[發(fā)明專利]一種基于激光多普勒效應(yīng)的煤礦瓦斯鉆機(jī)鉆桿進(jìn)給深度測量系統(tǒng)

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• 申請日: 2018-10-16
• 公開（公告）號(hào): CN109138972A
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 靳華偉;王付杰;李華楠
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽理工大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B44/00
• 分類號(hào): E21B44/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種基于激光多普勒效應(yīng)的煤礦瓦斯鉆機(jī)鉆桿進(jìn)給深度測量系統(tǒng)，包括光路模塊、頻移檢測處理模塊、部件連接模塊以及煤巖固定模塊，光路模塊封裝于圓柱型外殼內(nèi)以及設(shè)于系統(tǒng)外側(cè)，頻移檢測處理模塊封裝于圓柱型外殼內(nèi)以及對準(zhǔn)鉆桿表面，部件連接模塊連接光路模塊外殼和頻移檢測處理模塊外殼，煤巖固定模塊連接光路模塊外殼并懸空固定于煤巖外端及鉆桿正上方；針對退出鉆桿過程，通過激光多普勒效應(yīng)采集激光照射到移動(dòng)鉆桿上產(chǎn)生的散射光，測量激光的多普勒頻移，計(jì)算鉆桿實(shí)時(shí)長度；將鉆桿退出長度等效為鉆桿進(jìn)給深度，避免了井下復(fù)雜光照、不規(guī)則作業(yè)、水流和粉塵等因素干擾，提高了測量可靠性和準(zhǔn)確性，保障了煤礦開采的安全。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煤礦設(shè)備檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于激光多普勒效應(yīng)的煤礦瓦斯鉆機(jī)鉆桿進(jìn)給深度測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)

煤礦瓦斯是關(guān)乎煤礦安全的重要因素，瓦斯突出極易造成礦難。為此，國家煤礦安全監(jiān)察局總結(jié)提出了“先抽后采、監(jiān)測監(jiān)控、以風(fēng)定產(chǎn)”的方針，抽采瓦斯已成為煤炭開采的前提。目前，抽采瓦斯多通過煤礦瓦斯鉆機(jī)向煤層中打入一定長度的鉆桿，再達(dá)到指定深度后再抽出鉆桿，進(jìn)而形成抽采瓦斯的孔洞。鉆孔是否達(dá)到指定深度關(guān)乎瓦斯抽采的效果，關(guān)系到煤炭開采的安全。為此，對其進(jìn)行深度測量具有重要的意義。

煤礦瓦斯鉆機(jī)鉆桿的長度為標(biāo)準(zhǔn)尺寸，中間為空腔結(jié)構(gòu)，首尾分別設(shè)置有螺紋公端和母端，兩根鉆桿可以通過鉆機(jī)的動(dòng)力實(shí)現(xiàn)螺紋銜接，螺紋銜接處的金屬橫截面積大于標(biāo)準(zhǔn)鉆桿的其他桿體部位，構(gòu)成了鉆桿節(jié)點(diǎn)。鉆機(jī)每次夾持一個(gè)鉆桿，被夾持的鉆桿通過鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)動(dòng)力實(shí)現(xiàn)與前一個(gè)鉆桿的螺紋連接，之后，鉆機(jī)帶動(dòng)整根鉆桿水平向煤巖里推送，推送的同時(shí)伴隨有水流降溫。首尾銜接的鉆桿打入煤層的深度由鉆桿的數(shù)量決定，鉆桿數(shù)量乘以鉆桿長度即為打入的煤層深度。鉆桿退出時(shí)，由鉆機(jī)施加動(dòng)力依次抽出鉆桿，同時(shí)鉆機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，松開螺紋連接，從而依次取下鉆桿。目前，多采用人工計(jì)數(shù)法，由工人觀察標(biāo)準(zhǔn)鉆桿的對接次數(shù)，實(shí)現(xiàn)鉆桿計(jì)數(shù)。該方法易受人為因素影響，出錯(cuò)率和誤報(bào)率都較高，且需要專人全程監(jiān)督，極大的浪費(fèi)了人力資源，增加了管理成本，無法杜絕虛報(bào)鉆孔深度的現(xiàn)象，無法保障煤炭開采的安全。

為了克服鉆桿進(jìn)給深度的準(zhǔn)確測量，先后出現(xiàn)了應(yīng)力波法、電駐波法、低壓脈沖反射法、磁線圈感應(yīng)法、芯片標(biāo)記識(shí)別法、鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)判定法、接近開關(guān)判定法、位移傳感器測定法、圖像識(shí)別法、射頻識(shí)別法等，但由于井下復(fù)雜光照和運(yùn)動(dòng)環(huán)境，及工人的不規(guī)則作業(yè)等，使得上述在系統(tǒng)可靠性、可行性、系統(tǒng)改造成本、實(shí)際操作等方面距離實(shí)際應(yīng)用尚存在一定距離，需要一種適合煤礦瓦斯鉆機(jī)鉆桿的特殊測量方法和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于激光多普勒效應(yīng)的煤礦瓦斯鉆機(jī)鉆桿進(jìn)給深度測量系統(tǒng)，主要采用激光多普勒干涉原理，采集激光照射到移動(dòng)鉆桿上產(chǎn)生的散射光，避免了井下復(fù)雜光照的影響；通過測量激光的多普勒頻移，進(jìn)而自動(dòng)測量鉆桿抽出過程中的實(shí)時(shí)速度，經(jīng)過積分等數(shù)據(jù)處理，計(jì)算得到抽出鉆桿的實(shí)時(shí)長度，避免了不規(guī)則作業(yè)的影響；針對煤礦瓦斯鉆機(jī)退出鉆桿過程進(jìn)行測量，將鉆桿退出長度等效為鉆桿進(jìn)給深度，避免了進(jìn)鉆時(shí)水流和粉塵等惡劣環(huán)境對系統(tǒng)的影響；通過基于激光多普勒效應(yīng)的接觸實(shí)時(shí)測量，避免了其他因素造成的干擾，提高了測量可靠性和準(zhǔn)確性，排除了外界及人為因素造成的錯(cuò)報(bào)、誤報(bào)深度的情況，保障了煤礦開采的安全。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案：