[發明專利]一種松軟煤層順層鉆孔塌孔位置識別裝置

有效

• 申請號: 201811490991.0
• 申請日: 2018-12-07
• 公開（公告）號: CN109356565B
• 公開（公告）日: 2023-10-10
• 發明（設計）人: 劉超;張超;薛俊華;徐剛;黃曉晟;凌偉;程仁輝
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00;E21B47/12
• 代理公司: 北京貴都專利代理事務所(普通合伙) 11649
• 代理人: 李新鋒

本發明提供一種松軟煤層順層鉆孔塌孔位置識別裝置及方法，包括：碳纖維桿輸送裝置、探測裝置、解調分析裝置，其特征在于，所述碳纖維桿輸送裝置中碳纖維桿通過軟接頭連接定位倒刺，探測裝置中光纖光柵連接盤纖器和接續包，所述解調分析裝置通過所述光纖光柵連接解調儀和上位機。本發明用于松軟煤層順層鉆孔塌孔位置識別，采用碳纖維桿與定位倒刺保護光纖光柵到達預定位置，通過光纖光柵將孔位信息反饋到解調儀，最終以圖像的形式顯示在上位機中，可精準探測塌孔段位置和塌孔距離，可行性高，實用性強，便與推廣使用。

技術領域

本發明涉及礦井鉆孔檢測領域，具體是一種松軟煤層順層鉆孔塌孔位置識別裝置及方法。

背景技術

目前煤礦井下主要采用鉆孔抽采瓦斯的方法減少煤體中瓦斯的含量，高瓦斯松軟煤層鉆孔塌孔是制約瓦斯高效抽采的困難之一。相比其它巖層，松軟煤層具有特殊的物理力學性質，其特殊性導致松軟煤層瓦斯抽放鉆孔在鉆進的過程中出現鉆孔不深、變形、坍塌等現象，松軟煤層抽采鉆孔周圍的應力狀態會深刻影響鉆孔施工和鉆后瓦斯抽采。鉆孔的形成打破了原始煤層地應力的平衡，并導致煤層應力在鉆孔周圍重新分布達到二次平衡，從而引起了應力的弱化與集中。松軟煤層鉆孔周圍的應力狀態受到埋深、煤體基本力學特征、瓦斯含量、鉆孔幾何特征、應力場以及地質構造等因素的綜合影響。隨著這些因素的變化，瓦斯抽采鉆孔可能發生形變、縮徑現象。孔周圍煤體所受應力超過煤體本身的強度而產生剪切破壞就會發生坍塌。煤體中鉆孔后，孔周圍煤體里的瓦斯會向鉆孔低壓空間涌出，導致鉆孔周圍煤體孔隙壓力發生動態變化。在井下松軟煤層瓦斯抽采工程中，許多鉆孔成孔以后，孔壁是完好的，沒有坍塌和變形，但隨著抽采時間的延長，孔壁就會變形造成孔徑收縮，情況嚴重時會出現孔徑閉合。軟煤硬度介于硬煤和泥巖之間，在荷載作用下會隨著時間的增長而產生顯著的蠕變現象。鉆孔的塌孔、縮徑、蠕變大大影響了瓦斯的抽采效率，增加了煤礦開采的風險，而塌孔位置往往在鉆孔內部較深處，難以有效測量和判斷。現有的內窺鏡鉆孔探測技術操作復雜，成本高昂，不適宜廣泛推廣。

發明內容

本發明主要解決鉆孔及孔壁狀態難以檢測的問題，通過輸送裝置將光釬光柵輸送到指定位置，并將孔位狀態信息傳輸到解調儀進行轉換、存儲、分析，最終以圖像的形式顯示在上位機，精準探測塌孔段位置和塌孔距離，結構合理，實施方便，可靠性高。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種松軟煤層順層鉆孔塌孔位置識別裝置及方法，包括：碳纖維桿輸送裝置、探測裝置、解調分析裝置，其特征在于，所述碳纖維桿輸送裝置中碳纖維桿通過軟接頭連接定位倒刺，探測裝置中光纖光柵連接盤纖器和接續包，所述解調分析裝置通過所述光纖光柵連接解調儀和上位機。

優選的，在上述的一種松軟煤層順層鉆孔塌孔位置識別裝置及方法中，所述軟接頭為兩端開口，內部中空，底端開有光纖光柵孔的橡膠圓柱體，其與所述碳纖維桿連接端為圓形開口，內設螺紋，與所述定位倒刺連接端為六邊形開口。

優選的，在上述的一種松軟煤層順層鉆孔塌孔位置識別裝置及方法中，所述定位倒刺頭部為尖刺，外圍呈60度設置刺針，尾部設置可拆卸凸槽，呈六邊形，中心設置連接孔。

優選的，在上述的一種松軟煤層順層鉆孔塌孔位置識別裝置及方法中，所述碳纖維桿為中空管，一端設置外螺紋，一端設有內螺紋。

優選的，在上述的一種松軟煤層順層鉆孔塌孔位置識別裝置及方法中，所述光纖光柵分為內層光纖纖芯、二層包層以及第三層的涂覆層，所述光纖纖芯中設置光柵傳感器。

優選的，在上述的一種松軟煤層順層鉆孔塌孔位置識別裝置及方法中，所述解調儀包括解調模塊、分析模塊。

優選的，在上述的一種松軟煤層順層鉆孔塌孔位置識別裝置及方法中，所述上位機包括顯示屏及用于分析處理含光譜信息電信號的上位機軟件及客戶端。