一种煤矿井下钻孔水力冲孔出煤量计算装置及计算方法与流程

本发明属于煤矿井下钻孔水力冲孔出煤量计算的
技术领域：
，具体涉及一种煤矿井下钻孔水力冲孔出煤量计算装置及计算方法。
背景技术：
：煤层瓦斯是一种高效的清洁能源，同时也是矿井安全生产的隐患，容易导致煤与瓦斯喷出、突出灾害，造成人员伤亡。水力冲孔技术是煤矿井下一种常用的卸压抽放瓦斯技术，可以提高瓦斯抽放效率、缩短瓦斯抽放消除时间，最大程度地消除瓦斯灾害。在水力冲孔过程中，出煤量的多少是评价煤层瓦斯卸压程度的一项重要指标。但是目前井下采用的出煤量的计量方法比较陈旧，更多采用装袋称重等方法，既浪费时间，又浪费人力，难以高效解决出煤量的计量问题。技术实现要素：本发明提供一种煤矿井下钻孔水力冲孔出煤量计算装置及计算方法，能提高工作效率、缩短计量时间、减少人力施工量，并快速高效地计量出煤量的多少。为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种煤矿井下钻孔水力冲孔出煤量计算装置，包括与煤矿井下钻孔水力冲孔连接的过滤箱体，过滤箱体的底壁、顶壁均呈水平的正梯形状，过滤箱体的底壁、顶壁上下对称，过滤箱体底壁左端的前后边长大于底壁右端的前后边长，过滤箱体底壁的前腰长和后腰长相等，过滤箱体的左、右端均开口，过滤箱体的前侧壁、后侧壁均呈竖直的矩形状，过滤箱体的左端开口、右端开口均呈竖直的矩形状，过滤箱体底壁为高密度滤网；过滤箱体右端固定连有呈长方体形的出煤量计算箱体，出煤量计算箱体的底壁、顶壁均水平，出煤量计算箱体的前侧壁、后侧壁均竖直，出煤量计算箱体的左、右端均开口，出煤量计算箱体的左端开口与过滤箱体的右端开口重合，出煤量计算箱体的顶壁下顶面在紧邻出煤量计算箱体右端开口处设有多个相同且由前向后依次布置的红外测距仪，出煤量计算箱体底壁为运输皮带；出煤量计算箱体底壁运输皮带右端与煤巷井下运输皮带连接，过滤箱体正下端设有用于接收出煤过滤水的蓄水槽。进一步地，煤矿井下钻孔水力冲孔通过管道与过滤箱体的左端开口连接，以使煤矿井下钻孔水力冲孔孔口出煤通过管道运输至过滤箱体内。进一步地，过滤箱体的底壁上底面与出煤量计算箱体的底壁上底面处于同一水平高度，过滤箱体的顶壁下顶面与出煤量计算箱体的顶壁下顶面处于同一水平高度。进一步地，蓄水槽通过水管与排水渠连接。进一步地，多个红外测距仪中心连成的直线为水平且沿前后方向布置的直线，多个红外测距仪中心连成的直线称为红外测距仪中心线，红外测距仪中心线与出煤量计算箱体顶壁右端之间的水平且沿左右方向的间距为10cm。上述煤矿井下钻孔水力冲孔出煤量计算装置的计算方法，包括以下步骤：(1)将煤矿井下钻孔水力冲孔出煤量计算装置布置到煤矿井下钻孔水力冲孔附近处，并将煤矿井下钻孔水力冲孔通过管道与过滤箱体的左端开口连接；(2)煤矿井下钻孔水力冲孔孔口出煤通过管道运输到过滤箱体内，煤通过过滤箱体底壁的高密度滤网进行过滤水处理，煤中的过滤水进入蓄水槽内，蓄水槽内的过滤水通过水管排进排水渠内，且先进入过滤箱体内的煤在后进入过滤箱体内的煤的推动下缓慢向右移动，煤进而从出煤量计算箱体左端开口移动到出煤量计算箱体内，且出煤量计算箱体内的煤在出煤量计算箱体底壁运输皮带的运送作用下向右移动，进入出煤量计算箱体内的煤充满在出煤量计算箱体的前、后侧壁之间，随着出煤量的不断增加，煤不断向右推进，经过各红外测距仪正下方处的煤的截面形成相应横截面，随着煤的不断向右推进，形成多个横截面，当煤移动到各红外测距仪正下方处时，每个红外测距仪都能测出相应测点煤的高度，即测出相应横截面上对应测点煤的高度，相应横截面上对应测点煤的高度的连线形成一条曲线，根据相应横截面上对应测点煤的高度与相应测点距出煤量计算箱体前侧壁的水平且沿前后方向的间距，通过回归分析，构造线性回归曲线，即相应横截面顶边形成线性回归曲线，且相应横截面可看作规则梯形，即设相应横截面上对应测点煤的高度为y/cm，相应测点距出煤量计算箱体前侧壁的水平且沿前后方向的间距为x/cm，通过回归分析，利用近似估算的方法得到线性回归方程y＝a1x+b1，即相应横截面顶边形成的线性回归曲线的线性回归方程为y＝a1x+b1，将相应横截面上处于中心处的测点距出煤量计算箱体前侧壁的水平且沿前后方向的间距x中代入相应横截面顶边形成的线性回归方程y＝a1x+b1中，得到相应横截面上测点的中心高度y中；(3)随着煤的不断向右运输，每一个横截面的中心高度y中构成了一条曲线，为纵截面曲线，同样利用构造线性回归曲线的方法，纵截面也可以转换成一个梯形，且纵截面顶边形成线性回归曲线，将纵截面上各中心高度y中记为纵向高度q/cm，纵截面上各纵向高度q所对应的相应横截面所处的沿煤的走向的横向长度记为p/cm，且随着煤的不断向右运输，梯形纵截面的底边水平且沿左右方向的长度不断增长，梯形纵截面的纵向高度也在不断变化，通过回归分析，利用近似估算的方法得到线性回归方程q＝a2p+b2，则每一个横截面的中心高度y中构成的线性回归曲线的线性回归方程为q＝a2p+b2，即纵截面顶边形成的线性回归曲线的线性回归方程为q＝a2p+b2，将纵截面曲线中心处的横向长度p中代入线性回归方程为q＝a2p+b2中，得到纵截面曲线中心的纵向高度q中，纵向高度q中即为不规则煤体转换成长方体煤体之后的高度；(4)煤的传输距离即为不规则煤体转换成的长方体煤体的底边长度，即p总＝v·t，且v表示煤的传输速度，t表示煤的传输时间，且煤的传输速度一定，而煤的传输时间可以计时，进而得到p总，总煤量的体积可通过底边长度乘以出煤量计算箱体底壁运输皮带的前后宽度再乘以纵截面曲线中心的纵向高度计算得到，即v＝p总·x总·q中，v的单位为cm3，x总即为出煤量计算箱体底壁运输皮带的前后宽度，煤的质量可通过煤的总体积乘以煤密度计算得到，即m＝ρ·v，ρ表示煤密度，ρ的单位为g/cm3，煤的质量m的单位为kg，而煤最终通过煤巷井下运输皮带运输出去。相对于现有技术，本发明的有益效果为：本发明中，过滤箱体的底壁、顶壁均呈水平的正梯形状，过滤箱体的底壁、顶壁上下对称，过滤箱体底壁左端的前后边长大于底壁右端的前后边长，过滤箱体底壁的前腰长和后腰长相等，过滤箱体的左、右端均开口，过滤箱体的前侧壁、后侧壁均呈竖直的矩形状，过滤箱体的左端开口、右端开口均呈竖直的矩形状，过滤箱体底壁为高密度滤网，过滤箱体右端固定连有呈长方体形的出煤量计算箱体，出煤量计算箱体的底壁、顶壁均水平，出煤量计算箱体的前侧壁、后侧壁均竖直，出煤量计算箱体的左、右端均开口，出煤量计算箱体的左端开口与过滤箱体的右端开口重合，这样该煤矿井下钻孔水力冲孔出煤量计算装置右部的出煤量计算箱体采用变窄的方式，以使出煤量计算箱体内的煤充满在出煤量计算箱体的前、后侧壁之间，进而便于测量和计算出煤量，而过滤箱体底壁的高密度滤网可对煤进行过滤水处理；本发明中，出煤量计算箱体的顶壁下顶面在紧邻出煤量计算箱体右端开口处设有多个相同且由前向后依次布置的红外测距仪，经过各红外测距仪正下方处的煤的截面形成相应横截面，随着煤的不断向右推进，形成多个横截面，这样当煤移动到各红外测距仪正下方处时，每个红外测距仪都能测出相应测点煤的高度，即测出相应横截面上对应测点煤的高度，相应横截面上对应测点煤的高度的连线形成一条曲线，根据相应横截面上对应测点煤的高度与相应测点距出煤量计算箱体前侧壁的水平且沿前后方向的间距，通过回归分析，构造线性回归曲线，即相应横截面顶边形成线性回归曲线，且相应横截面可看作规则梯形，进而可得到相应横截面上测点的中心高度y中，且随着煤的不断向右运输，每一个横截面的中心高度y中构成了一条曲线，为纵截面曲线，同样利用构造线性回归曲线的方法，纵截面也可以转换成一个梯形，且纵截面顶边形成线性回归曲线，将纵截面上各中心高度y中记为纵向高度q，纵截面上各纵向高度q所对应的相应横截面所处的沿煤的走向的横向长度记为p，且随着煤的不断向右运输，梯形纵截面的底边水平且沿左右方向的长度不断增长，梯形纵截面的纵向高度也在不断变化，通过回归分析，进而可得到纵截面曲线中心的纵向高度q中，纵向高度q中即为不规则煤体转换成长方体煤体之后的高度，总煤量的体积可通过底边长度乘以出煤量计算箱体底壁运输皮带的前后宽度再乘以纵截面曲线中心的纵向高度计算得到，煤的质量可通过煤的总体积乘以煤密度计算得到，这样就算出了出煤量；综上，本发明能提高工作效率、缩短计量时间、减少人力施工量，并能快速高效地计量出煤量的多少。附图说明图1为本发明中煤矿井下钻孔水力冲孔出煤量计算装置的结构示意图；图2为装置运行时横截面曲线拟合计算图；图3为装置运行时纵截面曲线拟合计算图。附图说明：1、过滤箱体，2、高密度滤网，3、出煤量计算箱体，4、红外测距仪。具体实施方式如图1所示，一种煤矿井下钻孔水力冲孔出煤量计算装置，包括与煤矿井下钻孔水力冲孔连接的过滤箱体，过滤箱体的底壁、顶壁均呈水平的正梯形状，过滤箱体的底壁、顶壁上下对称，过滤箱体底壁左端的前后边长大于底壁右端的前后边长，过滤箱体底壁的前腰长和后腰长相等，过滤箱体的左、右端均开口，过滤箱体的前侧壁、后侧壁均呈竖直的矩形状，过滤箱体的左端开口、右端开口均呈竖直的矩形状，过滤箱体底壁为高密度滤网，煤矿井下钻孔水力冲孔通过管道与过滤箱体的左端开口连接，以使煤矿井下钻孔水力冲孔孔口出煤通过管道运输至过滤箱体内；过滤箱体右端固定连有呈长方体形的出煤量计算箱体，出煤量计算箱体的底壁、顶壁均水平，出煤量计算箱体的前侧壁、后侧壁均竖直，出煤量计算箱体的左、右端均开口，出煤量计算箱体的左端开口与过滤箱体的右端开口重合，出煤量计算箱体的顶壁下顶面在紧邻出煤量计算箱体右端开口处设有多个相同且由前向后依次布置的红外测距仪，出煤量计算箱体底壁为运输皮带；出煤量计算箱体底壁运输皮带右端与煤巷井下运输皮带连接，过滤箱体正下端设有用于接收出煤过滤水的蓄水槽，蓄水槽通过水管与排水渠连接。其中，过滤箱体的底壁上底面与出煤量计算箱体的底壁上底面处于同一水平高度，过滤箱体的顶壁下顶面与出煤量计算箱体的顶壁下顶面处于同一水平高度。其中，多个红外测距仪中心连成的直线为水平且沿前后方向布置的直线，多个红外测距仪中心连成的直线称为红外测距仪中心线，红外测距仪中心线与出煤量计算箱体顶壁右端之间的水平且沿左右方向的间距为10cm。上述煤矿井下钻孔水力冲孔出煤量计算装置的计算方法，包括以下步骤：(1)将煤矿井下钻孔水力冲孔出煤量计算装置布置到煤矿井下钻孔水力冲孔附近处，并将煤矿井下钻孔水力冲孔通过管道与过滤箱体的左端开口连接；(2)煤矿井下钻孔水力冲孔孔口出煤通过管道运输到过滤箱体内，煤通过过滤箱体底壁的高密度滤网进行过滤水处理，煤中的过滤水进入蓄水槽内，蓄水槽内的过滤水通过水管排进排水渠内，且先进入过滤箱体内的煤在后进入过滤箱体内的煤的推动下缓慢向右移动，煤进而从出煤量计算箱体左端开口移动到出煤量计算箱体内，且出煤量计算箱体内的煤在出煤量计算箱体底壁运输皮带的运送作用下向右移动，进入出煤量计算箱体内的煤充满在出煤量计算箱体的前、后侧壁之间，随着出煤量的不断增加，煤不断向右推进，经过各红外测距仪正下方处的煤的截面形成相应横截面，随着煤的不断向右推进，形成多个横截面，当煤移动到各红外测距仪正下方处时，每个红外测距仪都能测出相应测点煤的高度，即测出相应横截面上对应测点煤的高度，相应横截面上对应测点煤的高度的连线形成一条曲线，根据相应横截面上对应测点煤的高度与相应测点距出煤量计算箱体前侧壁的水平且沿前后方向的间距，通过回归分析，构造线性回归曲线，即相应横截面顶边形成线性回归曲线，且相应横截面可看作规则梯形，即设相应横截面上对应测点煤的高度为y/cm，相应测点距出煤量计算箱体前侧壁的水平且沿前后方向的间距为x/cm，通过回归分析，利用近似估算的方法得到线性回归方程y＝a1x+b1，即相应横截面顶边形成的线性回归曲线的线性回归方程为y＝a1x+b1，将相应横截面上处于中心处的测点距出煤量计算箱体前侧壁的水平且沿前后方向的间距x中代入相应横截面顶边形成的线性回归方程y＝a1x+b1中，得到相应横截面上测点的中心高度y中；(3)随着煤的不断向右运输，每一个横截面的中心高度y中构成了一条曲线，为纵截面曲线，同样利用构造线性回归曲线的方法，纵截面也可以转换成一个梯形，且纵截面顶边形成线性回归曲线，将纵截面上各中心高度y中记为纵向高度q/cm，纵截面上各纵向高度q所对应的相应横截面所处的沿煤的走向的横向长度记为p/cm，且随着煤的不断向右运输，梯形纵截面的底边水平且沿左右方向的长度不断增长，梯形纵截面的纵向高度也在不断变化，通过回归分析，利用近似估算的方法得到线性回归方程q＝a2p+b2，则每一个横截面的中心高度y中构成的线性回归曲线的线性回归方程为q＝a2p+b2，即纵截面顶边形成的线性回归曲线的线性回归方程为q＝a2p+b2，将纵截面曲线中心处的横向长度p中代入线性回归方程为q＝a2p+b2中，得到纵截面曲线中心的纵向高度q中，纵向高度q中即为不规则煤体转换成长方体煤体之后的高度；(4)煤的传输距离即为不规则煤体转换成的长方体煤体的底边长度，即p总＝v·t，且v表示煤的传输速度，t表示煤的传输时间，且煤的传输速度一定，而煤的传输时间可以计时，进而得到p总，总煤量的体积可通过底边长度乘以出煤量计算箱体底壁运输皮带的前后宽度再乘以纵截面曲线中心的纵向高度计算得到，即v＝p总·x总·q中，v的单位为cm3，x总即为出煤量计算箱体底壁运输皮带的前后宽度，煤的质量可通过煤的总体积乘以煤密度计算得到，即m＝ρ·v，ρ表示煤密度，ρ的单位为g/cm3，煤的质量m的单位为kg，而煤最终通过煤巷井下运输皮带运输出去。本发明中，可以根据出煤瓦斯含量的大小选择是否加装瓦斯抽采设备。实施例通过红外测距仪测出相应横截面上对应测点煤的高度y/cm，相应测点距出煤量计算箱体前侧壁的水平且沿前后方向的间距为x/cm，假设一组数据如下表1所示，表1x/cm0481216202428323640y/cm18.6519.3620.1219.6621.3223.1122.6821.9520.8620.7319.68由表1的数据可作出一张图，如图2所示，根据图2可得出相应横截面顶边形成的线性回归曲线的线性回归方程为y＝0.043x+19.87，将相应横截面上处于中心处的测点距出煤量计算箱体前侧壁的水平且沿前后方向的间距x中＝20cm代入线性回归方程y＝0.043x+19.87中，得到相应横截面上测点的中心高度y中＝20.73cm；随着煤的不断向右运输，每一个横截面的中心高度y中构成了一条曲线，为纵截面曲线，即依次类推，可得到一组横截面上测点中心高度的数据，将纵截面上各中心高度y中记为纵向高度q/cm，纵截面上各纵向高度q所对应的相应横截面所处的沿煤的走向的横向长度记为p/cm，假设一组数据如下表2所示，表2p(cm)0510152025303540q(cm)20.7321.2522.3121.5821.8621.6520.3620.8421.11由表2的数据可作出一张图，如图3所示，根据图3可得出每一个横截面的中心高度y中构成的线性回归曲线的线性回归方程为q＝-0.0118p+21.53489，即纵截面顶边形成的线性回归曲线的线性回归方程为q＝-0.0118p+21.53489，将纵截面曲线中心处的横向长度p中＝20cm代入线性回归方程为q＝-0.0118p+21.53489中，得到纵截面曲线中心的纵向高度q中＝21.29889cm，纵向高度q中＝21.29889cm即为不规则煤体转换成长方体煤体之后的高度，且q中≈21.30cm；因此，可得到煤的体积，即v＝p总·x总·q中，其中，p总＝40cm，x总＝40cm，则v＝40×40×21.30＝34080cm3，由质量公式m＝ρ·v计算可求得煤的质量，其中，ρ为煤密度，ρ的单位为g/cm3，v为煤的体积，v的单位为cm3，m为煤的质量，m的单位为kg。当前第1页12