[發明專利]一種隨鉆溫度監測及高溫自動閉鎖系統與方法

有效

• 申請號: 202010311914.5
• 申請日: 2020-04-20
• 公開（公告）號: CN111472749B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 郝家興;劉春;張永剛;石懷峰;謝永存;郝立賓;王再峰;劉壘;路凱;王彥敏;付旭東;張文偉
• 申請（專利權）人: 山西潞安礦業集團慈林山煤業有限公司李村煤礦;山西潞安環保能源開發股份有限公司;中國礦業大學
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00
• 代理公司: 北京淮海知識產權代理事務所(普通合伙) 32205
• 代理人: 周淑淑

1.一種隨鉆溫度監測及高溫自動閉鎖系統的閉鎖方法，閉鎖系統包括與鉆桿(12)一側連接的探測鉆頭(1)，鉆桿(12)另一側通過密封連接頭連通高壓水尾(18)，其特征在于，鉆桿(12)內部為中空結構的氣水通道(7)，溫度傳感器(2)安裝在探測鉆頭(1)一端的氣水通道(7)中用來探測探測鉆頭(1)的溫度，且通過貫穿鉆桿(12)設置的測溫線纜(11)與溫度微處理器(17)連接，溫度微處理器(17)安裝在鉆桿(12)的側壁；在氣水通道(7)的側壁上安裝有擋圈(6)，轉動傳感器(4)安裝在擋圈(6)一側的氣水通道(7)中并通過貫穿鉆桿(12)設置的控制線纜(8)與閉鎖控制微處理器(16)連接，閉鎖控制微處理器(16)安裝在鉆桿(12)的側壁，閉鎖桿(5)通過閉鎖控制微處理器(16)控制前后移動，且閉鎖桿(5)與擋圈(6)相適配；鉆桿(12)設置為至少一個，多個鉆桿之間通過鉆桿母頭(10)、鉆桿公頭(13)適配連接；

該閉鎖系統的閉鎖方法包括以下步驟：

①首先進行井下鉆孔打鉆前的準備工作，鉆機(19)卡瓦夾持帶有探測鉆頭(1)的鉆桿(12)，將溫度傳感器(2)通過測溫線纜(11)連接溫度微處理器(17)，轉動傳感器(4)通過控制線纜(8)連接閉鎖控制微處理器(16)，然后在鉆桿(12)的尾部裝上高壓水尾(18)進行打鉆開孔；

②在鉆進過程中，溫度傳感器(2)通過測溫線纜(11)傳送探測鉆頭(1)的實時溫度T到溫度微處理器(17)，溫度微處理器(17)將溫度信號通過無線傳輸給閉鎖控制微處理器(16)，閉鎖控制微處理器(16)實時接收轉動傳感器(4)監測的鉆桿轉速n，閉鎖控制微處理器(16)對接收到的實時溫度T和鉆桿轉速n進行分析處理，并將處理結果通過提示音提醒鉆機司機對鉆機(19)進行轉速調整；

③當需要延長鉆桿(12)的長度時，只需將鉆桿(12)退出鉆孔，并在鉆桿(12)的尾部依次連接鉆桿，鉆桿與鉆桿之間通過相適配的鉆桿母頭(10)、鉆桿公頭(13)連接，測溫線纜與測溫線纜之間通過測溫線纜插座母頭(14)、測溫線纜插座公頭(23)連接，控制線纜與控制線纜之間通過控制線纜插座母頭(9)、控制線纜插座公頭(15)連接；

④重復步驟②和③，鉆進至鉆孔設計距離，然后將鉆桿退出煤層，將設備規整以備用；

閉鎖控制微處理器(16)對接收到的實時溫度T和鉆桿轉速n進行分析處理，其分析處理方法為：將接收到探測鉆頭(1)的實時溫度T設置為兩個檔位分別為T₁和T₂，500℃＞T₁＞0℃、T₂≥500℃；

①若探測鉆頭(1)的實時溫度為T₁擋，即500℃＞T₁＞0℃，此時探測鉆頭(1)溫度處于安全值之內，但是需要控制鉆機(19)的轉速，鉆機轉速與探測鉆頭(1)溫度的關系為：

鉆機功率P滿足公式(1)

P＝Fv＝Frω (1)

式中：F為探測鉆頭切割煤體時的作用力；

v為探測鉆頭徑向鉆進速度；

r為探測鉆頭的半徑；

ω為探測鉆頭鉆進時的角速度；

探測鉆頭鉆進時的角速度ω滿足公式(2)

探測鉆頭鉆進過程中產生的熱量Q滿足公式(3)

式中：F_j為探測鉆頭鉆進過程的剪切力；

v_j為探測鉆頭鉆進過程中的剪切速度；

U為探測鉆頭壓入刃寬度；

Z為探測鉆頭剪切煤體厚度；

α為探測鉆頭刀片與煤體的夾角；

探測鉆頭(1)進過程中產生的熱量Q轉化為溫度滿足公式(4)

式中：β為產生熱量轉化為溫度的比率取值為0～1；

c為煤體比熱容；

ρ為煤體密度；

將公式(4)進行化簡得到公式(5)

探測鉆頭(1)的實時溫度T和鉆桿轉速n滿足公式(6)

式中：μ為安全系數；

此時為了保證探測鉆頭(1)正常鉆進溫度不超過T₁檔位區間，需要讓鉆頭轉速n滿足公式如果探測鉆頭(1)鉆進過程中閉鎖控制微處理器(16)接收到來自轉動傳感器(4)的轉速信號值閉鎖控制微處理器(16)連續發出10s警報聲提醒司機降低鉆機轉速n；如果鉆機司機將鉆機轉速n降低至時，解除警報并發出提示音“可以鉆進”提醒鉆機司機正常鉆進，如果鉆機轉速n仍然為閉鎖控制微處理器(16)將閉鎖指令通過控制線纜(8)傳輸給閉鎖桿(5)，使閉鎖桿(5)與擋圈(6)配合來堵塞氣水通道(7)并持續發出警報聲，直至鉆機轉速n降低至

②若探測鉆頭(1)的實時溫度為T₂擋即T₂≥500℃，則探測鉆頭(1)的溫度過高處于危險值容易引發鉆孔火災事故，此時閉鎖控制微處理器(16)將閉鎖指令通過控制線纜(8)傳輸給閉鎖桿(5)，使閉鎖桿(5)與擋圈(6)配合來堵塞氣水通道(7)并持續發出警報聲提醒鉆機司機停鉆，轉動傳感器(4)將鉆機(19)停止轉動信號傳輸給閉鎖控制微處理器(16)，閉鎖控制微處理器(16)控制閉鎖桿(5)解除閉鎖，使探測鉆頭(1)在停鉆狀態下降溫，探測鉆頭(1)的實時溫度降低至T100℃時，閉鎖控制微處理器(16)發出提示音“可以鉆進”提醒鉆機司機正常鉆進。