一种近距离煤层群覆岩发育高度测量装置

摘要

本发明公开了一种近距离煤层群覆岩发育高度测量装置，包括：基筒；定子，其设置于所述基筒的内壁中；转子，其传动连接于所述定子中；取样钻头，其同轴设置于所述基筒的下方，且采用传动杆与转子相连；以及取样筒，其定位于所述基筒中，以便接收来自于所述取样钻头中的岩样。

说明书

技术领域

本发明涉及覆岩发育高度测量技术领域，具体涉及一种近距离煤层群覆岩发育高度测量装置。

背景技术

在煤层进入深部后，地应力会随之增加，其中，岩体力学性质相对于浅部煤层更为复杂，其中水体下采煤上覆岩层变形和破坏后形成的两带高度对安全生产影响重大，若两带发育高度涉及到上覆含水层，会使顶板水溃入井下，严重威胁煤矿安全生产。因此，合理的确定覆岩两带发育高度，对于井工煤矿防治水工作有着重要意义。

因此，有必要提供一种近距离煤层群覆岩发育高度测量装置以解决上述问题。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种近距离煤层群覆岩发育高度测量装置，包括：

基筒；

定子，其设置于所述基筒的内壁中；

转子，其传动连接于所述定子中；

取样钻头，其同轴设置于所述基筒的下方，且采用传动杆与转子相连；以及

取样筒，其定位于所述基筒中，以便接收来自于所述取样钻头中的岩样。

进一步，作为优选，所述取样钻头为筒体结构，其外表面具有外螺旋齿牙，底部连接有外钻头；

所述取样钻头的内侧采用连接杆依次同轴固定有多个钻环，所述钻环的底部固定有内钻头。

进一步，作为优选，从外向内，钻环的轴向长度逐渐减小，且除最内侧的钻环外，其余钻环的顶部保持齐平，最内侧的钻环的顶部靠近所述取样筒设置。

进一步，作为优选，所述取样钻头的顶部还同轴固定有扶稳筒，所述扶稳筒套设于所述基筒的外部，且与所述基筒转动相连。

进一步，作为优选，所述取样筒的中下部内侧圆周阵列设置有多个提升带机构，所述取样筒的顶部内侧圆周阵列设置有多个夹持囊。

进一步，作为优选，所述转子的顶部同轴固定有转子扶稳头，所述定子的顶部同轴固定有转子扶稳筒，所述转子扶稳筒的底部向内收缩从而形成卡环，用于限制以及支撑所述转子扶稳头。

进一步，作为优选，所述转子的底部固定有传递轴，所述传递轴的底部与传动杆相连，所述传动杆包括两个对称连接设置的L型杆；

所述基筒中还内嵌有套设于所述传递轴外部的封堵座，所述传递轴与封堵座密封转动相连，所述基筒上还开设有位于封堵座上方，位于转子的下方的排液口。

进一步，作为优选，所述取样筒的顶部采用让位杆连接有安装杆，所述安装杆滑动穿过传递轴、转子以及转子扶稳头从而与基筒的顶部相连。

进一步，作为优选，所述基筒中嵌入有推杆，所述推杆能够间隔伸长，从而推动已采岩样，且所述推杆的伸缩端中嵌入有压力传感器，当压力传感器检测到压力值大于阈值时，所述推杆则进行收缩；

所述推杆的上方还设置有激光传感器，用于检测其输出端与岩样之间的距离；

所述基筒中还设置有与推杆相对称的水切割头，当所述激光传感器检测到岩样长度大于10cm时，所述水切割头能够在距岩样顶部10cm位置处切割岩样；

还包括记录仪，用于记录推杆、激光传感器以及水切割头的动作。

一种近距离煤层群覆岩发育高度测量方法，包括如下步骤：

S1.下入基筒，并向基筒中注入冲洗液，冲洗液经过转子与定子之间的间隙之后从排液口排出，并驱动转子进行转动；

S2.转子带动取样钻头进行转动破岩，并利用钻环进行逐步破岩，进而实现定直径取样；

S3.岩样经过提升带机构进入至取样筒的顶部；

S4.推杆间隔伸长，从而推动已采岩样，将轴长小于或等于10cm的岩样推出；

S5.当激光传感器检测到岩样长度大于10cm时，停止钻进，水切割头能够在距岩样顶部10cm位置处切割岩样；

S6.根据公式计算每段钻进过程中的岩心质量指标，并挑出异常数值，从而确定煤层群覆岩发育高度。

与现有技术相比，本发明提供了一种近距离煤层群覆岩发育高度测量装置，具有以下有益效果：

本发明实施例中，通过合理的配置取样钻头与取样筒保障对于岩体破碎的效果，从而实现低损取样，保障岩样的原始性减少对于取样的影响，并且取样筒能够定位于基筒中，保障了后续取样可检测的稳定性，并且，取样与检测均能够在钻进过程中同步完成，检测后的岩样可直接排出，极大地提升了效率，另外，通过实际钻进和计算能够较为准确的对覆岩发育高度进行测量。

附图说明

图1为一种近距离煤层群覆岩发育高度测量装置的整体结构示意图；

图2为一种近距离煤层群覆岩发育高度测量装置中转子和定子的结构示意图；

图3为一种近距离煤层群覆岩发育高度测量装置中取样钻头以及取样筒的结构示意图；

图4为不同区段岩芯质量指标分布折线图；

图中：1、基筒；2、定子；3、转子；4、传动杆；5、取样钻头；6、扶稳筒；7、取样筒；8、安装杆；9、让位杆；10、外稳座；11、转子扶稳筒；12、转子扶稳头；13、封堵座；14、排液口；15、外钻头；16、钻环；17、内钻头；18、提升带机构；19、水切割头；20、推杆；21、激光传感器；22、分杆；23、传递轴。

具体实施方式

请参阅图1～4，本发明提供了一种近距离煤层群覆岩发育高度测量装置，包括：

基筒1；

定子2，其设置于所述基筒1的内壁中；

转子3，其传动连接于所述定子2中；

取样钻头5，其同轴设置于所述基筒1的下方，且采用传动杆4与转子3相连；以及

取样筒7，其定位于所述基筒1中，以便接收来自于所述取样钻头5中的岩样。

也就是说，本实施例中，通过配置取样钻头与取样筒来实现低损取样，从而保障岩样的原始性，以便根据样品对覆岩两带发育高度进行计算，从而实现近距离煤层群覆岩发育高度测量，保障测量的准确性。

另外，本实施例中，所述取样钻头5为筒体结构，其外表面具有外螺旋齿牙，底部连接有外钻头15；

所述取样钻头5的内侧采用连接杆依次同轴固定有多个钻环16，所述钻环16的底部固定有内钻头17。

作为较佳的实施例，从外向内，钻环16的轴向长度逐渐减小，且除最内侧的钻环外，其余钻环的顶部保持齐平，最内侧的钻环的顶部靠近所述取样筒7设置。

因此，在实施时，对于取样岩体的外部岩体可以实施逐步破碎，保障岩样的完整性，并且，最内侧的钻环的顶部靠近所述取样筒7设置，如此则可以有效的将岩样送至取样筒7中。

作为较佳的实施例，所述取样钻头5的顶部还同轴固定有扶稳筒6，所述扶稳筒6套设于所述基筒1的外部，且与所述基筒1转动相连。

作为较佳的实施例，所述取样筒7的中下部内侧圆周阵列设置有多个提升带机构18，所述取样筒7的顶部内侧圆周阵列设置有多个夹持囊。

具体而言，提升带机构包括多个转动设置的传输轮以及传动连接于多个传输轮上的带体，通过带体的移动能够带动岩样向上移动，并且，至少有一个传输轮能够实现调节式张紧。

作为较佳的实施例，所述转子3的顶部同轴固定有转子扶稳头12，所述定子2的顶部同轴固定有转子扶稳筒11，所述转子扶稳筒11的底部向内收缩从而形成卡环，用于限制以及支撑所述转子扶稳头12。

本实施例中，所述转子3的底部固定有传递轴23，所述传递轴23的底部与传动杆4相连，所述传动杆4包括两个对称连接设置的L型杆；

所述基筒1中还内嵌有套设于所述传递轴23外部的封堵座13，所述传递轴23与封堵座13密封转动相连，所述基筒1上还开设有位于封堵座13上方，位于转子3的下方的排液口14。

本实施例中，所述取样筒7的顶部采用让位杆9连接有安装杆8，所述安装杆8滑动穿过传递轴23、转子3以及转子扶稳头12从而与基筒1的顶部相连，进而保证了取样筒的相对静止状态，从而在最大程度上保障了岩样的原始性。

本实施例中，如图3，所述基筒1中嵌入有推杆20，所述推杆20能够间隔伸长，从而推动已采岩样，且所述推杆20的伸缩端中嵌入有压力传感器，当压力传感器检测到压力值大于阈值时，所述推杆20则进行收缩；

所述推杆20的上方还设置有激光传感器21，用于检测其输出端与岩样之间的距离；

所述基筒1中还设置有与推杆20相对称的水切割头19，当所述激光传感器检测到岩样长度大于10cm时，所述水切割头19能够在距岩样顶部10cm位置处切割岩样；

还包括记录仪，用于记录推杆、激光传感器以及水切割头的动作。

一种近距离煤层群覆岩发育高度测量方法，包括如下步骤：

S1.下入基筒1，并向基筒1中注入冲洗液，冲洗液经过转子与定子之间的间隙之后从排液口排出，并驱动转子进行转动；

S2.转子带动取样钻头5进行转动破岩，并利用钻环16进行逐步破岩，进而实现定直径取样；

S3.岩样经过提升带机构18进入至取样筒7的顶部；

S4.推杆20间隔伸长，从而推动已采岩样，将轴长小于或等于10cm的岩样推出；

S5.当激光传感器检测到岩样长度大于10cm时，停止钻进，水切割头19能够在距岩样顶部10cm位置处切割岩样；

S6.根据公式计算每段钻进过程中的岩心质量指标，并挑出异常数值，从而确定煤层群覆岩发育高度。

具体而言，岩心质量指标以RQD表示，RQD指每次进尺中等于或大于10cm的柱状岩芯的累计长度与每个钻进回次进尺之比，本实施例中，推杆20间隔伸长，从而推动已采岩样，将轴长小于或等于10cm的岩样推出，当激光传感器检测到岩样长度大于10cm时，停止钻进，水切割头19能够在距岩样顶部10cm位置处切割岩样，之后激光传感器能够再次记录被分切的且位于下方的岩块长度，通过及时的分切，有利于岩样的排出；

更具体的来讲，激光传感器检测端至推杆20输出端的底部的垂直距离为L1，当激光传感器检测到岩样顶部至其检测端的距离小于或等于L1-10cm时，则总轴向记录上增加10cm，其中，当激光传感器检测到岩样顶部至其检测端的距离小于L1-10cm时，此时水切割头19能够在距岩样顶部10cm位置处切割岩样，使得其被分切为上部岩样和下部岩样，之后上部岩样落下，下部岩样继续上升，推杆继续推动下部岩样，当下部岩样被推落时，激光传感器记录其检测端至下部岩样的顶部长度L2，则该完整岩样的总长为L1-L2+10；

为保证推杆推动的准确性，推杆的输出端刚好位于取样筒7的顶部开口处，利用取样筒7能够很好的对岩样进行限制。

通过对钻进过程中岩芯破碎情况进行统计，得出不同段岩芯质量指标；如图4，随着覆岩高度增加岩芯质量指标有增大趋势，即岩石的破碎程度在减弱，岩芯完整程度在增加；而在50-52m段岩芯质量指标出现了异常，说明这一段岩层受采动影响明显。通过以上分析，得出两带高度为50-52m。

还需解释的是，无论是经验公式计算、数值模拟分析，还是现场钻进取样计算，均存在误差。

以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。