1. 引言
煤炭是我国能源结构中的支柱，煤矿的安全高效生产是源源不断提供煤炭的基础，井工煤矿占我国煤矿数量比重的90%以上，所以井工煤矿安全高效生产是原煤生产的重中之重[1]。煤矿地质勘探技术是指利用地质学、地球物理学、化学等学科的理论和方法，对煤炭的赋存状况进行探测，通过勘探，可以确定煤田的地质构造特征、煤层的分布结构、煤质的特征等信息，从而精确计算煤田的储量和资源量。其次，煤矿地质勘探是选择煤层采矿方式的依据[2]。煤层采矿的方式直接关系到煤炭工业的盈利能力和安全性能，在平面和立体空间上研究煤田的结构、形态、赋存状态和运移规律，选择最佳的采矿方式和采区划分方案，提高煤炭资源的开采效率[3]。第三，煤矿地质勘探技术对于预测和预防煤矿灾害具有重要意义[4]。煤矿灾害是指在煤炭开采过程中，因人为或自然因素引起的事故或灾害，如煤层突出、冒落、动力灾害等。通过煤矿地质勘探，可以了解煤层的构造、形态、连通性等信息，提前预测和预防煤矿灾害的发生，减少事故发生，减少事故发生的可能性，保障煤炭工业的安全生产[5]。地质勘探也是对一定地区内的岩石、地层、构造、矿产、水文、地貌等地质情况进行调查研究工作，通过地质勘探器对地质的扫描，以及分析、判断一定地区内的地质构造。
2. 提出问题
现有的地质勘探器在使用时仍然存在一些不足之处：地质勘探器的操作板是通过螺丝固定在箱体内部的，在拆卸时，很不方便快捷，需要使用螺丝刀去拧松固定在操作板上的螺丝，才可以完成拆卸，因为操作板是塑料材质构件，在拧螺丝的时候，用力过大的话，可能会造成螺孔滑丝的问题。针对这种情况我们研制了一种组合式煤矿地质勘探装置，在井下采煤工作面进行了试验应用，收到了良好的应用效果。
3. 解决问题
3.1. 矿井及工作面概况
3.1.1. 矿井概况
鹤煤公司五环分公司位于鹤壁矿区中部，开拓方式为立井、暗斜井和多水平主下山开拓。五环分公司与三矿、六矿均有大断层相隔，矿井整体构造形态为一个轴向北东45˚，向北东倾斜的向斜。开采煤层为石炭二叠系山西组二1煤层，平均厚度8 m，煤层倾角10˚~30˚，平均倾角18˚。由于矿区地质构造影响，矿压大，封闭的巷道即便用新型防灭火材料封堵后仍可能出现采空区自燃情况，自建矿以来采空区氧化和自燃情况几乎每个回采工作面都存在，对矿井的安全生产极为不利。矿井列入了国家2016~2018年过剩产能关闭退出计划，最后一个回采工作面为31采区的3107外段工作面，在防灭火方面采取了“三堵、四注、一均压”的综合治理措施。矿井煤层经抚顺煤科院化验为三级不易自燃煤层，自然发火期为138天，煤尘有爆炸危险，爆炸指数一般在15.14%。
3.1.2. 工作面概况
3107外段工作面位于五环分公司31采区，其西部为3208南炮放工作面采空区，南部为3105西工作面采空区，东部为3107工作面采空区，北部为三水平延深中间专用回风下山，与矿井向斜轴相邻20 m~140 m。工作面为走向长壁采煤工作面，综采放顶煤工艺，工作面切眼斜长112 m，走向长197 m，煤层平均煤厚8.55 m，煤层走向80˚~332˚，倾角13˚~30˚，平均倾角为21˚30'，受断层牵引局部倾角变化较大。
3.2. 工作原理
一种组合式煤矿地质勘探装置，参见图1~8所示，一种组合式煤矿地质勘探装置，包括第一箱体1，第一箱体1的内部拐角处设置有连接件3，连接件3的内部开设有连接件内置槽5，第一箱体1的内部相对于连接件3的顶部设置有操作板4，操作板4的表面开设有旋块凹槽6，旋块凹槽6的内壁贯穿开设有至操作板4底面的连接杆贯穿孔7，操作板4的内壁一侧开设有限位槽8，旋块凹槽6的内部设置有操作板旋块9，操作板旋块9的底部设置有贯穿连接杆贯穿孔7内部的连接杆10，连接杆10卡入连接件内置槽5的内部与第一箱体1连接，操作板旋块9的一侧设置有限位块11，限位块11与限位槽8滑动连接，限位块11的端部固定有卡扣12，限位槽8的内壁开设有卡槽13，卡扣12与卡槽13卡合连接，操作板旋块9的表面设置有操作块14，本实用新型通过设计的连接结构，使得在安装操作板4时，可以方便快捷的把操作板4安装到箱体内部，相比较现有的技术，不需要再使用螺丝进行固定，从而不会出现螺孔滑丝的情况，保证了地质勘探器的正常使用。
1-第一箱体；2-第二箱体；4-操作板；
Figure 1.Schematic diagram of the exterior structure of a combined coal mine geological exploration device
图1.一种组合式煤矿地质勘探装置的外观结构示意图
1-第一箱体；3-连接件；4-操作板；
Figure 2.A sectional view of the operation board structure of a combined coal mine geological exploration device
图2.一种组合式煤矿地质勘探装置的操作板结构剖视图
3-连接件；5-连接件内置槽；6-旋块凹槽；7-连接杆贯穿孔；8-限位槽；9-操作板旋块；10-连接杆；11-限位块；12-卡扣；13-卡槽；14-操作块；
Figure 3.Enlarged schematic diagram of connector A of a combined coal mine geological exploration device
图3.一种组合式煤矿地质勘探装置的连接件A处放大示意图
8-限位槽；9-操作板旋块；11-限位块；14-操作块；
Figure 4.Schematic diagram of the rotary block structure of the operation board of a combined coal mine geological exploration device
图4.一种组合式煤矿地质勘探装置的操作板旋块结构示意图
1-第一箱体；
Figure 5.Structural sectional view of a combined coal mine geological exploration device with a fixed line device
图5.一种组合式煤矿地质勘探装置的固线器结构剖视图
15-滑槽；16-滑块；17-滑块凹槽；18-固线器；19-旋转柱；22-限位杆；23-操作把手；
Figure 6.Enlarged schematic diagram of fixed line device B for a combined coal mine geological exploration device
图6.一种组合式煤矿地质勘探装置的固线器B处放大示意图
20-连接块；21-限位杆贯穿孔；22-限位杆；24-伸缩弹簧；25-挡板；
Figure 7.Enlarged schematic diagram of the fixed line device C of a combined coal mine geological exploration device
图7.一种组合式煤矿地质勘探装置的固线器C处放大示意图
1-第一箱体；3-连接件；5-连接件内置槽；15-滑槽；
Figure 8.Internal structure diagram of the first box of a combined coal mine geological exploration device
图8.一种组合式煤矿地质勘探装置的第一箱体内部结构图
一种组合式煤矿地质勘探装置工作原理及使用流程：该装置的操作板4在安装时，先把操作板4放置到第一箱体1的内部与连接件3的表面贴合，同时连接杆10的端部嵌入连接件内置槽5的内部，接着操作操作块14带动操作板旋块9在旋块凹槽6的内部旋转，限位块11在限位槽8的内部旋转，同时操作板旋块9带动连接杆10在连接杆贯穿孔7的内部旋转，连接杆10的端部在连接件内置槽5的内部旋转，限位块11在限位槽8的内部旋转到一定位置后，限位块11与卡扣12卡合固定住连接杆10，即可完成操作板4的安装，如需拆卸操作板4时，先操作操作块14带动操作板旋块9在旋块凹槽6的内部旋转，限位块11在限位槽8的内部旋转，同时操作板旋块9带动连接杆10在连接杆贯穿孔7的内部旋转，连接杆10的端部在连接件内置槽5的内部旋转到开口处，限位块11从卡扣12的内部脱离，接着把操作板4从第一箱体1的内部取出即可完成拆卸，在需要把设备的连接线固定到178内，先通过滑块16在滑槽15的内部滑动把固线器18移动到合适的位置，接着通过旋转柱19在滑块凹槽17的内部旋转把固线器18调整到合适的方向，然后操作操作把手23把限位杆22在限位杆贯穿孔21的内部向外拉出，拉出的同时限位杆22带动挡板25在限位杆贯穿孔21的内部挤压伸缩弹簧24，接着即可把连接线放置到固线器18的内部进行固定。
4. 一种组合式煤矿地质勘探装置应用注意事项
一种组合式煤矿地质勘探装置适用于不同条件的煤矿井下的采掘工作面的勘探，保障了矿井采掘工作面的正常生产，但是在应用过程中用注意事项：
1) 保养和维护人员必须参加操作培训，由工程技术人员给予授课讲解一种组合式煤矿地质勘探装置的工作原理、操作方法，并且经过考试合格以后方可上岗作业；
2) 应该定期对一种组合式煤矿地质勘探装置的箱体、连接件、连接件内置槽、滑槽进行检查，发现损坏严重的应该即使更换，并建立巡检台账，写明巡检人员、巡检日期、巡检效果等内容；
3) 日常工作时加强对一种组合式煤矿地质勘探装置的维护与保养，各连接部件应该及时加油，防止干磨造成部件的损坏，同时建立维修保养台账，确保权责统一。
5. 应用案例
鹤煤公司五环分公司3107外段工作面自2022年7月份开始进行回采以来使用了一种组合式煤矿地质勘探装置以后工作面的地质构造了解的更加清晰和明了，工作面的断层和褶皱被及时地发现，提前采取了果断的安全技术措施，确保了工作面安全高效地生产，收到了良好的使用效果。
6. 结语
1) 一种组合式煤矿地质勘探装置适用范围广泛，无论是在采煤工作面，还是在掘进工作面中都得到了广泛的应用；
2) 一种组合式煤矿地质勘探装置成本低、价格便宜、操作简单等优点；
3) 一种组合式煤矿地质勘探装置对环境的适应性强，故推广后具有较好的社会和经济效益。