[发明专利]联合测定QST值的装置

说明书

技术领域

本发明属于矿山安全技术领域，尤其是涉及联合测定QST值的装置。

背景技术

作为我国的主体能源，煤炭的开发及煤矿的安全问题一直是研究的热点。然而，井下煤层赋存及开采条件复杂，且我国煤层瓦斯含量普遍较高，其中50％以上的煤层为高瓦斯煤层，高突矿井占全国矿井总数的44％。煤与瓦斯突出严重，危险系数高，煤矿瓦斯爆炸、高温作业引起的灾害事故屡见不鲜，因此，煤矿单位必须开展突出预测并采取行之有效的治理措施。

目前，用于预测煤矿井下工作面煤与瓦斯突出危险或防突措施效果检验的方法较多，其中，最常用的是复合指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性。复合指标法的指标有瓦斯涌出初速度(Q值)和钻屑量(S值)。在实际测量过程中，通常是先钻孔收集钻屑测量S值，再退出钻杆，向钻孔中送入封孔器，待封孔后，才测量Q值。瓦斯涌出初速度是钻孔结束后2min时的瞬时值，对测量时间有极高的要求和限制,然而在实际操作中，从退出钻杆到送入封孔器实现封孔的工序繁琐耗时，且等测完Q值后，需退出封孔器再次送入钻杆继续钻进，并如此往复。这样的测量过程工作量巨大，若时间把握不当，甚至不能测到有效的Q值。在风钻过程中，钻杆与煤壁高速摩擦，温度急剧升高，同时在钻进过程中会向钻孔内不间断送入空气，钻孔内氧气充足，瓦斯含量大，当钻杆温度达到一定值时，极易引起煤炭燃烧或瓦斯爆炸，故实时测量钻进过程中钻孔孔内温度(T值)，对预防矿井安全隐患有重要作用。而目前的方法是对Q值、S值、T值进行独自测量。为了更好地预测煤巷掘进工作面突出危险性，亟需一种能够联合测定QST值的装置。

发明内容

本发明为克服现有技术中钻具不能实现封孔且Q、S、T值需单独测量的缺点，提供一种联合测定QST值的装置，能够实现可封孔进行Q值的测量，并由单一装置实现Q、S、T三值的联合测定。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：联合测定QST值的装置，包括螺旋钻杆系统、带孔钻屑收集袋、重力传感器、空气泵及数据采集器，数据采集器包括瓦斯流量计及无线通信装置，所述螺旋钻杆系统包括第一螺旋钻杆及若干节辅助螺旋钻杆，辅助螺旋钻杆连接于第一螺旋钻杆的尾部，第一螺旋钻杆内腔中部设有中空的缸体，其前端设有开口且后端封闭，缸体通过连接条单元进行固定，缸体中部的内壁边侧设有用于限制活塞缩回的最终位置的卡头，活塞的前部为圆锥体，活塞的后部为圆柱体，圆柱体的外径与缸体的内径相匹配，活塞前端为阻风套与第一螺旋钻杆围绕成的与活塞相匹配的活塞容腔，活塞容腔前端有测量空腔，测量空腔用于容纳螺旋钻杆系统钻孔时所涌出的瓦斯，阻风套内毗邻第一螺旋钻杆外壁及测量空腔处设有能够进行无线通信的温度传感器，第一螺旋钻杆内壁设有与缸体相连通的送气管，第一螺旋钻杆内腔还设有测量管，测量管贯穿缸体及活塞的内部，辅助螺旋钻杆的内腔中设有分别与第一螺旋钻杆的送气管及测量管相连通的送气管和测量管，测量管的外侧间隔设有固定条单元，通过固定条单元将测量管固定于辅助螺旋钻杆的内腔中部；最后一节辅助螺旋钻杆的尾部设有封孔器；所述带孔钻屑收集袋设置于重力传感器上，用于收集螺旋钻杆系统钻进过程中排出的全部钻屑；所述空气泵与送气管相连通，空气泵通过送气管向进行缸体充气或抽气；数据采集器与测量管尾部及重力传感器相连接。

具体的，所述连接条单元包括三个环绕缸体外壁分布且互成120°夹角的连接条。

具体的，所述固定条单元包括三个环绕测量管外壁分布且互成120°夹角的固定条。

进一步的，所述送气管为三条，分别设置于三个贴附于螺旋钻杆内壁的固定条的中部。

优选的，在每段长度为1m的辅助螺旋钻杆中设置3个固定条单元，分别位于距该段辅助螺旋钻杆端口0.2m、0.5m和0.8m处。

优选的，所述固定条与测量管接触部位的长度为20mm。

进一步的，所述无线通信装置为nRF905多信道单片收发芯片。

进一步的，第一螺旋钻杆及辅助螺旋钻杆的材质为低铬镍抗氧化钢。

进一步的，螺旋钻杆系统的外径为42mm，所述封孔器从顶端到底端的外径逐渐增大，封孔器最大外径为45mm。

优选的，第一螺旋钻杆的长度为2m，所述测量空腔的长度为0.5m。

本发明的有益效果是：能够在封孔条件下测量Q值，并便捷、准确、一体化地实时记录Q值、S值和T值，当测量值出现异常，能够及时采取相应保护措施，有效提高煤矿钻孔安全性，保证工作人员的人身安全及矿井的安全。本发明适用于矿井安全开发，尤其适用于矿井防突预测。

附图说明