[发明专利]一种基于NO2吸收特性的煤矿瓦斯钻机钻杆进给深度测量系统

说明书

本发明涉及一种基于NO2吸收特性的煤矿瓦斯钻机钻杆进给深度测量系统，包括孔洞密封模块和腔衰荡测NO2浓度模块；所述孔洞密封模块包括密封平板、环形密封O圈环、通气小孔、衰荡腔皮管连接端、样气皮管连接端以及煤岩固定件等，用于密封钻孔孔洞气体，控制NO2气体的进出；所述腔衰荡测NO2浓度模块用于测量稀释后的NO2浓度；所述高浓度NO2样气、流量控制阀和样气电磁阀用于向孔洞冲入定量高浓度NO2；所述进气电磁阀、过滤膜、进气端和出气端用于对所述腔体提供孔洞内气体；所述系统属于钻孔后测量技术，利用腔衰荡技术测量孔洞中稀释后的NO2浓度，进而推算出孔洞的深度，避免了井下复杂环境和塌孔的影响，提高了测量准确性。

技术领域

本发明涉及煤矿检测技术领域，具体是一种基于NO2吸收特性的煤矿瓦斯钻机钻杆进给深度测量系统。

背景技术

煤矿瓦斯是关乎煤矿安全的重要因素，瓦斯突出极易造成矿难。为此，国家煤矿安全监察局总结提出了“先抽后采、监测监控、以风定产”的方针，抽采瓦斯已成为煤炭开采的前提。目前，抽采瓦斯多通过煤矿瓦斯钻机向煤层中打入一定长度的钻杆，再达到指定深度后再抽出钻杆，进而形成抽采瓦斯的孔洞。以甲烷为主的煤层气会通过孔洞将高浓度的甲烷排除，同时还伴随有少量的乙烷、丙烷、氮气和二氧化碳。可见，钻孔是否达到指定深度关乎瓦斯抽采的效果，关系到煤炭开采的安全，对其进行深度测量具有重要的意义。

现有的测量技术主要基于对钻杆数量的计数，属于钻孔过程的监控，但是该技术受环境因素影响较大，同时钻杆钻孔时孔壁存在一定压力，对于松软煤层的煤矿,当将钻杆从钻孔中取出后，钻孔极容易出现塌孔，从而造成钻孔堵塞，无法准确测定瓦斯排放孔的深度。这不仅会给后续的瓦斯抽放和煤层注水造成影响，还会直接给后期的煤矿安全生产带来潜在的严重隐患。为此，开发一种钻孔作业完成后的深度测量系统尤为重要。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于NO2吸收特性的煤矿瓦斯钻机钻杆进给深度测量系统，属于钻孔后测量技术，利用腔衰荡技术测量孔洞中稀释后的NO2浓度，进而推算出孔洞的深度，避免了井下复杂环境和塌孔的影响，提高了测量准确性，排除了外界及人为因素造成的错报、误报深度的情况，保障了煤矿开采的安全。

本发明实现发明目的采用如下技术方案：

一种基于NO2吸收特性的煤矿瓦斯钻机钻杆进给深度测量系统，包括孔洞密封模块和腔衰荡测NO2浓度模块；所述孔洞密封模块包括密封平板、环形密封O圈环、通气小孔、衰荡腔皮管连接端、样气皮管连接端以及煤岩固定件，用于密封钻孔孔洞气体，控制NO2气体的进出；所述腔衰荡测NO2浓度模块包括高浓度NO2样气、流量控制阀、样气电磁阀、激光器、隔离器、反射镜、光阑、镜架固定件、高反镜、镜架、腔体、光电探测元件、信号处理单元、进气电磁阀、过滤膜、进气端和出气端；所述高浓度NO2样气、流量控制阀和样气电磁阀用于向孔洞冲入定量高浓度NO2；所述激光器激光依次通过隔离器、反射镜和光阑，多级转向光通路进入腔体；所述镜架固定件和镜架用于固定高反镜；所述镜架固定件、高反镜、镜架、腔体和光电探测元件水平密封设置；所述进气电磁阀、过滤膜、进气端和出气端用于对所述腔体提供孔洞内气体。

具体包括以下步骤：

步骤一：钻杆取出孔洞后，设置O圈于环形密封O圈环内，将密封平板紧贴煤岩表面，实现对孔洞气体的密封，再用煤岩固定件固定，此时孔洞气体为煤层气，通过通气小孔从衰荡腔皮管连接端和样气皮管连接端流出，NO2浓度值为0，样气电磁阀和进气电磁阀为关闭状态；

步骤二：启动系统，先打开进气电磁阀，煤层气气体经进气电磁阀、过滤膜从进气端进入腔体，此时激光器激光依次通过隔离器、反射镜和光阑，多级转向光通路进入腔体，再从出气端出去；

步骤三：信号处理单元处理特定波段的激光在煤层气气体下的吸收衰减情况，得到煤层气气体衰荡时间；