申请/专利权人：河南理工大学

申请日：2018-07-16

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN108915772B

主分类号：E21F17/18

分类号：E21F17/18

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2018.12.25#实质审查的生效;2018.11.30#公开

摘要：本发明公开了一种连续采集取芯过程煤芯温度和钻孔位置信息的装置和方法，包括：温度传感器，陀螺仪，数据采集装置，数据采集装置外壳、隔爆外壳，其中温度传感器在使用时通过螺纹固定在隔爆外壳外壁上，温度及位置采集装置安装在数据采集装置外壳内部，数据采集装置外壳插入在隔爆外壳中，在取芯过程中，温度采集装置和温度传感器连续测量退入到连接在隔爆外壳前端的空心钻头中煤样的温度以及隔爆外壳外壁温度，陀螺仪实时监控钻进位置数据，并对数据进行处理，然后将处理过的数据存储到存储模块中，以保存整个采样过程中煤芯的温度变化。本发明结构简单，体积小、功耗低，能够完整的采集并存储整个煤层取芯过程中煤样的温度变化及钻进位置。

主权项：1.一种连续采集取芯过程煤芯温度和钻孔位置信息的装置，其特征在于：包括：温度传感器，陀螺仪，数据采集装置，数据采集装置外壳，隔爆外壳；所述温度传感器通过螺纹固定在隔爆外壳管壁上，所述数据采集装置安装在数据采集装置外壳内部，所述数据采集装置外壳安装在隔爆外壳内部；所述陀螺仪集成在内置于数据采集装置的PCB电路板上；所述数据采集装置，由数据处理模块、数据变送模块、电源模块、数据存储模块、按键和LED显示灯模块组成；这些模块共同集成在所述PCB电路板上，并安装在数据采集装置外壳内；所述数据处理模块为低功耗的或者具有休眠唤醒功能的单片机，所述数据存储模块采用大容量SD卡对采集的数据进行存储；所述数据采集装置和温度传感器连续测量退入到取芯钻头中煤样的温度，陀螺仪连续采集钻机钻进数据和位置数据，并对数据进行处理，然后将处理过的数据存储到数据存储模块中，以保存整个采样过程煤芯的温度变化；所述隔爆外壳分为两个部分，分为隔爆壳体和隔爆外壳盖体，并通过螺纹连接固定；所述隔爆外壳内壁附有纤维毯隔热层。

全文数据：连续采集取芯过程煤芯温度和钻孔位置信息的装置和方法技术领域[0001]本发明涉及煤矿安全技术领域，特别是涉及一种连续采集取芯过程煤芯温度和钻孔位置信息的装置和方法。背景技术[0002]能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础，目前在我国最主要的能源依然是煤炭资源。煤炭企业生产过程中的五大典型灾害:瓦斯、水灾、粉尘、顶板、火，这些事故时有发生，尤以瓦斯爆炸以其破坏性强、经济损失大、人员死亡多等显著特点对煤矿安全生产造成严重危害，引起社会强烈反响，瓦斯被称为煤矿安全生产的“第一杀手”。由此看来，瓦斯灾害的防治工作对于保障煤矿安全生产及矿工的生命安全具有重要意义，而瓦斯含量的测定是煤矿瓦斯防治的基础性工作。使用间接法测量煤层瓦斯含量需要先对煤层取样，并测量样本瓦斯含量来估算煤层瓦斯含量。在取样过程中，就会有一部分瓦斯解吸，而钻孔过程中钻杆会与煤壁高速摩擦，使得煤体温度迅速增加，这会进一步加剧样本的瓦斯解吸，导致对于取样过程中的瓦斯损失量的计算有很大误差，从而导致煤层瓦斯含量测定的不准确。所以取样过程需要考虑温度对煤体瓦斯含量的影响，来修正取样过程中的瓦斯损失量，从而提高煤层瓦斯含量测定的准确性。[0003]然而，目前的矿用温度传感器主要针对的是检测矿井生产环境温度，并不能探测出取样过程中煤体温度的变化，因此，亟需一种能够探测取样过程煤体温度变化的装置，并根据测量结果来估算在取芯过程中由于温度影响而解吸出的瓦斯含量，最终达到提高煤层瓦斯含量测算准确度的目的。发明内容[0004]针对目前煤层取芯过程中，因无法获得煤芯温度变化的数据，从而无法准确测算温度在取芯过程中对煤样解析瓦斯量的影响，导致最终测定煤层瓦斯含量有较大误差，且普通矿用温度检测装置只能检测煤矿环境温度而不能针对上述问题进行检测。本发明提供一种连续采集取芯过程煤芯温度和钻孔位置信息的装置和方法，来解决这一问题。[0005]本发明的目的通过下述技术方案实现：一种连续采集取芯过程煤芯温度和钻孔位置信息的装置，包括:温度传感器，陀螺仪，数据采集装置，数据采集装置外壳，隔爆外壳;所述温度传感器通过螺纹固定在隔爆外壳管壁上，所述数据采集装置安装在数据采集装置外壳内部，所述数据采集装置外壳安装在隔爆外壳内部。[0006]为了更好的实现本发明，所述数据采集装置和温度传感器连续测量退入到取芯钻头中煤样的温度，陀螺仪连续采集钻机钻进数据和位置数据，并对数据进行处理，然后将处理过的数据存储到存储模块中，以保存整个采样过程煤芯的温度变化。[0007]作为优选，所述温度传感器为热电偶式温度传感器。[0008]进一步的，所述隔爆外壳分为两个部分，分为隔爆壳体和隔爆外壳盖体，并通过螺纹连接固定;所述隔爆外壳内壁附有纤维毯隔热层。[0009]作为优选，所述数据采集装置外壳为一个长方体外壳，安装隔爆外壳内部，用于固定数据采集装置，避免取芯时高速旋转对数据采集装置造成损坏，所述数据采集装置外壳可以从隔爆外壳中取出，方便数据采集装置的安装与拆除。[0010]更进一步的，所述数据采集装置，由数据处理模块、数据变送模块、电源模块、数据存储模块、按键和LED显示灯等模块组成;这些模块共同集成在一块PCB电路板上，并安装在数据采集装置外壳内；陀螺仪也集成在数据采集装置的PCB电路板。[0011]作为优选，所述电源模块由电池及一个电源管理芯片组成，数艘电池为整系统供电，所述电源管理芯片监测电池的电量，当电池所提供的电压低于某一阈值，即不能支持系统工作时，向数据处理模块发出低电压警告。[0012]进一步的，所述数据处理模块为低功耗的或者具有休眠唤醒功能的单片机，所述数据存储模块采用大容量SD卡对采集的数据进行存储。[0013]更进一步的，所述数据处理模块为MSP43〇型单片机或者具有休眠唤醒功能的ARM处理器。[0014]一种利用上述装置连续采集取芯过程煤芯温度和钻孔位置信息的方法，包括以下步骤：Stepl:将温度传感器的导线穿入到隔爆外壳内，并将温度传感器固定在隔爆外壳26上;在煤矿井下选择合适的采样地点；SteP2:将数据采集装置，安装在数据采集装置外壳内，连接好温度传感器的导线，安装上电池；Step3:开启温度检测装置，检查电源指示灯，如显示电量低则需更换电池，如果显示正常则按下启动采集按钮，数据采集装置进入温度采集工作状态；SteP4:将数据采集装置及数据采集装置外壳放入隔爆外壳内，然后密封整个装置；Step5:在煤矿井下选择合适的采样地点；Step6:将整个装置前端与空心取芯钻头相连，后端安装在钻杆上，开始打钻取芯;取芯过程结束后，将整个装置从钻杆上取下，取出数据采集装置，关闭电源;如需多次取芯，重复Step5-6；Step7:取出大容量SD卡，在井上的计算机上读取卡中存储的温度采集和钻孔位置数据。[0015]本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：本发明结构简单，体积小、功耗低，能够完整的采集并存储整个煤层取芯过程中煤样的温度变化;并根据这一温度变化测算在采样过程中煤样解吸出的瓦斯量，用来修正通过实验得出的煤层瓦斯含量，提高其准确性;并且结合钻孔过程中，温度变化数据和钻孔钻进数据来推算打钻温升的函数，使本发明对于不同性质煤层的煤层瓦斯含量测算具有更普遍的适用性;本发明适用于煤矿煤层瓦斯含量测算。附图说明[0016]图1为本发明的结构示意图。[0017]图2为本发明的主体结构示意图。[0018]图3为本发明的电气原理框图。[0019]图4为本发明的工作状态示意图。[0020]其中，1为普通的空心取芯钻头，2为温度检测装置主体，21为温度传感器，22为数据采集装置PCB电路板，23为电池盒，24为固定支架，25为温度采集装置外壳，26为隔爆外壳，3为钻杆，4为煤层。具体实施方式[0021]下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。[0022]本发明描述中，在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。实施例[0023]如图1、2所示，本发明所述的一种取芯过程煤芯温度和钻孔位置连续采集的方法与装备，包括:温度传感器，数据采集装置，陀螺仪，数据采集装置外壳，隔爆外壳；如图1，左部为普通的空心取芯钻头1，一端有螺纹，可以将其与隔爆外壳26相连接并固定，隔爆外壳26的另一端与钻杆相连；如图2,隔爆外壳26分为两个部分，分为隔爆外壳壳体和隔爆外壳盖体，并通过螺纹连接固定，可以方便的对内部的温度采集装置进行安装和拆卸，并对整个装置进行密封使其具有隔爆的特点，以保证整个装置在煤矿井下使用的安全，进一步的，所述隔爆外壳26的壳体内壁附有纤维毯隔热层，用于降低温度采集装置的工作环境温度，温度采集装置25外壳为一个长方体金属外壳，也方便温度采集装置的安装与拆除。[0024]其中温度传感器21安装隔爆外壳26的左端，通过螺纹连接并固定；隔爆外壳26左端与温度传感器21连接的螺纹中央开孔，用于将温度传感器21的导线穿入到隔爆外壳26内；温度采集装置22的电路板、电池23安装在温度采集装置25外壳内部，温度采集装置25外壳安装在在隔爆外壳26内部，空心钻头1和隔爆外壳26螺纹连接形成一个整体;在取芯过程中，温度采集装置22和温度传感器21连续测量退入到取芯管中煤样的温度，并对数据进行处理，然后将处理过的数据存储到存储模块中，以保存整个采样过程中煤芯的温度变化。[0025]如图3所示，数据采集装置22的电路板由数据处理模块、数据变送模块、电源模块、数据存储模块、按键和LED显示灯等模块组成;这些模块共同集成在一块PCB电路板上，并安装在温度采集装置25外壳内部内；另外，陀螺仪也集成在数据采集装置的电路板上。[0026]一种利用上述装置连续采集取芯过程煤芯温度和钻孔位置信息的方法，包括以下步骤：Stepl:将温度传感器21的导线穿入到隔爆外壳26内，并将温度传感器21固定在隔爆外壳上，在煤矿井下选择合适的采样地点；Step2:将22数据采集装置，安装在25数据采集装置外壳内，连接好21温度传感器的导线，安装上23电池；Step3:开启温度检测装置，检查电源指示灯，如显示电量低则需更换电池;如果显示正常则按下启动采集按钮，数据采集装置进入温度采集工作状态；Step4:将数据采集装置及数据采集装置外壳放入隔爆外壳内，然后密封整个装置；Step5:在煤矿井下选择合适的采样地点；Step6:将整个装置前端与空心取芯钻头相连，后端安装在钻杆上，开始打钻取芯;取芯过程结束后，将整个装置从钻杆上取下，取出数据采集装置，关闭电源;如需多次取芯，重复Step5_6;Step7:取出大容量SD卡，在井上的计算机上读取卡中存储的温度采集和钻孔位置数据。[0027]在煤层中钻进取样的状态如图4所示。[0028]以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

权利要求：1.一种连续采集取芯过程煤芯温度和钻孔位置信息的装置，其特征在于:包括:温度传感器，陀螺仪，数据采集装置，数据采集装置外壳，隔爆外壳;所述温度传感器通过螺纹固定在隔爆外壳管壁上，所述数据采集装置安装在数据采集装置外壳内部，所述数据采集装置外壳安装在隔爆外壳内部。2.根据权利要求1所述的一种连续采集取芯过程煤芯温度和钻孔位置信息的装置，其特征在于:所述数据采集装置和温度传感器连续测量退入到取芯钻头中煤样的温度，陀螺仪连续采集钻机钻进数据和位置数据，并对数据进行处理，然后将处理过的数据存储到存储模块中，以保存整个采样过程煤芯的温度变化。3.根据权利要求1或2所述的一种连续采集取芯过程煤芯温度和钻孔位置信息的装置，其特征在于:所述温度传感器为热电偶式温度传感器。4.根据权利要求1所述的一种连续采集取芯过程煤芯温度和钻孔位置信息的装置，其特征在于:所述隔爆外壳分为两个部分，分为隔爆壳体和隔爆外壳盖体，并通过螺纹连接固定;所述隔爆外壳内壁附有纤维毯隔热层。5.根据权利要求1所述的一种连续采集取芯过程煤芯温度和钻孔位置信息的装置，其特征在于:所述数据采集装置外壳为一个长方体外壳，安装隔爆外壳内部，用于固定数据采集装置，避免取芯时高速旋转对数据采集装置造成损坏，所述数据采集装置外壳可以从隔爆外壳中取出，方便数据采集装置的安装与拆除。6.根据权利要求1所述的一种连续采集取芯过程煤芯温度和钻孔位置信息的装置，其特征在于:所述数据采集装置，由数据处理模块、数据变送模块、电源模块、数据存储模块、按键和LED显示灯等模块组成;这些模块共同集成在一块PCB电路板上，并安装在数据采集装置外壳内；陀螺仪也集成在数据采集装置的PCB电路板。7.根据权利要求6所述的一种连续采集取芯过程煤芯温度和钻孔位置信息的装置，其特征在于:所述电源模块由电池及一个电源管理芯片组成，数艘电池为整系统供电，所述电源管理芯片监测电池的电量，当电池所提供的电压低于某一阈值，即不能支持系统工作时，向数据处理模块发出低电压警告。8.根据权利要求1所述的一种连续采集取芯过程煤芯温度和钻孔位置信息的装置，其特征在于:所述数据处理模块为低功耗的或者具有休眠唤醒功能的单片机，所述数据存储模块采用大容量SD卡对采集的数据进行存储。9.根据权利要求8所述的一种连续采集取芯过程煤芯温度和钻孔位置信息的装置，其特征在于:所述数据处理模块为MSP430型单片机或者具有休眠唤醒功能的ARM处理器。10.—种利用权利要求1-9中任一所述装置的连续采集取芯过程煤芯温度和钻孔位置信息的方法，其特征在于包括以下步骤：Stepl:将温度传感器的导线穿入到隔爆外壳内，并将温度传感器固定在隔爆外壳26上;在煤矿井下选择合适的采样地点；Step2:将数据采集装置，安装在数据采集装置外壳内，连接好温度传感器的导线，安装上电池；Step3:开启温度检测装置，检查电源指不灯，如显不电重低则需更换电池，如果显不正常则按下启动采集按钮，数据采集装置进入温度采集工作状态；Step4:将数据采集装置及数据采集装置外壳放入隔爆外壳内，然后密封整个装置；Step5:在煤矿井下选择合适的采样地点；Step6:将整个装置前端与空心取芯钻头相连，后端安装在钻杆上，开始打钻取芯;取芯过程结束后，将整个装置从钻杆上取下，取出数据采集装置，关闭电源;如需多次取芯，重复Step5-6;Step7:取出大容量SD卡，在井上的计算机上读取卡中存储的温度采集和钻孔位置数据。

百度查询： 河南理工大学 连续采集取芯过程煤芯温度和钻孔位置信息的装置和方法

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