[發明專利]聯合測定QST值的裝置

有效

• 申請號: 201410659445.0
• 申請日: 2014-11-18
• 公開（公告）號: CN104612657A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 高明忠;于斌;楊智文;匡鐵軍;梁坤;段宏飛;紀潤清;張艷群;張茹;譚強
• 申請（專利權）人: 四川大學;于斌
• 主分類號: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00;E21B47/07;E21B47/12;E21B17/22;E21B21/015;E21F17/18
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙) 51227
• 代理人: 李玉興

技術領域

本發明屬于礦山安全技術領域，尤其是涉及聯合測定QST值的裝置。

背景技術

作為我國的主體能源，煤炭的開發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的44％。煤與瓦斯突出嚴重，危險系數高，煤礦瓦斯爆炸、高溫作業引起的災害事故屢見不鮮，因此，煤礦單位必須開展突出預測并采取行之有效的治理措施。

目前，用于預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，最常用的是復合指標法預測煤巷掘進工作面突出危險性。復合指標法的指標有瓦斯涌出初速度(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鉆進，并如此往復。這樣的測量過程工作量巨大，若時間把握不當，甚至不能測到有效的Q值。在風鉆過程中，鉆桿與煤壁高速摩擦，溫度急劇升高，同時在鉆進過程中會向鉆孔內不間斷送入空氣，鉆孔內氧氣充足，瓦斯含量大，當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溫度(T值)，對預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。為了更好地預測煤巷掘進工作面突出危險性，亟需一種能夠聯合測定QST值的裝置。

發明內容

本發明為克服現有技術中鉆具不能實現封孔且Q、S、T值需單獨測量的缺點，提供一種聯合測定QST值的裝置，能夠實現可封孔進行Q值的測量，并由單一裝置實現Q、S、T三值的聯合測定。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：聯合測定QST值的裝置，包括螺旋鉆桿系統、帶孔鉆屑收集袋、重力傳感器、空氣泵及數據采集器，數據采集器包括瓦斯流量計及無線通信裝置，所述螺旋鉆桿系統包括第一螺旋鉆桿及若干節輔助螺旋鉆桿，輔助螺旋鉆桿連接于第一螺旋鉆桿的尾部，第一螺旋鉆桿內腔中部設有中空的缸體，其前端設有開口且后端封閉，缸體通過連接條單元進行固定，缸體中部的內壁邊側設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徑相匹配，活塞前端為阻風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鉆孔時所涌出的瓦斯，阻風套內毗鄰第一螺旋鉆桿外壁及測量空腔處設有能夠進行無線通信的溫度傳感器，第一螺旋鉆桿內壁設有與缸體相連通的送氣管，第一螺旋鉆桿內腔還設有測量管，測量管貫穿缸體及活塞的內部，輔助螺旋鉆桿的內腔中設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，測量管的外側間隔設有固定條單元，通過固定條單元將測量管固定于輔助螺旋鉆桿的內腔中部；最后一節輔助螺旋鉆桿的尾部設有封孔器；所述帶孔鉆屑收集袋設置于重力傳感器上，用于收集螺旋鉆桿系統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；數據采集器與測量管尾部及重力傳感器相連接。

具體的，所述連接條單元包括三個環繞缸體外壁分布且互成120°夾角的連接條。

具體的，所述固定條單元包括三個環繞測量管外壁分布且互成120°夾角的固定條。

進一步的，所述送氣管為三條，分別設置于三個貼附于螺旋鉆桿內壁的固定條的中部。

優選的，在每段長度為1m的輔助螺旋鉆桿中設置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。

優選的，所述固定條與測量管接觸部位的長度為20mm。

進一步的，所述無線通信裝置為nRF905多信道單片收發芯片。

進一步的，第一螺旋鉆桿及輔助螺旋鉆桿的材質為低鉻鎳抗氧化鋼。

進一步的，螺旋鉆桿系統的外徑為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。

優選的，第一螺旋鉆桿的長度為2m，所述測量空腔的長度為0.5m。

本發明的有益效果是：能夠在封孔條件下測量Q值，并便捷、準確、一體化地實時記錄Q值、S值和T值，當測量值出現異常，能夠及時采取相應保護措施，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。本發明適用于礦井安全開發，尤其適用于礦井防突預測。

附圖說明