CN114235480B - 煤层瓦斯含量负压定点取样方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于煤矿瓦斯检测技术领域，具体地，涉及煤层瓦斯含量负压定点取样方法，包括：利用行走探测单元对井下巷道进行扫描,并将扫描信息以无线通信方式发送给远程控制装置以构建巷道三维空间模型，远程控制装置以无线通信方式对行走探测单元进行遥控；通过远程控制装置在巷道三维空间模型上规划取样路径和取样坐标，并设定取样参数；利用行走取样单元按规划的取样路径进行行走，到达取样坐标后，按远程控制装置设定的取样参数进行钻孔和定点取样，远程控制装置通过无线通信方式对行走取样单元进行遥控。本发明自动化程度高，操作方便，可降低工作人员作业强度并提高工作效率，适宜推广应用。
Description
技术领域
本发明属于煤矿瓦斯检测技术领域，具体地，涉及煤层瓦斯含量负压定点取样方法。
背景技术
煤层瓦斯含量测试是煤矿瓦斯灾害防治中的一项基础工作，不但制约着矿井瓦斯危险程度预测的准确性，而且影响着后续瓦斯防治措施的可靠性。目前，煤层瓦斯含量直接测定方法主要采用解吸法，主要有三大步骤，第一步是在新暴露的煤壁、石门或者岩石巷道打钻采集煤样；第二步是煤样的解吸瓦斯量测定；第三步是实验室残存瓦斯含量测定。现有的煤层瓦斯取样方法多停留在实验阶段，且自动化水平低，操作不方便，作业强度大，工作效率低，不适宜推广应用，由此，亟需加以改进。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供的煤层瓦斯含量负压定点取样方法，包括如下步骤：
S1、利用行走探测单元对井下巷道的地理位置数据(如坐标信息)、煤层数据(如煤层分布)和巷道环境数据(如巷道内的障碍物尺寸、位置等)进行扫描,并将扫描信息以无线通信方式发送给远程控制装置以构建巷道三维空间模型，所述远程控制装置以无线通信方式对行走探测单元进行遥控；
S2、通过远程控制装置在巷道三维空间模型上规划取样路径和取样坐标，并设定取样参数(如取样点的钻孔深度、取样时间等)；
S3、利用行走取样单元按规划的取样路径进行行走，到达取样坐标后，按远程控制装置设定的取样参数进行钻孔和定点取样，所述远程控制装置通过无线通信方式对行走取样单元进行遥控。
优选的，所述远程控制装置包括：中央处理器和分别与所述中央处理器电连接的数据存储装置、第三无线数据收发装置和人机交互装置。工作人员通过人机交互装置向远程控制装置输入控制指令，再通过数据存储装置、第三无线数据收发装置对行走探测单元和行走取样单元进行远程遥控。
优选的，所述行走探测单元包括第一遥控小车和探测机械臂，所述探测机械臂的底部固定在第一遥控小车上，且探测机械臂的顶部设有探测头，所述探测头包括探测数据处理器、距离传感器、扫描仪、陀螺仪和探测头角度定位控制驱动机构，所述探测头角度定位控制驱动机构至少包括沿左右水平方向为中轴线旋转移动的A坐标旋转驱动机构和沿前后水平方向为中轴线旋转移动的B坐标旋转驱动机构；所述第一遥控小车包括第一无线数据收发装置，并通过第一无线数据收发装置与所述远程控制装置无线通信连接，以实现工作人员控制所述第一遥控小车在井下巷道内行走；所述距离传感器、扫描仪、陀螺仪分别与探测数据处理器电连接，所述探测数据处理器和探测头角度定位控制驱动机构分别与第一无线数据收发装置电连接，远程控制装置可通过第一无线数据收发装置对探测头进行数据收集和角度控制。
优选的，所述行走取样单元包括第二遥控小车、钻孔机械臂和负压取样装置，所述钻孔机械臂的底部固定在第二遥控小车上，所述钻孔机械臂包括钻孔机械臂驱动机构，钻孔机械臂驱动机构包括控制钻孔机械臂左右水平方向移动的X坐标驱动机构、控制钻孔机械臂前后水平方向移动的Y坐标驱动机构、控制钻孔机械臂竖直方向移动的Z坐标驱动机构、沿左右水平方向为中轴线旋转移动的C坐标旋转驱动机构和沿前后水平方向为中轴线旋转移动的D坐标旋转驱动机构；所述钻孔机械臂的顶端设置有钻孔装置，所述第二小车上还设有第二无线数据收发装置，并通过第二无线数据收发装置与所述远程控制装置无线通信连接，以实现工作人员控制所述第二遥控小车在井下巷道内沿预设的取样路径和取样参数进行行走和取样，所述钻孔机械臂驱动机构与第二无线数据收发装置电连接，所述远程控制装置可通过第二无线数据收发装置，对钻孔机械臂上的钻孔装置的位置进行精确调整。
优选的，所述钻孔装置包括防爆电机和中空钻杆，所述中空钻杆与防爆电机的输出轴转动连接，所述中空钻杆的前端安装有钻头，中空钻杆的钻头端设有第一风口，所述中空钻杆靠近防爆电机端设有第二风口，所述防爆电机的壳体上通过支架连接有环形风罩，所述环形风罩套接在中空钻杆的第二风口外且与中空钻杆转动且密封连接，所述环形风罩上连接有压风软管和取样软管，所述压风软管和取样软管上分别设有压风电磁阀和取样电磁阀，所述压风电磁阀和取样电磁阀均为防爆电磁阀，所述负压取样装置包括设于第二遥控小车上的压风机和煤样采集器，所述压风机的出气端与压风软管相连接，所述煤样采集器的采样口与取样软管相连接，且煤样采集器的出气口连接有负压泵，所述防爆电机、压风电磁阀、取样电磁阀、压风机、负压泵分别与第二无线数据收发装置电连接，所述远程控制装置可通过第二无线数据收发装置对钻孔装置和负压取样装置进行远程控制。
优选的，所述第一遥控小车和第二遥控小车的行走机构均采用全地形履带行走机构，行走稳定性好，操作方便。
优选的，所述人机交互装置包括触摸显示屏，可实现高效便捷的人机交互。
优选的，所述行走探测单元、远程控制装置和行走取样单元分别设有电源装置，所述电源装置包括储电器和充电器，用于保证相应设备的电源供应。
优选的，所述井下巷道内还设有无线数据中继器，所述行走探测单元、行走取样单元均可通过无线数据中继器与远程控制装置实现无线通信连接，行走探测单元和行走取样单元距离远程控制装置距离较远时，为防止信号衰弱，影响作业范围，通过无线数据中继器作为中转站，实现远程控制装置对行走探测单元和行走取样单元的远程稳定控制。
本发明中未加限定的装置和组件均采用本领域中的常规技术手段，本领域的技术人员可根据实际的使用需求来选择相应装置和组件的型号、安装方式，明确的了解其具体如何安装与控制，在此不再详细描述。
本发明的工作原理是，将现有技术中成熟的远程控制设计方法与煤矿井下煤层瓦斯定点取样的需求有机结合，利用行走探测单元对井下巷道的地理位置数据、煤层数据和巷道环境数据进行探测和收集后发送给远程控制装置以构建巷道三维空间模型，工作人员通过远程控制装置在巷道三维空间模型上规划取样路径和取样坐标，并设定取样参数，行走取样单元根据远程控制装置发生的工作指令进行行走、钻孔和取样。
本发明的有益效果是，本发明自动化程度高，操作方便，可降低工作人员作业强度并提高工作效率，适宜推广应用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是实施例中本发明的整体结构示意图。
图2是图1中的行走取样单元的整体结构示意图。
图3是本发明的整体控制结构图。
图4本发明的远程控制装置的控制结构图。
图5是本发明的行走探测单元的控制结构图。
图6是本发明的行走取样单元的控制结构图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图以及具体实施例对本发明进行清楚地描述，在此处的描述仅仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
实施例
请参照图1～3，本发明提供本发明提供的煤层瓦斯含量负压定点取样方法，包括如下步骤：
S1、利用行走探测单元1对井下巷道2的地理位置数据(如坐标信息)、煤层数据(如煤层分布)和巷道环境数据(如巷道内的障碍物尺寸、位置等)进行扫描,并将扫描信息以无线通信方式发送给远程控制装置3以构建巷道三维空间模型，所述远程控制装置以无线通信方式对行走探测单元进行遥控；
S2、通过远程控制装置在巷道三维空间模型上规划取样路径和取样坐标，并设定取样参数(如取样点的钻孔深度、取样时间等)；
S3、利用行走取样单元4按规划的取样路径进行行走，到达取样坐标后，按远程控制装置设定的取样参数进行钻孔和定点取样，所述远程控制装置通过无线通信方式对行走取样单元进行遥控。
请参照图4，本实施例中，所述远程控制装置包括：中央处理器和分别与所述中央处理器电连接的数据存储装置、第三无线数据收发装置和人机交互装置。工作人员通过人机交互装置向远程控制装置输入控制指令，再通过数据存储装置、第三无线数据收发装置对行走探测单元和行走取样单元进行远程遥控。
请参照图1和5，本实施例中，所述行走探测单元包括第一遥控小车1-1和探测机械臂1-2，所述探测机械臂的底部固定在第一遥控小车上，且探测机械臂的顶部设有探测头1-3，所述探测头包括探测数据处理器、距离传感器、扫描仪、陀螺仪和探测头角度定位控制驱动机构，所述探测头角度定位控制驱动机构至少包括沿左右水平方向为中轴线旋转移动的A坐标旋转驱动机构和沿前后水平方向为中轴线旋转移动的B坐标旋转驱动机构；所述第一遥控小车包括第一无线数据收发装置1-4，并通过第一无线数据收发装置与所述远程控制装置无线通信连接，以实现工作人员控制所述第一遥控小车在井下巷道内行走；所述距离传感器、扫描仪、陀螺仪分别与探测数据处理器电连接，所述探测数据处理器和探测头角度定位控制驱动机构分别与第一无线数据收发装置电连接，远程控制装置可通过第一无线数据收发装置对探测头进行数据收集和角度控制。
请参照图1、图2和图6，本实施例中，所述行走取样单元包括第二遥控小车4-1、钻孔机械臂4-2和负压取样装置，所述钻孔机械臂的底部固定在第二遥控小车上，所述钻孔机械臂包括钻孔机械臂驱动机构，钻孔机械臂驱动机构包括控制钻孔机械臂左右水平方向移动的X坐标驱动机构、控制钻孔机械臂前后水平方向移动的Y坐标驱动机构、控制钻孔机械臂竖直方向移动的Z坐标驱动机构、沿左右水平方向为中轴线旋转移动的C坐标旋转驱动机构和沿前后水平方向为中轴线旋转移动的D坐标旋转驱动机构；所述钻孔机械臂的顶端设置有钻孔装置，所述第二小车上还设有第二无线数据收发装置4-3，并通过第二无线数据收发装置与所述远程控制装置无线通信连接，以实现工作人员控制所述第二遥控小车在井下巷道内沿预设的取样路径和取样参数进行行走和取样，所述钻孔机械臂驱动机构与第二无线数据收发装置电连接，所述远程控制装置可通过第二无线数据收发装置，对钻孔机械臂上的钻孔装置的位置进行精确调整。
请参照图2和图6，本实施例中，所述钻孔装置包括防爆电机4-4和中空钻杆4-5，所述中空钻杆与防爆电机的输出轴转动连接，所述中空钻杆的前端安装有钻头，中空钻杆的钻头端设有第一风口，所述中空钻杆靠近防爆电机端设有第二风口，所述防爆电机的壳体上通过支架连接有环形风罩4-6，所述环形风罩套接在中空钻杆的第二风口外且与中空钻杆转动且密封连接，所述环形风罩上连接有压风软管4-7和取样软管4-8，所述压风软管和取样软管上分别设有压风电磁阀和取样电磁阀，所述压风电磁阀和取样电磁阀均为防爆电磁阀，所述负压取样装置包括设于第二遥控小车上的压风机4-9和煤样采集器4-10，所述煤样采集器的结构与专利文件CN201310749625.3中公开的煤样采集器结构相同。所述压风机的出气端与压风软管相连接，所述煤样采集器的采样口与取样软管相连接，且煤样采集器的出气口连接有负压泵4-11，所述防爆电机、压风电磁阀、取样电磁阀、压风机、负压泵分别与第二无线数据收发装置电连接，所述远程控制装置可通过第二无线数据收发装置对钻孔装置和负压取样装置进行远程控制。
请参照图1，本实施例中，所述第一遥控小车和第二遥控小车的行走机构均采用全地形履带行走机构，行走稳定性好，操作方便。
本实施例中，所述人机交互装置包括触摸显示屏(图中未示出)，可实现高效便捷的人机交互。
本实施例中，所述行走探测单元、远程控制装置和行走取样单元分别设有电源装置(图中未示出)，所述电源装置包括储电器和充电器，用于保证相应设备的电源供应。
请参照图1和图3，本实施例中，所述井下巷道内还设有无线数据中继器5，所述行走探测单元、行走取样单元均可通过无线数据中继器与远程控制装置实现无线通信连接，行走探测单元和行走取样单元距离远程控制装置距离较远时，为防止信号衰弱，影响作业范围，通过无线数据中继器作为中转站，实现远程控制装置对行走探测单元和行走取样单元的远程稳定控制。
本发明的工作原理是，将现有技术中成熟的远程控制设计方法与煤矿井下煤层瓦斯定点取样的需求有机结合，利用行走探测单元对井下巷道的地理位置数据、煤层数据和巷道环境数据进行探测和收集后发送给远程控制装置以构建巷道三维空间模型，工作人员通过远程控制装置在巷道三维空间模型上规划取样路径和取样坐标，并设定取样参数，行走取样单元根据远程控制装置发生的工作指令进行行走、钻孔和取样。
以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (5)
1.煤层瓦斯含量负压定点取样方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、利用行走探测单元对井下巷道的地理位置数据、煤层数据和巷道环境数据进行扫描,并将扫描信息以无线通信方式发送给远程控制装置以构建巷道三维空间模型，所述远程控制装置以无线通信方式对行走探测单元进行遥控；
所述远程控制装置包括：中央处理器和分别与所述中央处理器电连接的数据存储装置、第三无线数据收发装置和人机交互装置；
所述行走探测单元包括第一遥控小车和探测机械臂，所述探测机械臂的底部固定在第一遥控小车上，且探测机械臂的顶部设有探测头，所述探测头包括探测数据处理器、距离传感器、扫描仪、陀螺仪和探测头角度定位控制驱动机构，所述探测头角度定位控制驱动机构至少包括沿左右水平方向为中轴线旋转移动的A坐标旋转驱动机构和沿前后水平方向为中轴线旋转移动的B坐标旋转驱动机构；所述第一遥控小车包括第一无线数据收发装置，并通过第一无线数据收发装置与所述远程控制装置无线通信连接，以实现工作人员控制所述第一遥控小车在井下巷道内行走；所述距离传感器、扫描仪、陀螺仪分别与探测数据处理器电连接，所述探测数据处理器和探测头角度定位控制驱动机构分别与第一无线数据收发装置电连接，远程控制装置可通过第一无线数据收发装置对探测头进行数据收集和角度控制；
S2、通过远程控制装置在巷道三维空间模型上规划取样路径和取样坐标，并设定取样参数；
S3、利用行走取样单元按规划的取样路径进行行走，到达取样坐标后，按远程控制装置设定的取样参数进行钻孔和定点取样，所述远程控制装置通过无线通信方式对行走取样单元进行遥控；
所述行走取样单元包括第二遥控小车、钻孔机械臂和负压取样装置，所述钻孔机械臂的底部固定在第二遥控小车上，所述钻孔机械臂包括钻孔机械臂驱动机构，钻孔机械臂驱动机构包括控制钻孔机械臂左右水平方向移动的X坐标驱动机构、控制钻孔机械臂前后水平方向移动的Y坐标驱动机构、控制钻孔机械臂竖直方向移动的Z坐标驱动机构、沿左右水平方向为中轴线旋转移动的C坐标旋转驱动机构和沿前后水平方向为中轴线旋转移动的D坐标旋转驱动机构；所述钻孔机械臂的顶端设置有钻孔装置，所述第二遥控小车上还设有第二无线数据收发装置，并通过第二无线数据收发装置与所述远程控制装置无线通信连接，以实现工作人员控制所述第二遥控小车在井下巷道内沿预设的取样路径和取样参数进行行走和取样，所述钻孔机械臂驱动机构与第二无线数据收发装置电连接，所述远程控制装置可通过无线数据收发装置对钻孔机械臂上的钻孔装置的位置进行精确调整；
所述钻孔装置包括防爆电机和中空钻杆，所述中空钻杆与防爆电机的输出轴转动连接，所述中空钻杆的前端安装有钻头，中空钻杆的钻头端设有第一风口，所述中空钻杆靠近防爆电机端设有第二风口，所述防爆电机的壳体上通过支架连接有环形风罩，所述环形风罩套接在中空钻杆的第二风口外且与中空钻杆转动且密封连接，所述环形风罩上连接有压风软管和取样软管，所述压风软管和取样软管上分别设有压风电磁阀和取样电磁阀，所述压风电磁阀和取样电磁阀均为防爆电磁阀，所述负压取样装置包括设于第二遥控小车上的压风机和煤样采集器，所述压风机的出气端与压风软管相连接，所述煤样采集器的采样口与取样软管相连接，且煤样采集器的出气口连接有负压泵，所述防爆电机、压风电磁阀、取样电磁阀、压风机、负压泵分别与第二无线数据收发装置电连接，所述远程控制装置可通过第二无线数据收发装置对钻孔装置和负压取样装置进行远程控制。
2.根据权利要求1所述的煤层瓦斯含量负压定点取样方法，其特征在于：所述第一遥控小车和第二遥控小车的行走机构均采用全地形履带行走机构。
3.根据权利要求1所述的煤层瓦斯含量负压定点取样方法，其特征在于：所述人机交互装置包括触摸显示屏。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的煤层瓦斯含量负压定点取样方法，其特征在于：所述行走探测单元、远程控制装置和行走取样单元分别设有电源装置，所述电源装置包括储电器和充电器。
5.根据权利要求4所述的煤层瓦斯含量负压定点取样方法，其特征在于：所述井下巷道内还设有无线数据中继器，所述行走探测单元、行走取样单元均可通过无线数据中继器与远程控制装置实现无线通信连接。
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