[发明专利]一种识别煤矿巷道顶板岩石性质的方法及装置

权利要求书

1.一种识别煤矿巷道顶板岩石性质的装置，其特征在于：包括扭矩与转速传感器、位移传感器、力传感器、锚杆机，PDC钻头、钻杆以及控制器；

所述位移传感器一端固定在锚杆机的支腿尾部，另外一端固定在锚杆机的支腿上部，所述控制器固定在锚杆机的支腿上部，所述PDC钻头安装在钻杆A上，扭矩与转速传感器与钻杆B连接，气动锚杆机固定连接钻杆B，所述力传感器通过螺栓与力传感器的机械接头连接，力传感器机械接头与锚杆机底部通过螺栓固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种识别煤矿巷道顶板岩石性质的装置，其特征在于：所述扭矩与转速传感器上部为凹型内六棱柱，通过凹槽内壁的内六棱柱，钻杆A为外六棱柱，扭矩与转速传感器中部为通孔，下部为凸型外六棱柱设计，通过凸型杆体外六棱柱与气动锚杆钻机机主轴凹型内六棱柱相连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种识别煤矿巷道顶板岩石性质的装置，其特征在于：所述力传感器设置在位移传感器旁边。

4.根据权利要求3所述的一种识别煤矿巷道顶板岩石性质的装置，其特征在于：所述扭矩与转速传感器内轴设置桥式应变片，外套内部安装调理电路，外套外面装有底座，底座通过铁块与锚杆机机身相连接。

5.根据权利要求4所述的一种识别煤矿巷道顶板岩石性质的装置，其特征在于：所述力传感器与力传感器支撑通过螺纹连接，力传感器支撑底部为尖型接头。

6.根据权利要求5所述的一种识别煤矿巷道顶板岩石性质的装置，其特征在于：所述扭矩与转速传感器、位移传感器、力传感器外部与控制器通过电缆相连接。

7.根据权利要求6所述的一种识别煤矿巷道顶板岩石性质的装置，其特征在于：所述控制器内包括电源模块、通信模块、数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块和无线传输模块，所述电源模块、通信模块、数据采集模块、数据存储模块、无线传输模块与所述数据处理模块相连接，所述数据采集模块连接扭矩与转速传感器、位移传感器、力传感器，所述无线传输模块将存储在数据存储模块中的数据以无线通信的方式传送至接收设备。

8.采用权利要求1—7所述识别煤矿巷道顶板岩石性质的装置的一种识别煤矿巷道顶板岩石性质的方法，其特征在于：包括如下步骤：

Q1、通过PDC钻头破碎岩石；

Q2、获取扭矩与转速传感器、位移传感器、力传感器的数据，并将数据导入如下公式：

锚杆机的马达Δt时间内钻孔消耗能量ΔE₁

ΔE₁＝FuΔt

式中：F为给进支腿气缸给进力；u为给进支腿气缸给进速度；

给进气动支腿Δt时间内所做的功ΔE₂分别计算如下：

ΔE₂＝T_Mω_MΔt

钻进岩石的能量为：

ΔE＝ΔE₁+ΔE₂

钻孔破碎的岩石体积ΔV为：

ΔV＝uΔtA_Z

式中A_z为钻孔的断面积，即钻掘单位体积的岩石钻孔需要的能量W为：

故，

其中，F为锚杆钻机气动支腿的给进力，F参数通过力传感器获得，u参数通过位移传感器，对时间求导获得速度获得，T_M参数通过扭矩与转速传感器获得和ω_M参数通过扭矩与转速传感器获得，即可得到不同岩层的钻孔比功和相应的单轴抗压强度。