(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210552529.9 (22)申请日 2022.05.19 (71)申请人 山东科技大 学 地址 266590 山东省青岛市黄岛区前湾港 路579号 (72)发明人 赵志刚　邢明录　张凯　尹延春　 张修峰　陈洋　 (74)专利代理 机构 青岛智地领创专利代理有限 公司 37252 专利代理师 张凯 (51)Int.Cl. G01N 3/32(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 煤巷帮部随钻测量模拟试验装置及煤体应 力反演方法 (57)摘要 本发明公开了一种煤巷帮部随钻测量模拟 试验装置及煤体应力反演方法， 涉及采矿工程技 术领域。 该装置包括钻机系统、 加载系统和数据 测量系统， 钻进系统包括钻机、 钻头、 连接板、 承 重板和辅助板， 实现对试件的模拟钻孔； 加载系 统包括围压加载机构和钻压加载机构， 对试件施 加不同方向和大小的侧向压力和钻压； 数据测量 系统包括位移传感器、 转矩转速传感器、 数据采 集仪和数据分析仪， 综合监测转矩、 转速、 钻进 位 移等钻进参数。 利用该装置进行煤巷帮部随钻测 量模拟实验后对监测参数进行分析处理， 通过建 立随钻测量煤体应力反演数据库， 并利用支持向 量机的机器学习算法进行深度学习， 得到围压与 各钻进参数之间的关系， 反演 钻进过程中煤体应 力的变化 规律。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115266426 A 2022.11.01 CN 115266426 A 1.一种煤巷帮部随钻测量模拟试验装置， 其特征在于， 包括钻机系统、 加载系统和数据 测量系统， 所述钻进系统包括钻机、 钻头、 连接板、 承重板和辅助板， 钻头和钻机 之间通过联 轴器固定， 钻机通过连接板安装在承重板上， 辅助板设置在承重板上并通过卡槽固定在支 柱上； 所述加载系统包括围压加载机构和钻压加载机构， 围压加载机构通过油缸施加侧向 压力， 钻压加载装置通过调节砝码 重量调整钻压； 所述数据测量系统包括位移传感器、 转矩 转速传感器、 数据采集仪和数据分析仪， 数据采集仪收集监测数据后传输至数据分析仪， 数 据分析仪 输出模拟钻孔过程中的转矩、 转速、 钻进位移。 2.根据权利要求1所述的一种煤巷帮部随钻测量模拟试验装置， 其特征在于， 所述连接 板和钻机之间通过螺栓固定， 连接板与偏心消除板的竖向板固定连接， 偏心消除板整体呈L 形， 承重板和偏心消除板的横向板固定连接 。 3.根据权利要求1所述的一种煤巷帮部随钻测量模拟试验装置， 其特征在于， 所述支柱 固定在围压加载机构的上 方， 支柱上设置多个螺 栓孔， 螺栓孔和承重 板上的卡槽相互配合。 4.根据权利要求1所述的一种煤巷帮部随钻测量模拟试验装置， 其特征在于， 所述位移 传感器一端通过卡扣固定在辅助板上， 另一端固定在 承重板上， 监测钻进深度； 所述扭矩 转 速传感器设置在钻机上监测钻杆的转速和扭矩。 5.根据权利要求1所述的一种煤巷帮部随钻测量模拟试验装置， 其特征在于， 所述扭矩 转速传感器通过两个联轴器连接在钻机上， 第一联轴器连接钻机主体和扭矩转速传感器， 第二联轴器连接扭矩转速传感器和钻机动力头 。 6.根据权利要求1所述的一种煤巷帮部随钻测量模拟试验装置， 其特征在于， 所述扭矩 转速传感器在弹性轴 上设置应变桥， 应变桥测 量弹性轴受扭的电信号， 电信号经过信号放 大器以及压频转换器， 转换后的频率信号传输 至数据采集仪 。 7.根据权利要求1所述的一种煤巷帮部随钻测量模拟试验装置， 其特征在于， 所述数据 采集仪收集位移传感器和转矩转速传感器的监测数据， 数据采集仪将监测数据输送至数据 分析仪。 8.根据权利要求1所述的一种煤巷帮部随钻测量模拟试验装置， 其特征在于， 所述围压 加载机构包括加载框架， 加载框架呈方形， 加载框架四个面分别设置一个加载圆盘， 并配置 有液压缸， 控制器控制各个液压缸加载。 9.一种煤巷帮部随钻测量模拟试验及煤体应力反演方法， 利用权利要求1 ‑8任一项所 述的一种煤巷帮部随钻测量模拟试验 装置， 其特 征在于， 步骤 包括： A.制作岩石试件， 并将 岩石试件放置在围压加载机构中； B.设定围压加载参数， 对岩石试件施加围压， 在承重 板上放置 砝码后施加设定的钻压； C.数据测量系统对试验过程中的钻进时间、 转矩、 转速、 钻进位移数据进行监测； D.关闭钻机后释放围压加载机构的压力， 取 出岩石试件； E.重复步骤A ‑D， 对多个岩石试件进行测试； F.将钻进时间、 钻压、 围压、 转矩、 转速、 钻进位移数据输入至数据分析仪， 以转速、 转 矩、 钻压、 钻进速度作为自变量， 围压作为因变量， 建立随钻测量煤体 应力反演数据库； G.利用支持向量机的机器学习算法对随钻测量煤体应力反演数据库进行深度学习， 得 出施加围压与钻进参数之间的关系； H.根据施加围压与钻进参数之间的关系， 输入转速、 转矩、 钻压、 钻进速度反演确定围权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115266426 A 2压。 10.根据权利要求9所述的一种煤巷帮部随钻测量模拟试验及煤体应力反演方法， 其特 征在于， 根据施加围压与钻进参数之间的关系， 利用实际施工过程中钻孔的转速、 转矩、 钻 压、 钻进速度数据确定 煤体应力。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115266426 A 3