专利名称：煤矿动力灾害危险性智能检测方法
技术领域：
本发明涉及矿山动力灾害监测及预警领域，具体涉及煤矿动力灾害危险性智能检验方法，用于煤矿动力灾害检测和预警。
背景技术：
在煤矿动力灾害危险性检验预警领域，目前国内外的现场预报主要以钻屑法为主。钻屑法(煤粉钻孔法)是通过在煤层中钻一小直径(40 50mm)钻孔，根据钻进过程中每米排出的煤粉量、进尺和发生宏观动力现象的次数鉴别煤矿动力灾害危险性的一种实用可靠方法。抚顺矿务局冲击地压研究组、阜新矿业学院冲击地压研究组和抚顺矿务局龙凤矿冲击地压研究组于1985年在《阜新矿业学院学报》上发表了“钻屑法的研究研究和应用”论文，利用自制的围压装置进行的实验室试验、以及理论计算结果，试验研究出钻屑法一整套确定冲击危险指标和判断冲击危险程度的方法和手段，具体给出了龙凤矿开采冲击地压危险煤层检测标准和冲击指标，并在龙凤煤矿进行了应用。赵阳升教授等于1987年在《岩土工程学报》上发表了 “钻屑法监测围岩压力的探索”论文，论证了钻屑量变化与围岩应力存在一定的关系。于1989年发表了 “冲击地压临界钻粉量研究”论文，研究了不同地质条件下钻粉量的变化规律。目前，国内外在应用钻屑法进行煤矿动力灾害危险性检验时，主要是通过“一块布、一杆秤、一支笔、一张纸”的方法实现，即打钻工人把一块布铺在钻杆排粉出口正下方的地面上，每钻进一米，工人就把进尺以及该米钻进过程中出现的顶钻、卡钻、吸钻和煤炮等宏观现象的次数记录在统计表内，并且每一米钻杆钻进结束，就把布上的钻粉用称称量，把称量结果记录在统计表内。继续钻进，工人重复上面方法进行数据统计。该方法进行煤矿动力灾害危险性评判其缺点是实施过程中操作人员的危险性大、工作量大、因人而异的操作误差，从而导致评判结果的不准确性，不可靠性和不科学性。目前，国内外还没有煤矿动力灾害危险性智能检测方法。为了解决基于钻屑法的冲击和突出危险性评判智能化水平低，检测过程危险性大和工作量大，克服因人而异的操作误差，发明煤矿动力灾害危险性智能检测方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种煤矿动力灾害危险性智能检测方法，该方法能够广泛适用于钻屑法的冲击地压和煤与瓦斯突出危险性检验，基于钻屑法，实现冲击和突出危险性检验的规范、可靠、安全、简洁及智能化。一种基于钻屑法的冲击地压和煤与瓦斯突出危险性智能检测方法，该方法包括(I):钻屑采集，在钻孔下方设置集料箱收集煤粉，所述集料箱采用悬挂设计，能够很好地保证集料箱的平衡。(2):钻屑称重，称重由集料箱通过挂钩和数字式称重仪表相连接实现，所述数字式称重仪表由重量传感器、数字显示式仪表、数据无线收发模块三部分组成。(3):数据传输，设置在集料装置上的数据无线收发模块和设置在手持式操作器上的无线采集发送模块实现数据的无线通讯，实时采集煤粉重量数据，发送复位和清零信号;(4):数据记录，手持式操作器把数据采集模块采集到的煤粉重量以一米为单位进行记录和存储，统计在该一米内打钻过程中所出现的顶钻、卡钻、吸钻和煤炮等宏观现象发生的次数，并且以曲线形式实时显示和预警；(5):数据处理和危险性分析软件，利用软件自动化处理钻进过程中采集到的数据，所述后处理软件具有单孔冲击危险性智能评判、多孔危险性智能评判、钻进区域危险性评价和图表的自动生成和打印三项主要功能。通过以上五部分协同工作实现冲击危险性的智能化检测。钻屑采集是利用集料箱悬挂的方式采集。钻屑称重由集料箱通过挂钩和数字式称重仪表相连接实现，数字式称重仪表由重量传感器、数字显示式仪表、数据无线收发模块三部分组成。传感器与数字显示式称重仪表之间由屏蔽线相连。数字显示式称重仪表实时显示钻屑重量，并通过无线收发模块和手持式操作器实现数据通讯。数据传输是通过设置在数字式显示表上的数据无线收发模块和设置在手持式操作器上的无线收发模块实现数据的无线通讯，实时传输和接收煤粉重量数据。数字显示式称重仪表接收手持式操作器发送的复位和清零信号；数据记录是利用手持式操作器智能化记录。手持式操作器包括数据无线采集发送模块、数据存储处理模块和交互式人机界面。手持式操作器上的无线采集发送模块和数字显示式称重仪表上的数据无线收发模块实现数据的无线通讯，实时采集煤粉重量数据，发送复位和清零信号。数据存储处理模块能够把数据采集模块采集到的煤粉重量以一米为单位进行记录、统计和存储，并且以曲线形式在人机交互界面上实时显示，同时可以记录、统计和存储在该米内打钻过程中所出现的顶钻、卡钻、吸钻和煤炮等宏观动力现象发生的次数。按照设计深度每打完一个钻孔，数据存储处理模块能够智能化的进行该钻孔区域冲击危险性判断。交互式人机界面实现两方面功能，其一是以曲线图方式显示煤粉重量和柱状图方式显示每一米顶钻、卡钻、吸钻和煤炮等宏观现象的次数，其二是发送复位和清零指令。数据智能化处理软件具有单孔冲击危险性智能评判、多孔危险性智能评判、钻进区域危险性评价和图表的自动生成以及打印等主要功能。
图1是本发明的煤矿动力灾害危险性自动检验方法工作示意图；图2是本发明的手持式操作器示意图；图1中，1-锚网；2_数字显不式称重仪表；3-支架；4-钻杆；5-钻机；6_集料箱挂钩-J-集料箱(称重箱)；8_卸料板手；
具体实施方式
一种煤矿动力灾害危险性智能检验方法，该方法包括(I):钻屑采集，在钻孔下方设置集料箱收集煤粉，所述集料箱采用悬挂设计，能够很好地保证集料箱的平衡。(2):钻屑称重，称重由集料箱通过挂钩和数字式称重仪表相连接实现，所述数字式称重仪表由重量传感器、数字显示式仪表、数据无线收发模块三部分组成。(3):数据传输，设置在集料装置上的数据无线收发模块和设置在手持式操作器上的无线采集发送模块实现数据的无线通讯，实时采集煤粉重量数据，发送复位和清零信号;(4):数据记录，手持式操作器把数据采集模块采集到的煤粉重量以一米为单位进行记录和存储，统计在该一米内打钻过程中所出现的顶钻、卡钻、吸钻和煤炮等宏观现象发生的次数，并且以曲线形式实时显示和预警；(5):数据处理和危险性分析软件，利用软件自动化处理钻进过程中采集到的数据，所述后处理软件具有单孔冲击危险性智能评判、多孔危险性智能评判、钻进区域危险性评价和图表的自动生成和打印三项主要功能。通过以上五部分协同工作实现煤矿动力灾害危险性的智能化检验。如图1所示，打钻之前，在设定好的钻孔正把支架(3)固定在锚网上(1)，数字显示式称重仪表置于支架上，集料桶通过挂钩与数字显示式称重仪表连接。开始打钻，钻屑落入集料桶，数字显示式称重仪表实时显示钻屑重量，并通过无线收发模块把数据按设定的频率发送至手持式采集器上。无线收发模块与数字仪表之间通过485通讯接口相连，可以通过此接口控制仪表清零和复位等相关操作。如图2所示，数据记录是利用手持式操作器智能化记录。手持式操作器包括数据无线采集发送模块、数据存储处理模块和交互式人机界面。手持式操作器上的无线采集发送模块和数字显示式称重仪表上的数据无线收发模块实现数据的无线通讯，实时采集煤粉重量数据，发送复位和清零信号。数据存储处理模块能够把数据采集模块采集到的煤粉重量以一米为单位进行记录、统计和存储，并且以曲线形式在人机交互界面上实时显示，同时可以记录、统计和存储在该米内打钻过程中所出现的顶钻、卡钻、吸钻和煤炮等宏观动力现象发生的次数。按照设计深度每打完一个钻孔，数据存储处理模块能够智能化的进行该钻孔区域冲击危险性判断。交互式人机界面实现两方面功能，其一是以曲线图方式显示煤粉重量和柱状图方式显示每一米顶钻、卡钻、吸钻和煤炮等宏观现象的次数，其二是发送复位和清零指令。使用时，在检验钻开始钻进，首先按下手持式操作器加杆后面的“ + ”号，此时第一根钻杆钻进过程中发生的宏观现象和煤粉重量信息将开始记录。通过螺旋钻杆螺纹排出的煤粉落到集料箱(7)内，集料箱通过挂钩和数字显示式称重仪表(2)相连接，数字显示式称重仪表实时显示集料箱内煤粉重量，同时数据收发模块把煤粉重量数据实时传输到手持式操作器，同时在手持式操作器界面绘制出时间-重量曲线，进一步，如果在钻进过程中有卡钻现象则按下卡钻后的“ + ”号，进一步，如果在钻进过程中有顶钻现象则按下顶钻后的“ + ”号，进一步，如果在钻进过程中有吸钻现象则按下吸钻后的“ + ”号，进一步，如果在钻进过程中有煤炮现象则按下煤炮后的“ + ”号。按照预先设定的算法程序，针对不同的顶钻、卡钻、吸钻、煤炮次数以及煤粉重量来判断该钻孔的危险等级。
其次，当称重箱内煤粉达到极限容积时，通过手动打开集料箱下方卸料扳手(8)实现卸料。第一根钻杆钻进完成后，开始第二根钻杆钻进前，按加杆后“ + ”号，重复第一根钻杆钻进过程操作。最后，检验工作完成后，导出手持式操作器内数据，在地面上电脑，使用该系统专用配套软件，可以自动生成所需图表和进行钻孔区域单孔、多孔以及整个打钻区域动力灾害危险性分析评判。一种煤矿动力灾害危险性检验方法，包括以下步骤(I)把电源装入数字显示式称重仪表，密封好电源舱门，打开电源开关，检查数字显示式称重仪表能否正常显示，并进行清零和复位操作。打开手持式操作器，进行数据采集。(2)开始钻进第一根钻杆，按下手持式操作器加杆后面的“ + ”号。(3)在钻进过程中有卡钻现象则按下卡钻后的“ + ”号。(4)在钻进过程中有顶钻现象则按下顶钻后的“ + ”号。(5)在钻进过程中有吸钻现象则按下吸钻后的“ + ”号。(6)在钻进过程中有煤炮现象则按下煤炮后的“ + ”号。(7)当称重箱内煤粉达到极限容积时，通过手动打开集料箱下方卸料扳手实现卸料。(8)第一根钻杆钻进完成后，开始第二根钻杆钻进前，按加杆后“ + ”号，重复第一根钻杆钻进过程操作。
权利要求
1.一种基于钻屑法的冲击地压和煤与瓦斯突出危险性智能检测方法，该方法包括(1):钻屑采集，在钻孔下方设置集料箱收集煤粉，所述集料箱采用悬挂设计，能够很好地保证集料箱的平衡。(2):钻屑称重，称重由集料箱通过挂钩和数字显示式称重仪表相连接实现，所述数字显示式称重仪表由重量传感器、数字显示式仪表、数据无线收发模块三部分组成。(3):数据传输，设置在集料装置上的数据无线收发模块和设置在手持式操作器上的无线采集发送模块实现数据的无线通讯，实时采集煤粉重量数据，发送复位和清零信号；(4):数据记录，手持式操作器把数据采集模块采集到的煤粉重量以一米为单位进行记录和存储，统计在该一米内打钻过程中所出现的顶钻、卡钻、吸钻和煤炮等宏观现象发生的次数，并且以曲线形式实时显示和预警；(5):数据处理和危险性分析软件，利用软件自动化处理钻进过程中采集到的数据，所述后处理软件具有单孔冲击危险性智能评判、多孔危险性智能评判、钻进区域危险性评价和图表的自动生成和打印三项主要功能。通过以上五部分协同工作实现煤矿动力灾害危险性的智能化检验。
2.如权利要求1所述的基于钻屑法的冲击地压危险性智能方法。其特征在于集料箱米用悬挂方式。
3.如权利要求1所述的煤矿动力灾害危险性自动检测方法，其特征在于所述数字仪表采用隔爆设计，用于把煤粉重量实时数字化显示出来；数字仪表以单片机为主要部件，用汇编语言进行软件设计，硬件则包括传感器、放大系统、A/D转换系统、CPU控制系统、LED显示系统及通讯接口电路系统六个部分。
4.如权利要求1或3所述的煤矿动力灾害危险性自动检测方法，其特征在于所述数字仪表所采用的显示器由4位LED数码管和驱动电路组成，显示的数是经过查表得到相应的显示段划码，再送到共阳极驱动电路，显示位的控制是由计算机从P3.1 口串行输出位选码经74LS164移位寄存器变成并行输出，74LS164移位寄存器有八位输出端，用其中三位控制位显示。
5.如权利要求1所述的煤矿动力灾害危险性自动检测方法，其特征在于手持式操作器能够实时采集煤粉重量信号并进行危险性预警，能够记录进尺、顶钻、卡钻、吸钻和煤炮等宏观现象信号，能够实时把记录结果以图像形式进行显示。
6.如权利要求1所述的煤矿动力灾害危险性自动检测方法，其特征在于数据处理和危险性分析软件能够进行单孔危险性分析、多孔危险性分析和钻进区域危险性评价。
全文摘要
本发明涉及矿山动力灾害危险性检验及预警领域，具体涉及一种基于钻屑法的冲击地压和煤与瓦斯突出危险性智能检验方法。该方法包括钻屑采集方法、钻屑称重方法、数据传输方法、数据记录方法，数据处理和危险性判断方法。本发明基于冲击地压和煤与瓦斯突出危险性检验方法-钻屑法，应用现代通讯技术、计算机技术和自动化技术，实现了煤矿上动力灾害危险性检验过程中自动化统计每米煤粉量、记录进尺、煤炮、顶钻、吸钻和卡钻等宏观现象，实现煤矿动力灾害危险性检验过程的智能化。该智能化检测方法克服了传统煤矿上动力灾害检验过程的危险性大、工作量大、人为因素大等缺陷，实现了检测过程的安全、智能、可靠、轻松的目的。
文档编号E21F17/18GK103032100SQ201210533509
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日
发明者王佳良, 刘伟建, 姜福兴, 武颖奎 申请人:北京安科兴业科技有限公司