一种井下测定钻孔瓦斯涌出初速度的装置及使用方法与流程

1.本发明属于煤矿井下钻孔涌出初速度测定技术领域，特别提供了一种井下测定钻孔瓦斯涌出初速度的装置及使用方法。

背景技术：

2.采掘工作面的突出危险性常采用钻孔瓦斯涌出初速度进行判定，由于井巷工作面内含有瓦斯和煤尘，故为满足防爆要求，目前钻孔涌出初速度的测定设备均为非电器装置。
3.且此类钻孔涌出初速度的测定设备通常由封孔器、连接杆、孔板流量计组成。考虑到《钻孔瓦斯涌出初速度测定方法》mt639-2019标准规定，钻孔瓦斯涌出初速度的测定工作应在钻孔施工后2min内完成，因此在实际操作中，工作人员需要在2min内依次完成退钻、连接杆件、封孔、测定等流程，操作流程较复杂。

技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明提供了一种井下测定钻孔瓦斯涌出初速度的装置及使用方法。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种井下测定钻孔瓦斯涌出初速度的装置，包括测量室管、封孔器、瓦斯涌出初速度测定装置，测量室管固定安装于封孔器的采集端，瓦斯涌出初速度测定装置装配于封孔器的检测端；
6.所述测量室管的内部开设有气室，且测量室管的侧壁上开设有通孔，气室为一侧封闭且另一侧贯穿测量室管端面的盲腔，通孔与气室连通，气室经封孔器与瓦斯涌出初速度测定装置相连通。
7.进一步地，所述封孔器包括封孔器管体、导气通道、充气通道、充气孔、囊袋、流量管、充气管，导气通道和充气通道均轴向开设于封孔器管体的内部，导气通道的两端分别贯穿封孔器管体的两个端面，充气通道为盲腔，充气通道的一端贯穿封孔器管体的一个端面，且充气通道的另一端延伸至封孔器管体的内部，囊袋套接于封孔器管体外部，且囊袋与封孔器管体的外壁构成密闭的气室，充气孔开设于封孔器管体的侧壁上，充气通道通过充气孔与气室连通，流量管和充气管分别连接于导气通道和充气通道的端口处，且流量管和充气管均位于封孔器管体的同一端，测量室管装配于封孔器管体的另一端，且测量室管的内腔与导气通道连通，流量管和充气管均与瓦斯涌出初速度测定装置连接。
8.进一步地，所述流量管和充气管的外部卡接有卡环，卡环的表面标注有钻孔长度标识。
9.进一步地，所述封孔器管体的侧壁上设置有两个挡盘，两个挡盘左右对称的分布于囊袋的两侧。
10.进一步地，所述瓦斯涌出初速度测定装置包括外壳、触控屏、流量传感器、接口、电池、压力传感器、主电路板、充电及传输接口、进气输入管，触控屏嵌入于外壳的表面，流量传感器、电池、压力传感器、主电路板固定安装于外壳的内部，四个接口分别设置于外壳的
侧壁上，两个接口与流量传感器的两端连接，另两个接口与压力传感器的两端连接，电池与主电路板之间电性连接，流量传感器和压力传感器分别与主电路板电性连接，进气输入管经接口于压力传感器的一端连通，充气孔经接口与压力传感器的另一端连通，流量管经接口与流量传感器的输入端连通，进气输入管与外部供气设备连接，充电及传输接口设置于外壳的下侧壁，且充电及传输接口与主电路板电性连接。
11.进一步地，所述流量传感器的输入端接口和输出端接口分别为接口一、接口二，压力传感器是输出端接口和输入端接口分别为接口三、接口四，接口四与外部瓦斯处理或储存设备连接。
12.进一步地，所述测量室管的前端装配有导轮机构。
13.进一步地，所述导轮机构为万向轮机构，万向轮机构的底座螺接在测量室管的前端，万向轮能够绕测量室管的轴线摆动，轮体的直径大于测量室管的直径。
14.一种井下测定钻孔瓦斯涌出初速度的装置的使用方法，其步骤如下：
15.本井下测定钻孔瓦斯涌出初速度的装置的使用全流程分为准备、施工、测定、判定四个阶段；
16.按下瓦斯涌出初速度测定装置的开关启动装置；
17.输入“钻孔瓦斯涌出初速度临界值q’(l/min)”、“钻屑量临界值s’(kg/m)”、“工作压力p0(mpa)”；
18.选择“判定方法”；
19.输入“煤层编号”、“工作面编号”；
20.组装本井下测定钻孔瓦斯涌出初速度装置的各组件；
21.阶段二、施工阶段的工序包括：
22.使用钻孔设备在煤体上施工钻孔，并记录钻孔过程中的“钻屑量y2(kg/m)”，将其反馈至数据表的对应格中，即当前钻孔在钻孔深度为2m处的s值；
23.当钻孔深度到达2m时，启动计时功能，同时迅速从钻孔内撤出钻孔设备，并将测量室管和封孔器插入钻孔中，随后打开截止阀向囊袋内充气；
24.当囊袋膨胀到与钻孔内壁贴合时，囊袋膨胀并封闭钻孔，密闭段的钻孔为测量室；
25.阶段三、测定阶段的工序包括：
26.关闭截止阀并启动“测定”指令，“测定”指令启动后，设备对流量传感器的检测数值进行监测，以1s为间隔反复读取流量传感器的检测数值，直至计时时长等于预设监测时长(本实施例中，该监测时长预设为120s)为止(将n秒所读取的检测数值x
2n
(l/min)逐个存入数据集合x2中)，并将读取的所有检测数值中的最大值(检索并输出x2中数值最大的元素x
2max
，并将x
2max
赋值给x2)反馈至数据表的对应格中，即当前钻孔在钻孔深度为2m处的q值；
27.数据存储后在不开启外部供气设备的情况下打开截止阀，囊袋泄气后将测量室管和封孔器从钻孔内抽出，并重复阶段二的施工操作及本阶段的测定操作，以获取钻孔深度为3m、4m、5m、.....10m时的钻孔瓦斯涌出初速度及钻屑量数据；
28.阶段四、判定阶段的工序包括：
29.根据阶段一中选定的“判定方法”及阶段三最终得出的数据表做如下判定；
30.当选择“综合指标法”时，
31.q
max
＜q’且s
max
＜s’，数据栏中“突出危险”栏显示“否”；
32.q
max
≥q’或s
max
≥s’，数据栏中“突出危险”栏显示“是”；
33.当选择“r值指标法”时，
34.(q
max-4)
×
(s
max-1.8)＜s’，数据栏中“突出危险”栏显示“否”；
35.(q
max-4)
×
(s
max-1.8)≥s’，数据栏中“突出危险”栏显示“是”；
36.判定阶段完成。
37.使用本发明的有益效果是：
38.1、在测量室管的前端设置了万向轮机构，减小将测量室管和封孔器送入钻孔过程中设备与孔壁间的摩擦，防止设备在钻孔内卡住；
39.2、通过推动流量管和充气管即可将测量室管和封孔器送入钻孔中，且通过流量管和充气管外部等距安装的卡环即可判断测量室管和封孔器伸入的长度。相较于现有设备，不需要借助辅助设备将测量室管和封孔器等其他类似机构送入钻孔，简化操作流程；
40.3、通过单片机实现测定数据的临时存储和判定，且该数据可通过导出的方式上传至其他配套矿井监控系统中，提高数据采集、判定、记录的效率和准确性。
附图说明
41.图1为本发明应用时的示意图；
42.图2为本发明的结构示意图；
43.图3为图2中a-a处的截面图；
44.图4为图2中b-b处的截面图；
45.图5为图2中c-c处的截面图；
46.图6为本发明瓦斯涌出初速度测定装置的界面示意图。
47.附图标记包括：1-测量室管；101-气室；102-通孔；2-封孔器；201-封孔器管体；202-导气通道；203-充气通道；204-充气孔；205-囊袋；206-挡盘；207-流量管；208-充气管；209-卡环；3-瓦斯涌出初速度测定装置；301-触控屏；302-流量传感器；303-接口一；304-接口二；305-电池；306-接口三；307-接口四；308-压力传感器；309-主电路板；310-充电及传输接口；311-进气输入管；4-导轮机构；a-煤体；b-钻孔。
具体实施方式
48.以下结合附图对本发明进行详细的描述。
49.参照图1-图5，一种井下测定钻孔瓦斯涌出初速度的装置，包括测量室管1、封孔器2、瓦斯涌出初速度测定装置3，测量室管1固定安装于封孔器2的采集端，瓦斯涌出初速度测定装置3装配于封孔器2的检测端；
50.所述测量室管1的内部开设有气室101，且测量室管1的侧壁上开设有通孔102，气室101为一侧封闭且另一侧贯穿测量室管1端面的盲腔，通孔102与气室101连通，气室101经封孔器2与瓦斯涌出初速度测定装置3相连通。
51.所述封孔器2包括封孔器管体201、导气通道202、充气通道203、充气孔204、囊袋205、流量管207、充气管208，导气通道202和充气通道203均轴向开设于封孔器管体201的内部，导气通道202的两端分别贯穿封孔器管体201的两个端面，充气通道203为盲腔，充气通道203的一端贯穿封孔器管体201的一个端面，且充气通道203的另一端延伸至封孔器管体
201的内部，囊袋205套接于封孔器管体201外部，且囊袋205与封孔器管体201的外壁构成密闭的气室，充气孔204开设于封孔器管体201的侧壁上，充气通道203通过充气孔204与气室连通，流量管207和充气管208分别连接于导气通道202和充气通道203的端口处，且流量管207和充气管208均位于封孔器管体201的同一端，测量室管1装配于封孔器管体201的另一端，且测量室管1的内腔与导气通道202连通，流量管207和充气管208均与瓦斯涌出初速度测定装置3连接。
52.优选地，流量管207和充气管208在径向上具有一定的刚度，可以将测量室管1和封孔器2顶进钻孔b内。
53.所述流量管207和充气管208的外部卡接有卡环209，卡环209的表面标注有钻孔长度标识。
54.所述封孔器管体201的侧壁上设置有两个挡盘206，两个挡盘206左右对称的分布于囊袋205的两侧。
55.优选地，如图2所示，挡盘206的轴切面呈l型。
56.所述瓦斯涌出初速度测定装置3包括外壳、触控屏301、流量传感器302、接口、电池305、压力传感器308、主电路板309、充电及传输接口310、进气输入管311，触控屏301嵌入于外壳的表面，流量传感器302、电池305、压力传感器308、主电路板309固定安装于外壳的内部，四个接口分别设置于外壳的侧壁上，两个接口与流量传感器302的两端连接，另两个接口与压力传感器308的两端连接，电池305与主电路板309之间电性连接，流量传感器302和压力传感器308分别与主电路板309电性连接，进气输入管311经接口与压力传感器308的一端连通，充气孔204经接口与压力传感器308的另一端连通，流量管207经接口与流量传感器302的输入端连通，进气输入管311与外部供气设备连接，充电及传输接口310设置于外壳的下侧壁，且充电及传输接口310与主电路板309电性连接。
57.瓦斯涌出初速度测定装置3的外壳上设置有开关，该开关为按键开关。
58.瓦斯涌出初速度测定装置3的主电路板309上集成时钟模块，使瓦斯涌出初速度测定装置3具备计时功能，且计时功能可通过触控屏301操作。
59.优选地，触控屏301的操作界面如图6所示，具有“测试时间”、“设置临界值”、“设置判定方法”、“设置工作压力p
0”、“数据表(行为钻孔深度、列为钻孔瓦斯涌出初速度和钻屑量)”、“实时压力p”、“计时器及其操作按键”等操作单元。
60.主电路板309上主要包含用于数据处理和判定的单片机和用于计时的时钟模块。
61.优选地，外部供气设备选择井下压风或手动充气泵，进气输入管311上设置有截止阀。
62.所述流量传感器302的输入端接口和输出端接口分别为接口一303、接口二304，压力传感器308是输出端接口和输入端接口分别为接口三306、接口四307，接口四307与外部瓦斯处理或储存设备连接。
63.优选地，电池305上集成本安保护电路。
64.所述测量室管1的前端装配有导轮机构4。
65.所述导轮机构4为万向轮机构，万向轮机构的底座螺接在测量室管1的前端，万向轮能够绕测量室管1的轴线摆动，轮体的直径大于测量室管1的直径。
66.一种井下测定钻孔瓦斯涌出初速度装置的使用方法，其步骤如下：
67.本井下测定钻孔瓦斯涌出初速度的装置的使用全流程分为准备、施工、测定、判定四个阶段；
68.阶段一、准备阶段的工序包括：
69.按下瓦斯涌出初速度测定装置3的开关启动装置；
70.输入“钻孔瓦斯涌出初速度临界值q’(l/min)”、“钻屑量临界值s’(kg/m)”、“工作压力p0(mpa)”；
71.本实施例中，设置q’＝5l/min，s’＝6kg/m，p0＝0.50mpa。
72.选择“判定方法”；
73.输入“煤层编号”、“工作面编号”；
74.组装本井下测定钻孔瓦斯涌出初速度装置的各组件；
75.阶段二、施工阶段的工序包括：
76.使用钻孔设备在煤体a上施工钻孔b，并记录钻孔过程中的“钻屑量y2(kg/m)”，将其反馈至数据表的对应格中，即当前钻孔在钻孔深度为2m处的s值；
77.当钻孔b深度到达2m时，启动计时功能，同时迅速从钻孔b内撤出钻孔设备，并将测量室管1和封孔器2插入钻孔b中，随后打开截止阀向囊袋205内充气，充气线路如下：
78.外部供气设备-进气输入管311-接口四307-压力传感器308-接口三306-充气管208-充气通道203-充气孔204-囊袋205；
79.当囊袋205膨胀到与钻孔b内壁贴合时，囊袋205膨胀并封闭钻孔b，密闭段的钻孔b为测量室(如图1中所示，测量室长度为1m)；
80.钻孔b内涌出的瓦斯进入测试室内，由于测试室的端口为封闭状态，瓦斯被迫经通孔102进入气室101，经导气通道202、流量管207最终流经瓦斯涌出初速度测定装置3的流量传感器302，瓦斯测定线路如下：
81.煤体a-测量室-通孔102-气室101-导气通道202-流量管207-接口一303-流量传感器302-接口二304-外部瓦斯处理或储存设备；
82.阶段三、测定阶段的工序包括：
83.当触控屏301上显示的“实时压力p”(由压力传感器308反馈)达到“设置工作压力p
0”，且“实时压力p”数值浮动在
±
0.02mpa/min范围内时(该环节为气密性检测，“实时压力p”数值不再浮动或浮动较小证明气密性良好)，关闭截止阀并启动“测定”指令；
[0084]“测定”指令启动后，设备对流量传感器302的检测数值进行监测，以1s为间隔反复读取流量传感器302的检测数值，直至计时时长等于预设监测时长(本实施例中，该监测时长预设为120s)为止(将n秒所读取的检测数值x
2n
(l/min)逐个存入数据集合x2中)，并将读取的所有检测数值中的最大值(检索并输出x2中数值最大的元素x
2max
，并将x
2max
赋值给x2)反馈至数据表的对应格中，即当前钻孔在钻孔深度为2m处的q值；
[0085]
数据存储后在不开启外部供气设备的情况下打开截止阀，囊袋205泄气后将测量室管1和封孔器2从钻孔b内抽出，并重复阶段二的施工操作及本阶段的测定操作，以获取钻孔深度为3m、4m、5m、.....10m时的钻孔瓦斯涌出初速度及钻屑量数据，最终得到下表：
[0086][0087]
其中，q
max
和s
max
分别为q值所在行中的最大值和s值所在行的最大值；
[0088]
阶段四、判定阶段的工序包括：
[0089]
根据阶段一中选定的“判定方法”及阶段三最终得出的数据表做如下判定；
[0090]
当选择“综合指标法”时，
[0091]qmax
＜q’且s
max
＜s’，数据栏中“突出危险”栏显示“否”；
[0092]qmax
≥q’或s
max
≥s’，数据栏中“突出危险”栏显示“是”；
[0093]
当选择“r值指标法”时，
[0094]
(q
max-4)
×
(s
max-1.8)＜s’，数据栏中“突出危险”栏显示“否”；
[0095]
(q
max-4)
×
(s
max-1.8)≥s’，数据栏中“突出危险”栏显示“是”；
[0096]
判定阶段完成。
[0097]
如图6中所示，本设备预留多钻孔b数据采集和显示界面，可通过反复重复阶段二和阶段三对多个钻孔b进行数据采集，再通过阶段四一次性对多个钻孔b的数据进行判定，快速完成多个钻孔b突出危险性的判定工作。
[0098]
突出危险性判定后工作人员还可通过充电及传输接口310导出数据，并上传至与本设备配套的矿井监控系统中。
[0099]
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种井下测定钻孔瓦斯涌出初速度的装置，其特征在于：包括测量室管、封孔器、瓦斯涌出初速度测定装置，测量室管固定安装于封孔器的采集端，瓦斯涌出初速度测定装置装配于封孔器的检测端；所述测量室管的内部开设有气室，且测量室管的侧壁上开设有通孔，气室为一侧封闭且另一侧贯穿测量室管端面的盲腔，通孔与气室连通，气室经封孔器与瓦斯涌出初速度测定装置相连通。2.根据权利要求1中所述的一种井下测定钻孔瓦斯涌出初速度的装置，其特征在于：所述封孔器包括封孔器管体、导气通道、充气通道、充气孔、囊袋、流量管、充气管，导气通道和充气通道均轴向开设于封孔器管体的内部，导气通道的两端分别贯穿封孔器管体的两个端面，充气通道为盲腔，充气通道的一端贯穿封孔器管体的一个端面，且充气通道的另一端延伸至封孔器管体的内部，囊袋套接于封孔器管体外部，且囊袋与封孔器管体的外壁构成密闭的气室，充气孔开设于封孔器管体的侧壁上，充气通道通过充气孔与气室连通，流量管和充气管分别连接于导气通道和充气通道的端口处，且流量管和充气管均位于封孔器管体的同一端，测量室管装配于封孔器管体的另一端，且测量室管的内腔与导气通道连通，流量管和充气管均与瓦斯涌出初速度测定装置连接。3.根据权利要求2中所述的一种井下测定钻孔瓦斯涌出初速度的装置，其特征在于：所述流量管和充气管的外部卡接有卡环，卡环的表面标注有钻孔长度标识。4.根据权利要求2中所述的一种井下测定钻孔瓦斯涌出初速度的装置，其特征在于：所述封孔器管体的侧壁上设置有两个挡盘，两个挡盘左右对称的分布于囊袋的两侧。5.根据权利要求1中所述的一种井下测定钻孔瓦斯涌出初速度的装置，其特征在于：所述瓦斯涌出初速度测定装置包括外壳、触控屏、流量传感器、接口、电池、压力传感器、主电路板、充电及传输接口、进气输入管，触控屏嵌入于外壳的表面，流量传感器、电池、压力传感器、主电路板固定安装于外壳的内部，四个接口分别设置于外壳的侧壁上，两个接口与流量传感器的两端连接，另两个接口与压力传感器的两端连接，电池与主电路板之间电性连接，流量传感器和压力传感器分别与主电路板电性连接，进气输入管经接口于压力传感器的一端连通，充气孔经接口与压力传感器的另一端连通，流量管经接口与流量传感器的输入端连通，进气输入管与外部供气设备连接，充电及传输接口设置于外壳的下侧壁，且充电及传输接口与主电路板电性连接。6.根据权利要求5中所述的一种井下测定钻孔瓦斯涌出初速度的装置，其特征在于：所述流量传感器的输入端接口和输出端接口分别为接口一、接口二，压力传感器是输出端接口和输入端接口分别为接口三、接口四，接口四与外部瓦斯处理或储存设备连接。7.根据权利要求1中所述的一种井下测定钻孔瓦斯涌出初速度的装置，其特征在于：所述测量室管的前端装配有导轮机构。8.根据权利要求7中所述的一种井下测定钻孔瓦斯涌出初速度的装置，其特征在于：所述导轮机构为万向轮机构，万向轮机构的底座螺接在测量室管的前端，万向轮能够绕测量室管的轴线摆动，轮体的直径大于测量室管的直径。9.一种井下测定钻孔瓦斯涌出初速度的装置的使用方法，其步骤如下：本井下测定钻孔瓦斯涌出初速度的装置的使用全流程分为准备、施工、测定、判定四个阶段；
按下瓦斯涌出初速度测定装置的开关启动装置；输入“钻孔瓦斯涌出初速度临界值q’(l/min)”、“钻屑量临界值s’(kg/m)”、“工作压力p0(mpa)”；选择“判定方法”；输入“煤层编号”、“工作面编号”；组装本井下测定钻孔瓦斯涌出初速度装置的各组件；阶段二、施工阶段的工序包括：使用钻孔设备在煤体上施工钻孔，并记录钻孔过程中的“钻屑量y2(kg/m)”，将其反馈至数据表的对应格中，即当前钻孔在钻孔深度为2m处的s值；当钻孔深度到达2m时，启动计时功能，同时迅速从钻孔内撤出钻孔设备，并将测量室管和封孔器插入钻孔中，随后打开截止阀向囊袋内充气；当囊袋膨胀到与钻孔内壁贴合时，囊袋膨胀并封闭钻孔，密闭段的钻孔为测量室；阶段三、测定阶段的工序包括：关闭截止阀并启动“测定”指令，“测定”指令启动后，设备对流量传感器的检测数值进行监测，以1s为间隔反复读取流量传感器的检测数值，直至计时时长等于预设监测时长(本实施例中，该监测时长预设为120s)为止(将n秒所读取的检测数值x
2n
(l/min)逐个存入数据集合x2中)，并将读取的所有检测数值中的最大值(检索并输出x2中数值最大的元素x
2max
，并将x
2max
赋值给x2)反馈至数据表的对应格中，即当前钻孔在钻孔深度为2m处的q值；数据存储后在不开启外部供气设备的情况下打开截止阀，囊袋泄气后将测量室管和封孔器从钻孔内抽出，并重复阶段二的施工操作及本阶段的测定操作，以获取钻孔深度为3m、4m、5m、.....10m时的钻孔瓦斯涌出初速度及钻屑量数据；阶段四、判定阶段的工序包括：根据阶段一中选定的“判定方法”及阶段三最终得出的数据表做如下判定；当选择“综合指标法”时，q
max
＜q’且s
max
＜s’，数据栏中“突出危险”栏显示“否”；q
max
≥q’或s
max
≥s’，数据栏中“突出危险”栏显示“是”；当选择“r值指标法”时，(q
max-4)
×
(s
max-1.8)＜s’，数据栏中“突出危险”栏显示“否”；(q
max-4)
×
(s
max-1.8)≥s’，数据栏中“突出危险”栏显示“是”；判定阶段完成。

技术总结

本发明属于煤矿井下钻孔涌出初速度测定技术领域，特别提供了一种井下测定钻孔瓦斯涌出初速度的装置及使用方法。一种井下测定钻孔瓦斯涌出初速度的装置，包括测量室管、封孔器、瓦斯涌出初速度测定装置、导轮机构。本井下测定钻孔瓦斯涌出初速度的装置的使用全流程分为准备、施工、测定、判定四个阶段。本井下测定钻孔瓦斯涌出初速度的装置在测量室管的前端设置了万向轮机构，减小将测量室管和封孔器送入钻孔过程中设备与孔壁间的摩擦，防止设备在钻孔内卡住；通过推动流量管和充气管即可将测量室管和封孔器送入钻孔中，且通过流量管和充气管外部等距安装的卡环即可判断测量室管和封孔器伸入的长度，相较于现有设备简化了操作流程。流程。流程。