一种矿用测头伸缩式煤体孔径测量装置的制作方法

本发明涉及煤矿井下钻孔直径测量技术领域，具体涉及一种矿用测头伸缩式煤体孔径测量装置。

背景技术：

在岩土工程领域，常涉及钻孔作业。在基桩钻孔施工过程中，成孔的孔径、孔深等对基桩承载稳定影响较大，常通过成孔质量检测仪来测其基础数据，以检测成孔是否符合设计标准。如公开的专利(cn201610983056.2，cn201710419727.7，cn201610642298.5)对桩孔孔径等成孔质量方面通过接触或非接触，机械式或非机械式的方法以期实现基桩钻孔检测手段新的探索。在与钻孔技术相近的钻井技术领域，井径的测量仪器也在不断发展进步，多采用接触式的量臂技术，如公开的专利(cn201410594486.6，cn201310091163.0，cn201310092127.6，cn201310172590.1)。

在煤矿井下，钻孔施工作业极为频繁，如支护所需钻孔，瓦斯抽采钻孔，卸压钻孔，注浆钻孔，放炮钻孔等。其中锚杆支护和瓦斯抽采所需钻孔占煤矿总打孔量的绝大部分。在锚杆支护方面涉及钻孔直径、锚杆直径，锚固剂直径的“三径匹配”问题，瓦斯抽采主要涉及钻孔孔径与抽采效果关系的问题，对于以上问题，钻孔孔径准确测定是保证支护稳定与抽采效果的前提。因此，准确测量煤体钻孔直径，及时把握孔径变化，对煤矿锚杆支护和瓦斯抽采具有十分重要的意义。

虽基桩钻孔孔径与钻井井径测量技术在岩土领域发展迅速，但现阶段煤矿井下所采用的煤体钻孔直径的测量方法多为经验估算法，相关仪器设备鲜见。现场通常根据钻头尺寸来预估钻头完成钻进后的煤体成孔直径，或通过直尺测煤体孔表面直径，难以测煤体钻孔内部直径。但由于孔径的尺寸不仅由钻头直径决定，更受其它方面的影响如围岩性质，钻进速度，钻进时间，钻进压力等，另外，由于钻孔煤壁表面应力与煤体深部应力不一致，煤体孔径往往由钻孔浅部至深部逐渐变化。所以，用单一的钻头尺寸指标来估算钻孔孔径或用表面直径表征整个煤体钻孔孔径是不合适的，容易造成煤矿井下“三径匹配”不合格，锚杆支护锚固力低下，瓦斯抽采效果与预期差距大等严重问题，需要能够直接测量的装置来反映真实煤体孔径。

同时，由于煤矿井下受钻介质为松软破碎的煤，易产生孔径不均匀缩小，孔壁面不平整，不光滑，起伏较大，孔的深部与浅部孔径不一致等问题，孔径测量装置应具有测变孔径能力，能适应壁面起伏，能深入整个钻孔测全长全断面直径。另外，煤矿井下钻孔直径一般较小，应保证装置尺寸的精巧化，降低装置成本。

综上所述，精确测量煤矿井下煤体钻孔孔径对锚杆支护的三径匹配和瓦斯抽采效果预测具有重要意义。现阶段在该领域多用经验来估算钻头成孔孔径或仅测成孔表面直径预测孔内直径，同时由于钻孔的钻进环境影响，煤体钻孔还存在着成孔壁面起伏，孔径收缩不均匀，孔的深浅部孔径不一致等问题，目前还没有测头伸缩式煤体孔径测量装置及方法。

技术实现要素：

本发明的目的是：提出一种矿用测头伸缩式煤体孔径测量装置，可用于煤矿井下煤体钻孔孔径的精确测量，可适应孔内不平整，起伏较大的壁面，可测深浅孔直径，通过接触孔壁面直接测量来反映真实孔径。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种矿用测头伸缩式煤体孔径测量装置，包括圆筒，圆筒的一端设有圆筒前挡板，该端探入钻孔，另一端径向上设有第一表盘；圆筒的筒壁开有第一圆筒测头孔，第一测头穿过第一圆筒测头孔，一端露出于圆筒，另一端连接设置于圆筒内且与圆筒内壁平行的第一横杆，第一横杆的一端指向第一表盘；所述装置为径向对称结构，在圆筒的另一侧对称设置有第二圆筒测头孔、第二测头、第二横杆、第二表盘；在第一圆筒测头孔和第二圆筒测头孔之间连通有滑筒，滑筒中部设有挡板，滑筒内挡板与第一横杆之间设有第一弹簧，滑筒的筒壁上径向开有第一滑筒横杆滑道，第一横杆可沿第一滑筒横杆滑道滑动，第一测头可在滑筒内滑动；自然状态时，第一横杆在第一弹簧的作用下紧贴圆筒内壁，其一端对准第一表盘上的d/2+h刻度，此时第一测头处于最大外露状态；d表示圆筒的外径，h表示第一测头在滑筒内的最大行程；当第一测头受压向圆筒内运动时，第一测头带动第一横杆向圆筒轴线方向运动，第一横杆在运动过程中指向第一表盘上的不同刻度，当第一测头完全缩进圆筒时，第一横杆指向第一表盘的d/2刻度；同样的，在装置另一侧设有第二弹簧、第二滑筒横杆滑道。

进一步的，所述圆筒及第一横杆、第二横杆的长度可根据煤体钻孔长度进行调整。

进一步的，所述第一圆筒测头孔、第二圆筒测头孔距离圆筒前挡板长度小于第一测头、第二测头的最大外露长度h。

进一步的，所述第一测头、第二测头的最大外露长度h等于第一测头、第二测头在滑筒内的的最大行程h。

有益效果：该装置能深入整个煤体钻孔测全长孔的直径，精确反映煤体钻孔内外的直径变化，对煤矿领域内的三径匹配和瓦斯抽采所涉及的煤体钻孔直径精确测量问题有了很好的解决。可适应壁面起伏较大、不光滑不平整煤体钻孔，可测量深浅孔，结构简单精巧，成本较低。

附图说明

附图1是本发明的结构主视图；

附图2是本发明的结构主视图a—a剖面图；

附图3是本发明的结构主视图b—b剖面图；

图中：1—围岩，2—孔壁，3—钻孔，4a—第一测头，4b—第二测头，5a—第一测头横孔，5b—第二测头横孔，6a—第一测头底挡块，6b—第二测头底挡块，7—圆筒，8a—第一圆筒测头孔，8b—第二圆筒测头孔，9a—第一横杆，9b—第二横杆，10—滑筒，11a—第一弹簧，11b—第二弹簧，12—滑筒挡板，13—圆筒前挡板，14a—第一表盘，14b—第二表盘，15—表盘横杆滑道，16a—第一滑筒横杆滑道，16b—第二滑筒横杆滑道，17a—第一指针，17b—第二指针，18a—第一刻度，18b—第二刻度，19a—第一读数，19b—第二读数，20—表盘指针终止区。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明的一种测头伸缩式孔径测量装置包括：第一测头4a，第二测头4b，第一测头横孔5a，第二测头横孔5b，第一测头底挡块6a，第二测头底挡块6b，圆筒7，第一圆筒测头孔8a，第二圆筒测头孔8b，第一横杆9a，第二横杆9b，滑筒10，第一弹簧11a，第二弹簧11b，滑筒挡板12，圆筒前挡板13，第一表盘14a，第二表盘14b，表盘横杆滑道15，第一滑筒横杆滑道16a，第二滑筒横杆滑道16b，第一指针17a，第二指针17b。

圆筒7在径向有对称圆筒测头孔8a，8b，孔下方连接圆筒7内部的滑筒10，滑筒10中部含有滑筒挡板12隔离成为独立的上下两部分，同时滑筒10径向开滑筒横杆滑道16。第一、第二表盘14a，14b用粘结剂粘贴于圆筒7一侧。

向滑筒10内部放置第一弹簧11a。第一测头4a穿过第一圆筒测头孔8a，第一测头4a的直径略小于第一圆筒测头孔8a孔径。轻压第一测头4a，第一测头底挡块6a卡进第一弹簧11a上部，第一测头底挡块6a的高度大于第一弹簧11a最大压缩状态时的高度，此时将第一横杆9a一端穿过第一测头横孔5a直通过表盘横杆滑道15，并在该端粘贴第一指针17a，第一横杆9a另一端留1～2cm在第一测头横孔5a左侧。圆筒7及第一横杆9a长度可根据钻孔长度进行调整。第一横杆9a及第一测头4a在第一弹簧11a弹力作用下，紧贴于圆筒7内壁，此时第一测头4a处于最大外露状态。

同理，向滑筒10内部放置第二弹簧11b，第二测头4b穿过第二圆筒测头孔8b，第二测头4b的直径略小于第二圆筒测头孔8b，孔径轻压第二测头4b，第二测头底挡块6b卡进第二弹簧11b上部，第二测头底挡块6b的高度大于第二弹簧11b最大压缩状态时的高度，此时将第二横杆9b一端穿过第二测头横孔5b直通过表盘横杆滑道15，并在该端粘贴第二指针17b，第二横杆9b另一端留1～2cm在第二测头横孔5b左侧。第二横杆9b及第二测头4b在第二弹簧11b弹力作用下，紧贴于圆筒7内壁，此时第二测头4b处于最大外露状态。

圆筒测头孔8a，8b距离圆筒前挡板13长度小于测头4a，4b最大外露长度。圆筒前挡板13通过胶结剂粘贴于圆筒7前。测头4a，4b沿滑筒10上下滑动过程中，带动横杆9a，9b的上下运动，横杆9a，9b端面的指针17a，17b通过刻度18a，18b显示读数19a，19b，经换算可得钻孔3直径。

上述装置测量孔径的方法，包括如下步骤：

(1)将装置缓慢伸入到在围岩1中已完成的的待测量孔径的钻孔3中，装置水平中心应与钻孔3中心在同一线上。

(2)钻孔3孔壁2并非完全光滑平整，测头4a，4b会在钻孔孔壁2起伏处伸缩，测头4a，4b沿滑筒10上下伸缩滑动时，带动横杆9a，9b的上下运动，横杆9a，9b上的指针17a，17b会指示相应刻度18a，18b。

(3)当装置在钻孔3内，两个测头4a，4b漏出圆筒7最大高度的状态时，此时该装置可测最大孔径为圆筒7外径d与2倍的测头4a，4b在滑筒的最大行程h之和，当两个测头4a，4b完全缩入圆筒7内，此时可测最小孔径为圆筒7外径d，装置量程为d～d+2h。

(4)根据精度要求，上下盘各划分5个主刻度，由于两个测头4a，4b完全独立，互不影响，为便于计算直径，上表盘14a与下表盘14b分别读数19a，19b，上下表盘读数19a，19b之和为孔径直径。

(5)当上表盘14a指针17a读数19a为d/2+h/2，下表盘14b指针17b指读数19b为d/2+3h/4时，读数19a、19b之和d+5h/4即为钻孔孔径。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，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。