸縮管連接頭(11)上的固定筒(12)、套在固定筒(12)內的伸縮筒(20)構成。
7.根據權利要求3所述的連續鉆進流量法預測煤巷突出裝置，其特征在于所述的位移傳感器LXC為每次測量的量程達到0～2米的拉線式位移傳感器。
8.根據權利要求3所述的連續鉆進流量法預測煤巷突出裝置，其特征在于所述的煤屑控制器(14)由煤樣罐、設在煤樣罐下的排屑轉接頭(16)和彈簧螺旋輸送機構成，煤樣罐內設有與主機KZ相連的兩個電容式料位開關CH5。
9.根據權利要求3所述的連續鉆進流量法預測煤巷突出裝置，其特征在于所述的控制主機KZ內并聯設置有測定瓦斯涌出量達到0～1020升/分的6個氣體流量傳感器和1個測量過濾器過濾阻力的壓力傳感器。
10.根據權利要求1所述的連續鉆進流量法預測煤巷突出裝置，其特征在于所述的計算機數據采集器SC由防爆外殼和嵌入式計算機構成，防爆外殼上設置了操作按鍵和視窗，操作按鍵上有防護蓋保護。
全文摘要
預測煤巷突出的連續鉆進流量法及其裝置，采用沿煤層鉆進方向打孔采集數據的方法，用由膠囊封孔裝置、固氣分離器、過濾器、煤屑控制器、連接有位移傳感器LXC的巖石電鉆、帶有防爆外殼的控制主機KZ和與其相連的計算機數據采集器SC構成的裝置，在煤巷工作面能夠測定煤層在鉆進過程中、瓦斯涌出量隨鉆進距離的分布情況，得到瓦斯流量沿鉆孔深度的分布曲線，由此判斷含有高壓瓦斯的軟煤距離工作面有多遠，從而判斷煤巷在掘進過程中是否會發生突出或噪巷可以安全地向前推進多遠而不會發生突出，主機測量瓦斯流量的范圍為0～1020升/分，每次測量鉆頭位移的范圍為0～2.0米，其結構緊湊合理，準確度高，測定結果穩定可靠，具有廣泛的實用性。
文檔編號E21F5/00GK1847620SQ20061004022
公開日2006年10月18日 申請日期2006年5月2日 優先權日2006年5月2日
發明者蔣承林, 陳松立, 呂淑文 申請人:中國礦業大學