CN1087075C - 一种用于测量煤岩体强度的智能化测试方法 - Google Patents
一种用于测量煤岩体强度的智能化测试方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1087075C CN1087075C CN 91108169 CN91108169A CN1087075C CN 1087075 C CN1087075 C CN 1087075C CN 91108169 CN91108169 CN 91108169 CN 91108169 A CN91108169 A CN 91108169A CN 1087075 C CN1087075 C CN 1087075C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coal
- rock
- test
- motor
- microprocessor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000003245 coal Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 title description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 51
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 27
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 4
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000010998 test method Methods 0.000 claims description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 abstract description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000009795 derivation Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 abstract description 2
- 206010063385 Intellectualisation Diseases 0.000 abstract 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000013467 fragmentation Methods 0.000 description 2
- 238000006062 fragmentation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003034 coal gas Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
一种用于测量煤岩体强度的智能化测试方法，最适用于矿井煤岩体强度的测试。采用智能化微处理器测试***，实时采集和处理钻孔数据，并应用信息反馈技术测试工艺过程的方法，分段消除各种摩擦因素对测试***的影响；实现该方法的钻孔测试装置由电钻电机、钻杆、钻头、支承架，导轨和单片机、A/D模数转换板及信号调节电路等组合而成。其测试方法简单易行、准确可靠；测试的装置结构合理，紧凑，使用方便，具有广泛的实用性。
Description
本发明涉及一种用于测量煤岩体强度的智能化测试方法，它属于煤岩体强度测试技术领域。
众所周知，采矿工程的主要对象是岩石(包括煤炭)，破碎煤岩和防止煤岩的破碎是采矿工程所特有的矛盾，正确地评价煤岩坚固性指标和准确地测定煤岩坚固性指标，是处理这一矛盾的前提。煤和瓦斯突出是矿井生产中严重的自然灾害之一，煤和瓦斯突出的发生与发展是由地应力、瓦斯和煤体的物理力学性质这三大要素综合作用的结果。在预测预报瓦斯突出方法的研究方面，基本上都是直接或间接地测试反映这三大要素的参数入手的。就测试煤体的力学性质而言，目前，还没有简便易行、准确可靠、统一的标准方法。
在我国采矿工程界常用来测定煤岩体强度和坚固性系数的主要方法是普氏坚固性系数法，该方法所测定的值，实际上反映的是煤样的抗破碎的能力，而不是在突出的发生与发展过程中起重要作用的煤体强度。此外还有单轴抗压强度，点载荷强度，回弹硬度，侵入硬度，碎屑法，切割法，凿岩比力等方法，它们的不足之处在于；
1.不能直接测量工作面前方煤岩体的坚固性系数和力学指标；
2.不能进行多点连续测试；
3.测试过程复杂，设备庞大；
4.数据处理技术落后；
5.测试过程中影响正常的生产作业。
针对以上测试技术存在的问题，本发明的目的是研究一种测试技术现代化，数据采集计算机化，且测试过程与钻孔工作同时进行，并随着工作面的不断推移可连续多点测试的新技术。
本发明的目的是通过下述方案实现的：
旋转式电钻在煤岩体内钻孔的过程，是钻头刀刃连续切剥煤岩体的过程，通过力学分析，理论推导和实验研究建立起钻头上转矩与煤岩体强度之间，钻头上转矩与电机输入电功率之间的关系式。因此，通过测试电机输入的电功率和解算已建立的数学模型，就可以测定被切剥的煤岩体强度值。
测试钻头上转矩的大小通过下述途径实现。钻头上转矩是由电机输出轴上转矩提供的，而电机输出轴上转矩的大小，又影响电机输入能量的变化。但是，电机输入电功率的大小，并不直接与电机输出轴上转矩的大小成一元线性关系，而是受多种因素影响，比如电动机的定子和转子电流的变化将会引起电动机定、转子铜耗和铁耗的变化。电机输出轴上转矩与钻头上转矩之间并不是固定不变的关系，而是受钻孔深度影响和被切剥煤体强度影响的。比如，钻杆与钻孔壁之间摩擦阻力矩就是随钻孔深度增加而变化的。钻机自牵引***的牵引力也是一个变化的量。
由上所述可见，由普通的测试仪表和测试方法是无法通过测量输入电切率的值求得煤岩体强度的值。
本发明是通过下述技术途径实现上述目的。
首先，在理论分析和实验研究的基础上建立测试***和数学模型，数学模型中考虑了不同因素在不同阶段对测试***的影响，采用信息反馈技术和分段测试的工艺过程，消除不同阶段不同因素的影响。
第二、采用先进的微处理器智能化测试技术，实时采集数据，实时处理数据，实时解算测试***数学模型，求解出被切剥煤岩体强度值，并根据测得的电量值，应用电机负载和空载特性曲线对电机定、转子铜耗、铁耗和电机的机械损耗都进行实时处理。随钻机钻进测得的不同点的煤岩体强度值、存贮在内存中，在需要时显示和打印出测定的煤岩体强度值。
第三，采用合理的测试工艺过程，消除一些因素对测试***的影响。
1.测定出钻头(1)空转时，电机输出轴上的转矩，作为初始数据存入内存中。
2.钻头连续切削煤岩时，应用前面所述测试技术，随钻孔的深入，每隔一段距离(5厘米左右)、距离可任选、测定出一个被切剥处煤岩体强度值，而这个测定值是分布在5厘米长度内40多个连续测试值的平均值。用这个值表征该处煤岩强度，具有较高的稳定性和可靠性，在不同点上测定的煤岩强度值可直接由点阵液晶显示器显示出，并存贮在内存中。内存的测定值，在需要时可打印出。
3.在完成一段几十米的连续测试后，测试段长度可任意选择。在钻孔底部、钻头(1)空转时测试电机输出轴上的转矩与第一步测定的初始值相结合，可确定出钻杆与钻孔壁摩擦阻力矩，然后由微处理器对已测试的强度值进行误差修正。经过修正的强度值存在内存中，需要时可打印出，也可显示出。
在现场测试中，智能化测试***可适当远离电钻的工作位置，可实现远距离测试。
第四，智能化测试***由硬件和软件两大部分组成，硬件***可由单板机、A/D模数转换板和信号调节电路组成，也可由单板机与***芯片开发成智能化测试仪表组成。目前，我们正在应用MCS-51系列单板机开发专门的测试煤岩体强度的智能化仪表。其性能大大优于由TP801B单板机等组成的测试***。
下面结合附图和单板机与模数转换板等组成的测试***对本发明作进一步描述。
附图为煤岩体强度智能化测试技术及装置的示意图。它由钻头(1)、三通(2)、钻杆(3)、注气器(4)、电机(5)、电缆(6)、控制手轮(7)、支承架(8)、导尘管(9)、进气管(10)、除尘器(11)、导轨(12)、信号调节装置、模/数转换接口电路板和TP801B单板机组成，智能化测试***中还配备编制的4K字节的软件测试程序，实现了煤岩体强度智能化测试的目的。在实验室条件下，对本发明进行了模拟实验考查和研究。
结果表明：1.测试数据的离散性比其它矿山岩石性质参数的测试数据要小；2.测试***能正确反映出试块强度上的变化；3.本发明能够直接测定出受地应力、瓦斯压力、地质构造等因素作用下煤岩体的强度，能正确反映出地压、瓦斯对煤岩体强度的影响；4.测试过程简单，对生产影响较小，本发明首次实现了煤岩体强度连续、智能化测试。
本发明具有广阔的应用前景。目前我们正在从事专门的智能化仪表研究，并已搞出由MCS-51系列单板机开发的智能化仪表样机。在采矿工程的各个领域，特别是在煤瓦斯突出机理和预报方法的研究上具有重要的意义。目前我们承担的“八五”攻关项目和博士点基金项目，都是以本发明作为技术基础的。本发明的实际应用必将改变目前煤和瓦斯突出预报方法和预报技术的落后面貌，使煤岩体强度测试技术和煤与瓦斯突出预报方法现代化、智能化，为煤矿生产和安全的现代化做贡献。
Claims (1)
1.一种用于测量煤岩体强度的智能化测试方法，其特征在于：采用单板机、A/D模数转换板和信号调节电路组合成的微处理器测试***，将电钻电机(5)的输入电功率模拟信号转换成数字信号，通过单板机对数据进行运算处理，将40个经过误差修正后的强度值的平均值作为该测试段的煤岩体强度，其测试方法步骤如下：
a.首先根据测试目的所要求知道的某一固定分段长度上的煤岩体强度值来确定分段长度；
b.启动电机(5)，让钻头(1)空转不切削煤岩体，通过上述微处理器测定并记录电机(5)的空转转矩，作为初始数据存入内存中；
c.转动手轮(7)，控制电钻沿导轨(12)向前移动，钻杆(3)和钻头(1)旋转前进并切削煤岩体，随着钻头(1)的钻进，通过上述微处理器实时输出一个电机(5)的转矩值，存入内存中；
d.上述分段测试长度为5厘米，通过微处理器连续测定并记录在该段范围内的40个转矩值，存入内存中；
e.再将上述电机空转转矩值与钻孔过程中的电机转矩值，通过微处理器分别进行误差修正；
f.经过误差修正后的转矩值，通过由上述微处理器进行处理，取40个数的平均值作为该测试段的煤岩体强度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 91108169 CN1087075C (zh) | 1991-09-10 | 1991-09-10 | 一种用于测量煤岩体强度的智能化测试方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 91108169 CN1087075C (zh) | 1991-09-10 | 1991-09-10 | 一种用于测量煤岩体强度的智能化测试方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1059599A CN1059599A (zh) | 1992-03-18 |
| CN1087075C true CN1087075C (zh) | 2002-07-03 |
Family
ID=4909087
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 91108169 Expired - Fee Related CN1087075C (zh) | 1991-09-10 | 1991-09-10 | 一种用于测量煤岩体强度的智能化测试方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1087075C (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101131091B (zh) * | 2007-07-26 | 2011-12-21 | 煤炭科学研究总院重庆分院 | 井下煤层压风螺旋钻进机具及使用该机具钻孔的方法 |
| CN103728175B (zh) * | 2014-01-06 | 2016-01-06 | 西南石油大学 | 一种钻井岩石力学多参数测试装置 |
| CN104727851B (zh) * | 2015-02-01 | 2017-01-04 | 山东科技大学 | 煤矿采场围岩应力快速评估方法 |
| CN106053274B (zh) * | 2016-05-17 | 2019-11-29 | 西南石油大学 | 一种岩石研磨性参数和金属耐磨性参数测试装置 |
| CN107378052A (zh) * | 2017-09-08 | 2017-11-24 | 桂林加宏汽车修理有限公司 | 一种基于mems的钻孔装置及方法 |
| CN112504816B (zh) * | 2020-12-17 | 2022-06-07 | 东华理工大学 | 一种岩石力学真三轴实验装置 |
-
1991
- 1991-09-10 CN CN 91108169 patent/CN1087075C/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1059599A (zh) | 1992-03-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | Sensitivity analysis of drilling parameters in rock rotary drilling process based on orthogonal test method | |
| CN112761524B (zh) | 凿岩台车智能钻臂及岩体质量探测评估方法 | |
| CN100489266C (zh) | 油田窜流通道的检测方法 | |
| CN202000991U (zh) | 一种潜孔钻机钻孔过程数据的实时采集装置 | |
| CN1087075C (zh) | 一种用于测量煤岩体强度的智能化测试方法 | |
| CN200982967Y (zh) | 模拟水平定向钻孔施工中能预测泥浆性能的实验装置 | |
| CN102436014B (zh) | 一种地下水封洞库多参数立体地质结构评价方法 | |
| CN201826829U (zh) | 测试管柱应力测试器 | |
| Wang et al. | Development and application of a multifunction true triaxial rock drilling test system | |
| CN100590292C (zh) | 模拟水平定向钻孔施工中能预测泥浆性能的实验装置 | |
| CN112924311B (zh) | 一种利用钻孔消耗电能检测混凝土抗压强度的方法 | |
| CN115184144A (zh) | 一种基于摩擦角与剩余弹性能指数来预测岩爆倾向性的方法 | |
| CN111206923B (zh) | 一种利用钻能确定节理岩体模量比与强度比的测试方法 | |
| CN103091016A (zh) | 基于全钻头试验测试硬件***的测试方法 | |
| CN103091006A (zh) | 用于钻头齿圈破岩性能的测试方法 | |
| CN103091015A (zh) | 全钻头试验测试硬件***及其测试方法 | |
| CN103091083A (zh) | 钻头性能参数测试***及其测试方法 | |
| CN114017029A (zh) | 一种煤体应力随钻测量实验方法及装置 | |
| CN115749730B (zh) | 一种随钻岩石力学参数预测方法和*** | |
| CN103104246A (zh) | 钻头性能参数测试方法 | |
| LI et al. | Prediction Method of the Boreability and Performance for Hard Rock TBM Tunnel | |
| CN110055944A (zh) | 一种可实现连续工作、连续记录的静力触探设备 | |
| CN103089237A (zh) | 用于钻头齿圈破岩性能的测试***及其测试方法 | |
| CN103104242A (zh) | 钻头齿圈复合破岩试验***及其试验方法 | |
| CN103105291A (zh) | 钻头齿圈复合破岩试验方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |