一種模擬煤層鉆進(jìn)可視化鉆孔排渣試驗(yàn)系統(tǒng)及其試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于礦井瓦斯防治技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種模擬煤層鉆進(jìn)可視化鉆孔排渣試驗(yàn)系統(tǒng)及其試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤礦瓦斯防治工作需嚴(yán)格堅(jiān)持“先抽后采，監(jiān)測(cè)監(jiān)控，以風(fēng)定產(chǎn)”的12字工作方針。由于安全可靠的地面井預(yù)抽瓦斯受煤層地質(zhì)條件的限制，當(dāng)前，瓦斯抽采以井下瓦斯抽采為主，井下瓦斯抽采以鉆孔施工為前提。受地應(yīng)力、瓦斯壓力、鉆桿擾動(dòng)力等因素作用，鉆孔變形量大，鉆孔排渣空間收縮，鉆肩運(yùn)移阻力增大，鉆肩易發(fā)生堆積、堵塞并致使鉆孔施工被迫終止，當(dāng)處理不當(dāng)時(shí)，掉鉆、斷鉆及孔內(nèi)瓦斯燃燒等事故伴隨發(fā)生。鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆肩能否及時(shí)排出決定著鉆孔施工能否繼續(xù)進(jìn)行，鉆桿截面形狀、鉆桿旋轉(zhuǎn)速度、鉆肩顆粒大小等因素都會(huì)影響鉆肩在孔內(nèi)的運(yùn)移狀態(tài)，采用現(xiàn)有的流體力學(xué)理論進(jìn)行計(jì)算，難以真實(shí)反映這些因素對(duì)鉆肩運(yùn)移的影響。因此，有必要開(kāi)發(fā)一種煤層鉆進(jìn)可視化鉆孔排渣試驗(yàn)系統(tǒng)及其試驗(yàn)方法，測(cè)試不同類(lèi)型鉆桿、不同煤層傾角、不同鉆桿旋轉(zhuǎn)速度，鉆孔內(nèi)鉆肩啟動(dòng)段和穩(wěn)定運(yùn)移段鉆肩的運(yùn)移特征，為實(shí)際工程中確定鉆肩量與供風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)壓、風(fēng)速、風(fēng)量之間的適配關(guān)系提供技術(shù)指導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種模擬煤層鉆進(jìn)可視化鉆孔排渣試驗(yàn)系統(tǒng)及其試驗(yàn)方法，該裝置能夠測(cè)試不同類(lèi)型鉆桿、不同煤層傾角、不同鉆桿旋轉(zhuǎn)速度，鉆孔內(nèi)鉆肩啟動(dòng)段和穩(wěn)定運(yùn)移段鉆肩的運(yùn)移特征。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種模擬煤層鉆進(jìn)可視化鉆孔排渣試驗(yàn)系統(tǒng)，包括供風(fēng)裝置、鉆孔排渣試驗(yàn)臺(tái)、調(diào)速電機(jī)、鉆肩運(yùn)移觀測(cè)裝置，所述供風(fēng)裝置通過(guò)進(jìn)風(fēng)膠管與鉆孔排渣試驗(yàn)臺(tái)上的透明材質(zhì)鉆孔入口連接，調(diào)速電機(jī)固定在鉆孔排渣試驗(yàn)臺(tái)上，鉆桿一端安裝在調(diào)速電機(jī)上，通過(guò)透明材質(zhì)鉆孔內(nèi)腔，鉆桿另一端安裝在鉆孔排渣試驗(yàn)臺(tái)支撐架上，鉆肩運(yùn)移觀測(cè)裝置安裝在鉆孔排渣試驗(yàn)臺(tái)的一側(cè)。
[0005]所述供風(fēng)裝置由空氣壓縮機(jī)、控制開(kāi)關(guān)、進(jìn)風(fēng)膠管、壓力表組成。
[0006]所述鉆孔排渣試驗(yàn)臺(tái)由支撐架、進(jìn)渣箱、箱體、風(fēng)壓-風(fēng)速-風(fēng)量一體式檢測(cè)儀1、透明材質(zhì)鉆孔、鉆桿、風(fēng)壓-風(fēng)速-風(fēng)量一體式檢測(cè)儀2、出渣箱、試驗(yàn)臺(tái)支架、升降調(diào)節(jié)器組成。
[0007]所述鉆肩運(yùn)移觀測(cè)裝置由高速攝像儀1、高速攝像儀2組成。
[0008]一種模擬煤層鉆進(jìn)可視化鉆孔排渣試驗(yàn)系統(tǒng)及其試驗(yàn)方法，試驗(yàn)方法包括以下步驟:
①連接供風(fēng)裝置，將鉆桿安裝在鉆孔排渣試驗(yàn)臺(tái)的透明材質(zhì)鉆孔內(nèi)并固定于調(diào)速電機(jī)上，在透明材質(zhì)鉆孔上安裝風(fēng)壓-風(fēng)速-風(fēng)量一體式檢測(cè)儀；
②啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)，打開(kāi)控制開(kāi)關(guān)檢測(cè)風(fēng)壓-風(fēng)速-風(fēng)量一體式檢測(cè)儀測(cè)試數(shù)據(jù)的靈敏性；
③設(shè)定進(jìn)渣箱的進(jìn)渣量，設(shè)定調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速，啟動(dòng)速度電機(jī)，開(kāi)始排渣試驗(yàn)；
④風(fēng)壓-風(fēng)速-風(fēng)量一體式檢測(cè)儀測(cè)試不同進(jìn)渣量、不同類(lèi)型鉆桿鉆孔內(nèi)鉆肩由啟動(dòng)到穩(wěn)定運(yùn)移風(fēng)壓、風(fēng)速、風(fēng)量的變化特征；
⑤打開(kāi)高速攝像儀，觀測(cè)透明材質(zhì)鉆孔內(nèi)鉆肩啟動(dòng)段和鉆肩穩(wěn)定運(yùn)移段的運(yùn)移狀態(tài)。
[0009]所述步驟⑤中，鉆孔內(nèi)鉆肩啟動(dòng)段運(yùn)移狀態(tài)是使用高速攝像儀I記錄不同進(jìn)渣量、不同類(lèi)型鉆桿鉆肩由靜止到被氣流加速到穩(wěn)定運(yùn)移的距離和所需時(shí)間。
[0010]所述步驟⑤中，鉆孔內(nèi)鉆肩穩(wěn)定運(yùn)移段運(yùn)移狀態(tài)是使用高速攝像儀2記錄不同進(jìn)渣量、不同類(lèi)型鉆桿鉆肩穩(wěn)定運(yùn)移的特征。
[0011]由于采用了上述方案，本發(fā)明具有以下特點(diǎn):
①.驅(qū)動(dòng)鉆桿旋轉(zhuǎn)裝置采用多級(jí)調(diào)速電機(jī)，可進(jìn)行鉆桿不同旋轉(zhuǎn)速度排渣試驗(yàn)。
[0012]②.通過(guò)在試驗(yàn)臺(tái)支架設(shè)置升降調(diào)節(jié)器，可進(jìn)行不同鉆孔傾角的排渣試驗(yàn)。
[0013]③.通過(guò)調(diào)節(jié)鉆孔排渣試驗(yàn)臺(tái)上鉆孔的內(nèi)徑，可進(jìn)行不同鉆孔直徑的排渣試驗(yàn)。
[0014]④.在實(shí)際鉆孔工程中，煤層地質(zhì)條件、鉆進(jìn)速度等因素都會(huì)影響鉆肩量的多少，本發(fā)明可通過(guò)進(jìn)渣箱調(diào)節(jié)進(jìn)渣量，因此，可間接模擬不同煤層地質(zhì)條件、不同鉆進(jìn)速度的排渣試驗(yàn)。
[0015]⑤.通過(guò)在透明材質(zhì)鉆孔不同位置上安裝風(fēng)壓-風(fēng)速-風(fēng)量一體式檢測(cè)儀，同時(shí)配合高速攝像儀，可觀測(cè)鉆孔內(nèi)任意區(qū)間鉆肩運(yùn)移特征。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明可視化鉆孔排渣試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖1所示，一種模擬煤層鉆進(jìn)可視化鉆孔排渣試驗(yàn)系統(tǒng)及其試驗(yàn)方法，包括供風(fēng)裝置(1)、鉆孔排渣試驗(yàn)臺(tái)(2)、調(diào)速電機(jī)(3)、鉆肩運(yùn)移觀測(cè)裝置(4)，其特征在于:所述供風(fēng)裝置(I)通過(guò)進(jìn)風(fēng)膠管(13)與鉆孔排渣試驗(yàn)臺(tái)(2)上的透明材質(zhì)鉆孔(25)入口連接，調(diào)速電機(jī)(3 )固定在鉆孔排渣試驗(yàn)臺(tái)(2 )上，鉆桿(26 ) —端安裝在調(diào)速電機(jī)(3 )上，通過(guò)透明材質(zhì)鉆孔(25)內(nèi)腔，鉆桿(25)另一端安裝在鉆孔排渣試驗(yàn)臺(tái)(2)支撐架(21)上，鉆肩運(yùn)移觀測(cè)裝置(4)安裝在鉆孔排渣試驗(yàn)臺(tái)(2)的一側(cè)。供風(fēng)裝置(I)由空氣壓縮機(jī)(11)、控制開(kāi)關(guān)(12)、進(jìn)風(fēng)膠管(13)、壓力表(14)組成。鉆孔排渣試驗(yàn)臺(tái)(2)由支撐架(21)、進(jìn)渣箱
(22)、箱體(23)、風(fēng)壓-風(fēng)速-風(fēng)量一體式檢測(cè)儀I (24)、鉆孔(25)、鉆桿(26)、風(fēng)壓-風(fēng)速-風(fēng)量一體式檢測(cè)儀2 (27)、出渣箱(28)、試驗(yàn)臺(tái)支架(29)、升降調(diào)節(jié)器(210)組成。鉆肩運(yùn)移觀測(cè)裝置(4)由高速攝像儀I (41)、高速攝像儀2 (42)組成。
[0018]一種模擬煤層鉆進(jìn)可視化鉆孔排渣試驗(yàn)系統(tǒng)及其試驗(yàn)方法，試驗(yàn)方法包括以下步驟:
①連接供風(fēng)裝置(1)，將鉆桿(26)安裝在鉆孔排渣試驗(yàn)臺(tái)(2)的透明材質(zhì)鉆孔(25)內(nèi)并固定于調(diào)速電機(jī)(3)上，在透明材質(zhì)鉆孔(25)上安裝風(fēng)壓-風(fēng)速-風(fēng)量一體式檢測(cè)儀；
②啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)(11)，打開(kāi)控制開(kāi)關(guān)(12)檢測(cè)風(fēng)壓-風(fēng)速-風(fēng)量一體式檢測(cè)儀測(cè)試數(shù)據(jù)的靈敏性； ③設(shè)定進(jìn)渣箱(22)的進(jìn)渣量，設(shè)定調(diào)速電機(jī)(3)轉(zhuǎn)速，啟動(dòng)速度電機(jī)，開(kāi)始排渣試驗(yàn)；
④風(fēng)壓-風(fēng)速-風(fēng)量一體式檢測(cè)儀測(cè)試不同進(jìn)渣量、不同類(lèi)型鉆桿鉆孔內(nèi)鉆肩由啟動(dòng)到穩(wěn)定運(yùn)移風(fēng)壓、風(fēng)速、風(fēng)量的變化特征；
⑤打開(kāi)高速攝像儀，觀測(cè)鉆孔內(nèi)鉆肩啟動(dòng)段和鉆肩穩(wěn)定運(yùn)移段的運(yùn)移狀態(tài)。
[0019]步驟⑤中，鉆孔內(nèi)鉆肩啟動(dòng)段運(yùn)移狀態(tài)是使用高速攝像儀I記錄不同進(jìn)渣量、不同類(lèi)型鉆桿鉆肩由靜止到被氣流加速到穩(wěn)定運(yùn)移的距離和所需時(shí)間。
[0020]步驟⑤中，鉆孔內(nèi)鉆肩穩(wěn)定運(yùn)移段運(yùn)移狀態(tài)是使用高速攝像儀2記錄不同進(jìn)渣量、不同類(lèi)型鉆桿鉆肩穩(wěn)定運(yùn)移的特征。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種模擬煤層鉆進(jìn)可視化鉆孔排渣試驗(yàn)系統(tǒng)，包括供風(fēng)裝置、鉆孔排渣試驗(yàn)臺(tái)、調(diào)速電機(jī)、鉆肩運(yùn)移觀測(cè)裝置，其特征在于:所述供風(fēng)裝置通過(guò)進(jìn)風(fēng)膠管與鉆孔排渣試驗(yàn)臺(tái)上的透明材質(zhì)鉆孔入口連接，調(diào)速電機(jī)固定在鉆孔排渣試驗(yàn)臺(tái)上，鉆桿一端安裝在調(diào)速電機(jī)上，通過(guò)透明材質(zhì)鉆孔內(nèi)腔，鉆桿另一端安裝在鉆孔排渣試驗(yàn)臺(tái)支撐架上，鉆肩運(yùn)移觀測(cè)裝置安裝在鉆孔排渣試驗(yàn)臺(tái)的一側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬煤層鉆進(jìn)可視化鉆孔排渣試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述供風(fēng)裝置由空氣壓縮機(jī)、控制開(kāi)關(guān)、進(jìn)風(fēng)膠管、壓力表組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬煤層鉆進(jìn)可視化鉆孔排渣試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述鉆孔排渣試驗(yàn)臺(tái)由支撐架、進(jìn)渣箱、箱體、風(fēng)壓-風(fēng)速-風(fēng)量一體式檢測(cè)儀1、透明材質(zhì)鉆孔、鉆桿、風(fēng)壓-風(fēng)速-風(fēng)量一體式檢測(cè)儀2、出渣箱、試驗(yàn)臺(tái)支架、升降調(diào)節(jié)器組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬煤層鉆進(jìn)可視化鉆孔排渣試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述鉆肩運(yùn)移觀測(cè)裝置由高速攝像儀1、高速攝像儀2組成。
5.一種模擬煤層鉆進(jìn)可視化鉆孔排渣試驗(yàn)系統(tǒng)及其試驗(yàn)方法，采用如權(quán)利要求1所述的一種模擬煤層鉆進(jìn)可視化鉆孔排渣試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:包括以下步驟: ①連接供風(fēng)裝置，將鉆桿安裝在鉆孔排渣試驗(yàn)臺(tái)的透明材質(zhì)鉆孔內(nèi)并固定于調(diào)速電機(jī)上，在透明材質(zhì)鉆孔上安裝風(fēng)壓-風(fēng)速-風(fēng)量一體式檢測(cè)儀； ②啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)，打開(kāi)控制開(kāi)關(guān)檢測(cè)風(fēng)壓-風(fēng)速-風(fēng)量一體式檢測(cè)儀測(cè)試數(shù)據(jù)的靈敏性； ③設(shè)定進(jìn)渣箱的進(jìn)渣量，設(shè)定調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速，啟動(dòng)調(diào)速電機(jī)，開(kāi)始排渣試驗(yàn)； ④風(fēng)壓-風(fēng)速-風(fēng)量一體式檢測(cè)儀測(cè)試不同進(jìn)渣量、不同類(lèi)型鉆桿鉆孔內(nèi)鉆肩由啟動(dòng)到穩(wěn)定運(yùn)移風(fēng)壓、風(fēng)速、風(fēng)量的變化特征； ⑤打開(kāi)高速攝像儀，觀測(cè)透明材質(zhì)鉆孔內(nèi)鉆肩啟動(dòng)段和鉆肩穩(wěn)定運(yùn)移段的運(yùn)移狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的試驗(yàn)方法，其特征在于:所述步驟⑤中，鉆孔內(nèi)鉆肩啟動(dòng)段運(yùn)移狀態(tài)是使用高速攝像儀I記錄不同進(jìn)渣量、不同類(lèi)型鉆桿鉆肩由靜止到被氣流加速到穩(wěn)定運(yùn)移的距離和所需時(shí)間。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的試驗(yàn)方法，其特征在于:所述步驟⑤中，鉆孔內(nèi)鉆肩穩(wěn)定運(yùn)移段運(yùn)移狀態(tài)是使用高速攝像儀2記錄不同進(jìn)渣量、不同類(lèi)型鉆桿鉆肩穩(wěn)定運(yùn)移的特征。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種模擬煤層鉆進(jìn)可視化鉆孔排渣試驗(yàn)系統(tǒng)及其試驗(yàn)方法，包括供風(fēng)裝置、鉆孔排渣試驗(yàn)臺(tái)、調(diào)速電機(jī)、鉆屑運(yùn)移觀測(cè)裝置，所述供風(fēng)裝置通過(guò)進(jìn)風(fēng)膠管與鉆孔排渣試驗(yàn)臺(tái)上的鉆孔入口連接，調(diào)速電機(jī)固定在鉆孔排渣試驗(yàn)臺(tái)上，鉆桿一端安裝在調(diào)速電機(jī)上，通過(guò)鉆孔內(nèi)腔，鉆桿另一端安裝在鉆孔排渣試驗(yàn)臺(tái)上支撐架上，鉆屑運(yùn)移觀測(cè)裝置安裝在鉆孔排渣試驗(yàn)臺(tái)的一側(cè)。其試驗(yàn)方法：將鉆桿安裝在鉆孔排渣試驗(yàn)臺(tái)的鉆孔內(nèi)并固定于調(diào)速電機(jī)上，安裝檢測(cè)儀器和觀測(cè)裝置，連接供風(fēng)裝置，調(diào)試試驗(yàn)系統(tǒng)穩(wěn)定性，開(kāi)始鉆孔排渣試驗(yàn)。本發(fā)明設(shè)計(jì)新穎，可測(cè)試不同類(lèi)型鉆桿、不同煤層傾角、不同鉆桿旋轉(zhuǎn)速度，鉆孔內(nèi)鉆屑啟動(dòng)段和穩(wěn)定運(yùn)移段鉆屑的運(yùn)移特征。
【IPC分類(lèi)】G01M9-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104792489
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510173331
【發(fā)明人】王永龍, 孫玉寧, 王振鋒
【申請(qǐng)人】河南理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年4月14日