[发明专利]一种识别煤矿巷道顶板岩石性质的方法及装置

说明书

本发明提供了一种识别煤矿巷道顶板岩石性质的方法及装置，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；并按通过PDC钻头破碎岩石，后获取扭矩与转速传感器、位移传感器、力传感器的数据，并将数据导入公式获取钻掘单位体积的岩石钻孔需要的能量，通过本发明的测量装置，获取扭矩与转速传感器、位移传感器、力传感器感测钻进岩石时的参数，来判定岩石的单轴抗压强度，识别相应的顶板岩层软弱夹层厚度，测量装置直接安装于气动锚杆钻机与钻杆直连，操作简单，使用方便，可以在顶板进行支护前，有效识别出其顶板是否存在软弱夹层隐患，可以节约大量的人力物力，最大限度的保护人民的生命财产安全。

技术领域

本发明涉及煤炭开采技术领域，尤其是涉及用于煤炭资源开采过程中，用来识别判断煤矿软弱夹层性质的一种识别煤矿巷道顶板岩石性质的方法及装置。

背景技术

煤炭是我国的基础能源，近年来，受国民经济快速发展的推动，我国煤炭产销量呈快速增长的势头，在煤炭开采过程中，需要对巷道顶板进行支付，以保证井下作业人员和设备的安全，因此在煤炭开采中，识别煤矿巷道顶板岩石性质至关重要，如果对于顶板的岩性不能及时探明，巷道支护设计则不能随顶板岩性的变化及时变更，现有技术中，经常出现的问题是支护强度不够或过强的情况，支护强度不够会导致软弱夹层事故，而支护强度过剩则又会导致人力和物力的浪费。

目前，判断巷道顶板是否存在软弱夹层隐患，主要是通过对顶板岩石取芯判别，这种方式是在进行气动锚杆钻机钻孔后利用岩石取芯，然后进行人工分析，存在周期长、取芯点的布置存在局限性等缺点。

发明内容

针对上述背景技术所阐述的问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种识别煤矿巷道顶板岩石性质的方法及装置，解决了对于煤炭开采中，巷道顶板岩性快速预判的技术问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种识别煤矿巷道顶板岩石性质的装置，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。

上述技术方案中，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。

上述技术方案中，所述力传感器设置在位移传感器旁边。

上述技术方案中，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。

上述技术方案中，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。

上述技术方案中，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。

上述技术方案中，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。

一种识别煤矿巷道顶板岩石性质的方法，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：