一种瓦斯抽采钻孔变形监测装置及方法与流程

本发明涉及煤矿井下瓦斯抽采技术领域，尤其涉及一种瓦斯抽采钻孔变形监测装置及方法。

背景技术：

煤与瓦斯突出是一种破坏性十分严重的矿井瓦斯动力现象，对矿井安全生产和职工生命安全构成重大威胁。目前底板穿层钻孔抽采已成为防治煤与瓦斯突出的主要技术措施，得到了广泛应用。随着抽采时间的推移，抽采钻孔易受巷道围岩变形影响，抽采钻孔孔径发生收缩、孔壁发生错断等变形破坏，抽采钻孔围岩发育裂隙漏气，抽采钻孔抽采管、封孔材料遭受挤压、拉伸剪切等作用，其完整性、密封性遭到破坏，形成了漏气通道，降低了瓦斯抽采效果。

因此，有必要采用特定的方法和装置，通过测定抽采钻孔孔径收缩、孔壁错断等变形参数以及这些变形的发育范围，优化封孔技术和封孔参数，提高钻孔密封效果，进而保证瓦斯抽采效果，为煤矿安全高效生产提供技术支持。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供一种结构简单、使用方便，且能够准确监测瓦斯抽采钻孔各种变形情况的瓦斯抽采钻孔变形监测装置及方法。

第一方面，本发明实施例提供一种瓦斯抽采钻孔变形监测装置，包括前端孔径测量部件、中间连接管件和尾部数据显示部件，其中：

所述前端孔径测量部件包括前端连接管、位于所述前端连接管内的前端连接杆、以及位于所述前端连接管上的连杆机构，所述连杆机构的前端铰接固定在所述前端连接管的前端，所述前端连接杆的前端驱动连接所述连杆机构的后端以使所述连杆机构折叠或张开从而实现对钻孔直径的测量；

所述中间连接管件包括中间连接管和位于所述中间连接管内的中间连接杆；

所述尾部数据显示部件包括尾部连接管和位于所述尾部连接管内的尾部连接杆；

所述前端连接管、中间连接管和尾部连接管依次连接固定，所述前端连接杆、中间连接杆和尾部连接杆也依次连接固定，所述尾部连接管上设置有能够根据所述尾部连接杆的移动距离显示出钻孔直径的标尺。

结合第一方面，在第一方面的一种实施方式中，所述连杆机构为由等长的两根连杆在端部铰接而成；或者，所述连杆机构为四连杆机构，由等长的四根连杆依次首尾铰接而成。

结合第一方面，在第一方面的另一种实施方式中，所述连杆机构为四连杆机构，所述四连杆机构包括一根长连杆和三根等长的短连杆，所述短连杆的长度为所述长连杆的长度的一半，从所述长连杆的一端起依次首尾铰接所述三根短连杆至所述长连杆的中部，从而得到所述四连杆机构。

结合第一方面，在第一方面的再一种实施方式中，所述四连杆机构的前端铰接点固定在所述前端连接管的前端，所述前端连接杆的前端驱动连接所述四连杆机构的后端铰接点以使所述四连杆机构折叠或张开从而实现对钻孔直径的测量；

所述前端孔径测量部件还包括与所述前端连接管平行的探测杆件，所述四连杆机构的下端铰接点铰接所述探测杆件的一端，所述探测杆件上设置有滑槽，所述长连杆的另一端通过销轴固定在所述滑槽内。

结合第一方面，在第一方面的又一种实施方式中，所述四连杆机构的后端铰接点设置有u型连接叉头，所述前端连接杆的前端为t形并插接配合在所述u型连接叉头中。

结合第一方面，在第一方面的又一种实施方式中，所述前端连接管的内侧中部设置有环状台阶，所述环状台阶和u型连接叉头之间设置有用于推动所述u型连接叉头的复位弹簧。

结合第一方面，在第一方面的又一种实施方式中，所述前端连接管、中间连接管和尾部连接管依次插接连接固定，所述前端连接杆、中间连接杆和尾部连接杆通过螺母依次连接固定。

结合第一方面，在第一方面的又一种实施方式中，所述中间连接管内设置有用于支撑所述中间连接杆的环形台阶。

结合第一方面，在第一方面的又一种实施方式中，所述尾部连接管内设置有与所述尾部连接杆固定连接的活动轴件，所述尾部连接管上设置有用于驱动所述活动轴件沿所述尾部连接管纵向移动的活动手柄，所述标尺套设在所述尾部连接管上，所述活动手柄上设置有用于读取所述标尺上数值的刻线。

第二方面，本发明实施例提供一种利用上述瓦斯抽采钻孔变形监测装置监测钻孔直径的方法，包括：

步骤1：驱动所述活动手柄，使所述四连杆机构折叠，从而使所述四连杆机构的宽度小于所述钻孔的直径，然后将所述前端孔径测量部件伸入所述钻孔；

步骤2：松开所述活动手柄，保持所述探测杆件贴附于所述钻孔的孔壁，将所述前端孔径测量部件不断伸入所述钻孔，记录所述标尺的刻度变化。

本发明实施例提供的瓦斯抽采钻孔变形监测装置及方法，结构简单、使用方便，且能够准确监测瓦斯抽采钻孔各种变形情况，从而可以用于优化封孔技术和封孔参数，提高钻孔密封效果，进而保证瓦斯抽采效果，为煤矿安全高效生产提供技术支持。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明的瓦斯抽采钻孔变形监测装置的整体结构示意图；

图2为图1所示瓦斯抽采钻孔变形监测装置的剖面结构示意图；

图3为本发明中连杆机构另一结构形式的结构示意图，其中(a)为折叠状态，(b)为张开状态；

图4为本发明中连杆机构再一结构形式的结构示意图，其中(a)为折叠状态，(b)为张开状态。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一方面，本发明实施例提供一种瓦斯抽采钻孔变形监测装置，主要应用于煤矿瓦斯抽采工程中，如图1-2所示，该装置包括前端孔径测量部件1、中间连接管件2和尾部数据显示部件3(需要说明的是，在图1-2中，左侧为前端，右侧为尾部)，其中：

前端孔径测量部件1包括前端连接管11、位于前端连接管11内的前端连接杆12、以及位于前端连接管11上的连杆机构13，连杆机构13的前端铰接固定在前端连接管11的前端，前端连接杆12的前端驱动连接连杆机构13的后端以使连杆机构13折叠或张开从而实现对钻孔直径的测量；

中间连接管件2包括中间连接管21和位于中间连接管21内的中间连接杆22，中间连接管件2用于起到推送前端孔径测量部件1进入钻孔内的作用，根据孔深需要，可以仅使用1根，也可以串联多根使用，为方便使用，中间连接管件2的长度可以设计为每根1米；

尾部数据显示部件3包括尾部连接管31和位于尾部连接管31内的尾部连接杆32；

前端连接管11、中间连接管21和尾部连接管31依次连接固定，前端连接杆12、中间连接杆22和尾部连接杆32也依次连接固定，尾部连接管31上设置有能够根据尾部连接杆32的移动距离显示出钻孔直径的标尺33。

应用时，根据抽采钻孔直径的大小，合理选择前端孔径测量部件的连杆机构的杆件的尺寸，使其折叠和张开的数据满足孔径变化范围。为提高测量准确性，可先对本发明的瓦斯抽采钻孔变形监测装置进行校准，校准过程可参考如下：先折叠连杆机构，使前端孔径测量部件伸进钻孔口，连接尾部数据显示部件，校核尾部数据显示部件上标尺的数据与孔径大小是否一致。

校准后，拆卸尾部数据显示部件，连接中间连接管件(例如1米长)，再连接尾部数据显示部件(即将前端连接管、中间连接管和尾部连接管依次连接固定，将前端连接杆、中间连接杆和尾部连接杆也依次连接固定)，连接完成后，把前端连杆机构折叠后伸进钻孔内例如1米处，驱动尾部连接杆移动，尾部连接杆依次带动中间连接杆和前端连接杆移动，进而带动前端连杆机构折叠或张开，连杆机构在张开的过程中，受到钻孔大小的限制，张开至一定程度后将不再继续张开(连杆与孔壁达到紧密接触)，此时尾部数据显示部件上标尺显示的数据，就是钻孔内1米处钻孔直径的数值(尾部连接杆的移动距离反应连杆机构的张开大小，连杆机构的张开大小则对应于钻孔的不同直径)，记录此数据，完成第一个位置的测量。

按照上述步骤，依次添加中间连接管件，即可测量钻孔内不同位置的孔径大小。通过研究钻孔内不同位置孔径的大小变化规律，即可反应出围岩发生变形、位移，形成裂隙发育松动圈的情况，也可反映出钻孔密封受到影响甚至破坏、密封失效的位置，为采取措施，提高密封性能，进而提高瓦斯抽采效果提供准确的技术资料。

本发明实施例提供的瓦斯抽采钻孔变形监测装置，结构简单、使用方便，且能够准确监测瓦斯抽采钻孔各种变形情况，从而可以用于优化封孔技术和封孔参数，提高钻孔密封效果，进而保证瓦斯抽采效果，为煤矿安全高效生产提供技术支持。本发明适用于各种穿层、顺层瓦斯抽采钻孔的变形特征观测。

本发明中，连杆机构用于测量钻孔直径大小，可以采用以下三种结构形式：

结构形式一：

如图3所示，连杆机构可以由等长的两根连杆在端部铰接而成。该连杆机构的左端可以铰接固定在前端连接管的前端，右端可以由前端连接杆驱动连接，以使该连杆机构折叠(如图3(a)所示)或张开(如图3(b)所示)，从而实现对钻孔直径的测量；测量时，前端连接管和两连杆铰接处分别与孔壁紧密接触，单根连杆在图3(b)中的竖向高度即对应钻孔的直径。

结构形式二：

如图4所示，连杆机构可以为四连杆机构，由等长的四根连杆依次首尾铰接而成。该连杆机构的左侧铰接点可以固定在前端连接管的前端，右侧铰接点由前端连接杆驱动连接，以使该连杆机构折叠(如图4(a)所示)或张开(如图4(b)所示)，从而实现对钻孔直径的测量；测量时，前端连接管位于钻孔的中部(轴线方向)，该连杆机构的上下铰接处分别与孔壁紧密接触，单根连杆在图4(b)中的竖向高度即对应钻孔的半径。

结构形式三：

如图1-2所示，连杆机构13可以为四连杆机构，该四连杆机构包括一根长连杆131和三根等长的短连杆132，短连杆132的长度为长连杆131的长度的一半，从长连杆131的一端(图1中的上端)起依次首尾铰接三根短连杆132至长连杆131的中部，从而得到该四连杆机构。

该四连杆机构的前端铰接点130(即长连杆131中部的铰接点)固定在前端连接管11的前端，前端连接杆12的前端驱动连接该四连杆机构的后端铰接点，以使该四连杆机构折叠或张开(变化状态可参考图4)，从而实现对钻孔直径的测量；测量时，前端连接管11位于钻孔的中部(轴线方向)，该四连杆机构的上下铰接处分别与孔壁紧密接触，单根连杆在图1中的竖向高度即对应钻孔的半径。

考虑到上述结构形式一和二中，当前端连接管发生倾斜时，将难以准确测量出钻孔的直径，故在该结构形式三中，前端孔径测量部件1还包括与前端连接管11平行的探测杆件14，该四连杆机构的下端铰接点铰接探测杆件14的一端，探测杆件14上设置有滑槽，长连杆131的另一端通过销轴固定在滑槽内。这样在使用时，调节前端连接管11的平行度，使探测杆件14平行贴附在孔壁上，此时即可准确测量出钻孔的直径，极大地提高了测量的便利性和准确性。

如图2所示，为方便前端连接杆12驱动连接四连杆机构，四连杆机构的后端铰接点可以设置有u型连接叉头15，前端连接杆12的前端为t形并插接配合在u型连接叉头15中，两者固定连接成一体，同时动作。当四连杆机构折叠时，其宽度(即图中的上下高度)变小，因前端固定在前端连接管11的端部，其后端就带动u型连接叉头15与前端连接杆12沿前端连接管11的轴线向后移动；反之，当四连杆机构张开时，其宽度变大，因前端固定在前端连接管11的端部，其后端就带动u型连接叉头15与前端连接杆12沿前端连接管11的轴线向前移动。

进一步的，前端连接管11的内侧中部优选设置有环状台阶16，其作用是支撑前端连接杆12，防止其弯曲变形过大，影响测量精度；环状台阶16和u型连接叉头15之间设置有用于推动u型连接叉头15的复位弹簧17，当四连杆机构折叠时，u型连接叉头向后移动，弹簧17受到压缩，给四连杆机构一个回复力，保证四连杆机构的探测杆件14紧密的贴在孔壁上。

本发明中，为方便实现前端孔径测量部件1、中间连接管件2和尾部数据显示部件3三者之间的连接，前端连接管11、中间连接管21和尾部连接管31可以依次插接连接固定，前端连接杆12、中间连接杆22和尾部连接杆32可以通过螺母依次连接固定。具体连接方式例如可以为：中间连接管21一端设置有一圆形固定孔，用于与其他连接管定位固定；另一端管径稍小，设置有一定位小圆柱23、小圆柱23固定在弹簧片24上，弹簧片24固定在中间连接管21的内壁，小圆柱23可以伸出或缩进，便于进入其他连接管的圆形固定孔。前端连接杆12的后端、中间连接杆22的两端、尾部连接杆32的前端可以均为螺纹结构，两根连接杆连接时，可以通过螺母25连接成一体。中间连接杆22可以起到传递位移的作用。可以理解的是，各连接管、各连接杆之间还可以采用本领域技术人员容易想到的其他常规连接方式，均不影响本技术方案的实现。另外，中间连接管21内优选设置有环形台阶26，用于支撑中间连接杆22。

本发明中，为方便实现数据显示，尾部数据显示部件3可以采用如下结构：

如图1-2所示，尾部连接管31内设置有与尾部连接杆32固定连接的活动轴件35(具体的，活动轴件35可以带有轴向穿孔，尾部连接杆32插设在该轴向穿孔中并通过压紧螺母34固定)，尾部连接管31上设置有固定手柄37和用于驱动活动轴件35沿尾部连接管31纵向移动的活动手柄36(活动轴件35和活动手柄36固定连接在一起)，标尺33套设在尾部连接管31上，活动手柄36上设置有用于读取标尺33上数值的刻线361。当前端孔径测量部件的四连杆机构折叠或张开时，活动手柄36、活动轴件35与内部杆件沿轴线同时移动，活动手柄36位于标尺33下方，活动手柄36处于不同位置时，对应标尺33上的数据，就反映了钻孔被测量部位的孔径大小。该尾部数据显示部件为手持式结构，结构简单，实现方便。

另一方面，本发明实施例提供一种利用图1-2所示的瓦斯抽采钻孔变形监测装置监测钻孔直径的方法，包括：

步骤1：驱动所述活动手柄36，使所述四连杆机构折叠，从而使所述四连杆机构的宽度(即图中的上下高度)小于所述钻孔的直径，然后将所述前端孔径测量部件1伸入所述钻孔；

步骤2：松开所述活动手柄36，保持所述探测杆件14贴附于所述钻孔的孔壁，将所述前端孔径测量部件1不断伸入所述钻孔，记录所述标尺33的刻度变化。

这样，通过该方法可以实现钻孔直径变形情况的连续测量，有利于准确掌握钻孔孔径的连续变化情况(包括孔径收缩、孔壁错断等变形参数以及这些变形的发育范围)。

可以理解的是，为说明书叙述尽可能在清楚公开的前提下，简洁明了。本发明各个实施例基本发明精神一致，在叙述侧重点有所不同，方案及方案效果相互之间可以参照，在此就不再赘述。

需要说明的是，在本文中，术语“前”、“后”等指示的方位或位置关系的用语，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。诸如，第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。