[發明專利]一種井下智能鉆孔測距、防塵定點取樣裝置及其工作方法

在審

• 申請號: 201911395337.6
• 申請日: 2019-12-30
• 公開（公告）號: CN111060349A
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 劉軍;王立國;楊通;陳立偉;安豐華;許彥鵬;王林;袁軍偉
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: G01N1/08
• 分類號: G01N1/08;G01C22/02;E21B47/04;E21B21/015
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務所(普通合伙) 41131
• 代理人: 朱俊峰

1.一種井下智能鉆孔測距、防塵定點取樣裝置，其特征在于：包括鉆機、鉆桿、鉆孔測距儀、防塵導流罩、預留導向管和鉆屑除塵器，預留導向管固定安裝在鉆孔的孔口處，預留導向管的外端伸出鉆孔，防塵導流罩上部設置在預留導向管上，防塵導流罩下端口與鉆屑除塵器的進口連接，鉆桿安裝在鉆機上，鉆桿穿過鉆屑除塵器同軸向伸入到預留導向管內，鉆孔測距儀固定設置在鉆機上，鉆孔測距儀的測試部與鉆桿外圓表面接觸。

2.根據權利要求1所述的一種井下智能鉆孔測距、防塵定點取樣裝置，其特征在于：鉆機包括鉆機本體、底座、液壓支架和減震支撐輪，鉆機本體安裝在底座上，減震支撐輪安裝在底座底部的四周，液壓支架設置在底座的底部。

3.根據權利要求2所述的一種井下智能鉆孔測距、防塵定點取樣裝置，其特征在于：防塵導流罩包括罩殼、導流管和取樣管，罩殼的相對兩側開設有用于穿過預留導向管的通孔，罩殼上設有用于封堵通孔并與鉆桿滑動密封配合的帶毛氈密封圈，導流管豎向設置，導流管上端與罩殼底部連接，取樣管的進口與導流管的下部連接，導流管下端口與鉆屑除塵器的進口連接，取樣管的出口低于取樣管的進口，取樣管上在鄰近導流管處設有第一閘板閥，導流管上在鄰近取樣管且位于取樣管下方的第二閘板閥。

4.根據權利要求3所述的一種井下智能鉆孔測距、防塵定點取樣裝置，其特征在于：預留導向管上部設有沿軸線方向設有若干個定位塊，相鄰定位塊之間形成定位槽，罩殼的一側壁穿過預留導向管后掛接在在一個定位槽內。

5.根據權利要求4所述的一種井下智能鉆孔測距、防塵定點取樣裝置，其特征在于：鉆孔測距儀包括箱體、顯示屏、球形滾輪、傳感器和處理器，箱體一側固定安裝在鉆機本體上，箱體的相對兩側開設有用于穿過鉆桿的穿孔，箱體的相對兩側開設有用于穿過鉆桿的穿孔，球形滾輪、傳感器和處理器均安裝在箱體內，顯示屏設置在箱體外側面，球形滾輪為橡膠材質，球形滾輪與鉆桿的圓周表面接觸，傳感器用于監測球形滾輪的速度方向和大小，處理器通過控制線分別與傳感器和顯示屏連接。

6.根據權利要求5所述的一種井下智能鉆孔測距、防塵定點取樣裝置的工作方法，其特征在于：包括以下步驟：

（1）在布置抽采管路過程中，利用所用的裝備和儀器，確定鉆孔的方位角和深度，使用鉆機預先在鉆取點鉆取0.5-1m深的鉆孔，采用聚氨酯將預留導向管固定在鉆孔內，預留導向管的外端伸出鉆孔，為之后的鉆孔取樣檢驗抽采效果作準備；

（2）當抽采工作完成之后，進行鉆孔取樣工作時，轉動鉆桿使得鉆頭靠近預留導向管，移動和調節鉆機位置，將鉆桿方向與預留導向管的方位角保持一致；

（3）當帶有減震支撐輪的鉆機移動至指定位置之后，操作液壓支架，使液壓支架向下伸長與地面接觸，從而確保鉆機的穩定；

（4）轉動鉆機本體，將鉆桿從預留導向管位置往后轉動收回；將防塵導流罩上的通孔套到預留導向管上，并使罩殼的前側位于相鄰兩個定位孔之間的定位槽內，這樣就將防塵導流罩定位，預留導向管的外端口位于罩殼內部；

（5）在鉆機本體前方安裝可實現定點取樣的鉆孔測距儀；

（6）再次轉動鉆機本體，使鉆桿穿過鉆孔測距儀和罩殼內部，向煤/巖壁預留導向管方向移動；

（7）當鉆桿的鉆頭穿過預留導向管到達煤/巖體時，啟動鉆孔測距儀，在顯示屏上開始進行計時和位移的顯示和記錄；

（8）關閉第一閘板閥，打開第二閘板閥，啟動鉆機本體，鉆機本體驅動鉆桿對鉆孔進行鉆進作業，鉆屑通過預留導向管落入到罩殼當中，再由導流管進入鉆屑除塵器中，從而減少巷道風流中的粉塵；

（9）及時觀察顯示屏上位移數據的變化情況，當顯示屏上的位移到達預定取樣位置的附近時，降低鉆桿前進的速率，避免錯過取樣位置的煤樣獲取；

（10）打開第一閘板閥，關閉第二閘板閥，煤樣在罩殼內流入導流管的上部，再順著取樣管中流出，取出煤樣罐進行接煤，實現定點取樣。

7.根據權利要求6所述的一種井下智能鉆孔測距、防塵定點取樣裝置的工作方法，其特征在于：步驟（4）在固定防塵導流罩時，在罩殼上方的煤/巖壁上打入錨桿，錨桿的外端頭與罩殼的頂部后側之間連接拉線。

8.根據權利要求6所述的一種井下智能鉆孔測距、防塵定點取樣裝置的工作方法，其特征在于：鉆孔測距儀測距的原理和方法為：

鉆桿在鉆進過程中，鉆桿轉動并驅動球形滾輪轉動，將球形滾輪的速度進行分解，產生沿鉆桿軸向的鉆速和沿鉆桿徑向前進/后退方向的速度，同時，在沿鉆桿徑向前進/后退方向的速度在處理器內進行數學積分計算，得到不同時刻下鉆桿沿徑向方向的位移，以數值的方式通過顯示屏上的顯示出來，從而確定鉆桿在煤層中的位置和方位軌跡，精準的確定出鉆頭的位置，進而實現對于預定取樣位置的定點取樣；

其中，傳感器監測的萬向測試滾輪的速度V分解成沿鉆桿軸向的鉆速V_n和沿鉆桿徑向前進/后退方向的速度V_s；其中關系之間為：

在沿鉆桿徑向前進/后退方向的速度通過進行數學積分，得到不同時刻t下鉆桿沿徑向方向的位移L；

鉆孔長度L_（鉆孔）、鉆孔測距儀測定鉆桿移動的位移L以及鉆機至煤巖體壁面鉆孔處L_{（鉆機—鉆孔）}之間的關系：

當鉆孔測距儀在進入煤巖體時啟動，L_（鉆孔）= L；

當鉆孔測距儀在鉆機穿過其內部時啟動，L_（鉆孔）= L- L_{（鉆機—鉆孔）}。