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探究压力变送器与液压锚杆钻机在勘探测岩的利弊
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探究压力变送器与液压锚杆钻机在勘探测岩的利弊

时间:2020-01-09 09:11:41

   摘 要:由于煤矿巷道发生突水等自然灾害,影响了我国大量煤矿等工程的推进,又因为对勘测地的地质体以及顶板岩层情况的不了解,从而误导了掘进巷道顶板岩层的现场施工。由现场施工引发的一系列不同程度的问题,比如轻则诱发滑坡等自然灾害事故。而重度的则是危及煤矿等工作人员生命安全和很大的经济损失后果。在岩巷掘进装备上,因为国家经济与采矿行业技术的发展,随钻勘测与识别技术都有了很大改进,其中利用非常广泛的是凿岩、支护、装岩、运输及辅助设备。为了解决顶板岩层勘测经济费用和技术不稳定性、误解性的问题,因此有必要对挖进巷道顶板岩层隧钻识别研究。8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

    1 顶板岩层随钻识别的钻进参数计算公式8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
    1.1 钻孔比功公式8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

    VtQ=∑ΔGi (1)8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

    岩层厚度,即钻头通过某岩层过程中给进液压8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

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    钻孔比功即钻掘单位体积岩石钻孔所消耗的能量。8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

    关于综合性勘测岩层强度的方法有很多,比如钻孔比功法是评价岩层强度方法的其中之一,我们学习并利用。8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

    利用钻孔比功法,我们进行了与此方面的试验。8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

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    通过试验不同岩样的钻孔比功与单轴抗压强度的比较表,表中分为纵向六个条目,还有横向2个条目。纵向条目即混 泥 土2 、混 泥 土1、石 灰 岩、黄 泥浆、砂质泥岩、水泥砂浆。横向条目2个,即钻孔比功,单轴抗压强度/MPa。8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

    从 对 比 表 发 现 黄 泥 浆 钻 孔 比 功 非常 低,为 1.12MJ·m-3,其 单轴 抗 压 强 度/MPa也 就越 低。与此相反,石灰岩钻孔比功非常高为5.438MJ·m-3,其单轴抗压强度也越高,为134.790/MPa。8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

    从而,得出了一个结论,钻孔比功与单轴抗压强度的关系 成 正 比 的 线 性 相 关 关 系。即 随 着 钻 孔 加大,其岩石强度也逐渐变高。随着钻孔比功变小,其岩石强度也跟着变低。8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

    钻头在进入顶板岩层分界面和软弱夹层时,关于钻机液压系统内对应的动态响应煤矿巷道顶板岩层有很多种类,包括性砂岩、砂砾岩,还有粗砂岩、中粒沙岩、细砂岩、沉积岩等岩体。其中沉积岩占顶板岩层的绝了绝大部分,通常是层状岩体。在岩体结构上分层性很是明显,至于岩层的厚度厚薄不等,厚度常常在 几 厘 米 薄 度 到 几 十 米 厚 度 这 个 范 围。另 外,相邻顶板岩层的厚度等也差异突出。在掘进巷道顶板中进入软弱夹层这一层时,支护难度高,严重的更有引起巷道冒顶、自然灾害等事故,因此,及时地分别出掘进岩层处于什么岩层层次能有很大必要。如果巷道掘进处于软弱夹层时,分析其在顶板中的大致位置和厚度并采用对应的支护办法,对促进和保证顶板岩层稳定,保障工作人员生命安全有很重要的作用。8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

    2 随钻顶板岩层识别原理8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
    2.2 随钻顶板岩层识别原理内容8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
    首先将流量变送器、压力变送器这两种变送器与液压锚杆钻机的液压系统结合利用,这时,随钻会通过测得液压锚杆钻机,把机器测得的进液压缸的压力和流量、液压马达的压力和流量等很多参数,一同传给检测和分析单元。随后利用这些数据综合处理,这样就可在进行掘进巷道的施工时实时分别出巷道顶板岩层种类及位置。8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

    因为井下钻锚杆孔在工作时有很多淋水以及岩尘的问题干扰,位移传感器或霍尔传感器等检测器很难监测其 钻 进 的 速 度、转 速、推力及转矩几个参数。鉴于这些缺点,利用液体蜗轮流量变送器和扩散硅压阻式压力变送器能解决上面不足。如液体蜗轮流量变送器在数据采集上有优势,而且其配有结构简单、轻巧、精度高和复现性好、反应灵敏、使用方便、可以测量瞬变流量等优点。而另一种扩散硅压阻式压力变送器是一种高性能压力变送器,是针对使用环境比较恶劣的施工现场设计的。它的优势是不仅使用方便、精度高、稳定性好。而且在抗振、抗冲击等方面也具有优势。8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

    2.2 相似模拟顶板组合岩层的制作过程与准备8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
    通过相似模拟组合岩层的材料配比和厚度的资料对比,发现木磨合右腔和木磨合左腔两种模拟岩层其配比材质不同,配比体积不同,而模拟岩层的石子非常大粒径和岩层厚度也就不同。8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

    同种材质,不同方向的材质对比。各岩 层 都 浇灌在长方体的木模盒中,拿1块平木板把长方形木磨合划分为两个观察部分:一边为浇筑各组合岩层,另一边浇筑初试层 C20混凝土。8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

    木模盒左边空腔中放着浇灌了的1层 C20混凝土材质是初步实验层。钻机钻方向相反的右边组合岩层前,先在初试层上钻透1个孔,这样实施的目的:①可以把液压系统油液中的气泡的干扰因素去除掉,提高本次测试准确度;②让机电液压各部件进行预热跑合这个步骤,便为了调试试验系统。8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

    3 随钻顶板岩层识别试验系统研制过程与准备的8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
    实验工具8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
    试验工具含有:①单体液压力变送器的准备;②准备好液体蜗轮流量变送器,并查看工具是否可以正常实用;③准备好另一种变送器,即扩散硅压阻式压力变送器;④在变送器准备好的基础上,备好数据采集卡还有相对应的 LABVIEW 软件;⑤矿用某型号锚杆六棱中空组合钻杆;⑥适用本次试验厚度的金刚石钻头,供水管路要配备好;⑦某型号三路跟踪直流稳压电源。8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

    3 随钻顶板岩性探测的试验研究8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
    3.1 试验步骤8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
    ①管路线路的连接,把压力、流量变送器两个变送器与钻机的液压管路连接好。同时,把供水和供电线路连接在钻机两头。②预先打好孔,然后把锚杆钻机以垂直的摆放角度放置在之前打好的孔中,然后进行安装前安装钻头套等准备工作。③连接电路图。把压力变送器、流量变送器、数据采集卡,还有稳压电源等实验工具依据接线图的要求进行连接,注意电路正负极,避免发生因为电路连线错误而导致实验失败的人为因素。④按动直流稳压电源按钮,利用直流稳压电源给变送器输送正24V 的直流电,接下来打开计算机,找到相应的控制程序并进行调试。⑤对钻机进行压力水、电的充足供应,然后对顶板岩层钻孔。⑥统一出厂的品牌钻头,每个钻孔换成新钻头,避免钻头因新旧差异而干扰实验结果。8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

    3.2 试验各岩层厚度的实际值与检测值的比较8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
    实验分为6个纵向条目和3个横向条目,纵向条目即混泥土2、混泥土1、石灰岩、黄泥浆、砂质泥岩、水泥砂浆。3个横向条目,即实际厚度、检 测厚度、误差比。8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

    通过纵向6个条目与横向4个条目的综合对比,发现了岩层实际厚度 与检测厚度之间的 误 差。比如混泥土2实际厚度为195mm,而实验检测厚度为201mm,误差是百分之3.08,这个误差比很小。而且发现另外一些岩层种类实际厚度与勘测厚度的误差比也很小。8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

    4 结论8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
    通过随钻顶板岩性探测的试验研究,发现了巷道顶板的单轴抗压强度数值在岩层分界面的地方产生不断变化,而且在遇到特殊位置软弱夹层处的时候也发生不断变化的规律。当检测到锚杆钻机液压系统中的压力和流量发生对应效应时,能够判断钻头通过了岩层哪一界面,是岩层这一分界面,还是软弱夹层面。在判断清楚是哪一层岩层界面后,对应的工程师需要根据现有岩层特质与现场勘测情况,及时调整掘进巷道顶板支护方法,防止因此因素造成不良后果。8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

    在巷道顶板岩层随钻识别和试验系统上有了新的研究成果,即在过去顶板岩层识别系统的基础上,发明了新的顶板岩层随钻识别系统。利用对钻孔试验数据以及配套单轴抗压强度值试验数据的对比分析,发现液压锚杆钻机的钻进参数能够很大程度的减少误差,较为准确的地根据顶板识别系统推算出其单轴抗压强度、位置远近和薄厚程度。8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

    利用巷道顶板岩层识别试验系统,推算出的单轴抗压强度误差少,从而勘测技术的稳定性及勘测工程的安全性,同时也能减少一些因为勘测技术失误造成的自然灾害事故,减少了一些工作人员的伤亡,减少了一些重大经济损失事件的发生。8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

    但掘进巷道顶板岩层随钻识别系统的使用工程中,需要根据现场勘测等综合情况来使用。8zH压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

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