CN101737030A - 矿床钻探定位井深控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种矿床钻探定位井深控制方法，由于采用GPS定位和激光测距方法可使钻机准确的找到待钻孔位置，并在钻孔时根据激光测距仪检测孔深数据，完成钻孔作业。由于采用了激光测距的方法，避免了常规方法中采用光电脉冲计数方式测量钻孔深度时，因岩层硬度不同以及钻机剧烈振动而造成单片机计数误差，提高了钻孔深度测量精度。

Description

矿床钻探定位井深控制方法

技术领域

本发明涉及矿床的钻探定位及井深控制方法，具体说涉及一种钻孔作业的高精度GPS定位、激光测距测量孔深的控制方法。

背景技术

目前钻孔作业主要依靠人工方式，在钻孔作业前由专业地质人员根据拟作业区域的要求一作业范围、品位、储藏量等一带着沉重的设备到现场测量规划，测定待钻孔点后摆上石块或堆放石灰粉作为带作业点标志。待钻机开到作业区后由钻机司机一边目测目标点一边移动设备，这种作业方式在自然因素和人为因素影响下，钻孔定位不准确且浪费大量人力、物力，作业效率低下，而对司机来讲还存在一定的安全隐患。

钻孔深度测量多采用光电脉冲发生器作为钻杆位移传感器，传感器的转轴与钻机的加压机构主轴相联，当钻机加压机构主轴带动钻头钻进时，光电脉冲发生器输出脉冲信号，这些脉冲信号经过整形放大，相位鉴别，光电隔离，最后输入单片机进行计数、累加、换算成钻孔深度，然后由显示电路显示，并将该数据提供给钻杆行进控制程序，用来控制钻机的钻孔过程。钻机作业的岩层绝大部分是硬岩和极硬岩，钻进时钻机发生剧烈振动，钻进速度极慢，加压机构主轴在一段时间内停滞不转，连接在它上面的光电脉冲发生器的转轴也随之停转。同时剧烈的振动使钻机加压机构主轴带着光电脉冲信号发生器的转轴作幅度微小的前后摆动，从而产生误触发光电脉冲造成单片机误计数，严重影响钻孔深度测量精度。除此不足之外，这种方法应用面也很窄，是某种型号钻机生产厂家的配套设施。

随着信息技术的发展，GPS应用技术在我国也迅速发展起来，目前应用领域多为定位、导航和测量。GPS定位实现高精度多采用载波相位差分方式，同时激光测距也是一种成熟技术，二者结合使用目前还没有发现应用到钻孔高精度定位与孔深控制上。

发明内容

针对现有钻孔作业存在的问题，本发明提出一种钻孔定位精确、孔深测量准确的测量控制方法。

解决上述技术问题的具体技术措施是：一种矿床钻探定位井深控制方法，其特征在于：

控制装置：在钻机人员活动平台上装有两根双频测量天线，双频测量天线分别与装在车载终端装置内的两部双频GPS接收机相联接，在钻杆行走电机顶部装有激光反光板，在激光反光板下面，钻机平台上装有激光测距仪传感器，激光测距仪传感器数据线与车载终端装置内的工控主板I/O口相联接，在钻杆顶部有钻机行走电机，钻机行走电机控制线与行走电机控制器相联接，行走电机控制器的数据线与工控主板的I/O口相联接；

钻孔定位与钻孔操作控制方法：钻孔定位与钻孔操作控制山车载终端装置(4)内的自动控制程序完成，通过双频GPS接收机与GPS卫星(10，11)测出钻机当前位置坐标，并存于车载终端装置(4)内，经参数转换处理成大地坐标，按照预定钻孔位置坐标图调整钻机位置，使钻机实时位置坐标与预定钻孔位置坐标相重合后开始钻孔，激光测距仪传感器(8)发射脉冲激光(12)至反光板(5)，测量出传感器(8)至行走电机(6)顶端反光板(5)之间的距离，当迏到所需钻孔深度或安全距离时，车载终端装置(4)发送“停止”命令到电机控制器(13)，停止钻孔；当前已完成孔深数据小于预定钻孔深度需要增加更换钻杆(7)时，车载终端装置(4)会记录下已完成的钻孔深度数据，增加钻杆(7)完成后继续钻孔，激光测距仪传感器(8)重新测量电机下行距离。经过相同测量、计算、累加等过程后，当迏到所需钻孔深度值安全距离时，停止钻孔作业。

本发明的有益效果：本发明由于采用GPS定位和激光测距方法可使钻机准确的找到待钻孔位置，并在钻孔时根据激光测距仪检测孔深数据，完成钻孔作业。由于采用了激光测距的方法，避免了常规方法中采用光电脉冲计数方式测量钻孔深度时，因岩层硬度不同以及钻机剧烈振动而造成单片机计数误差，提高了钻孔深度测量精度。

附图说明

图1为本发明实施例中控制装置安装示意图

图2为控制方法程序控制流程图

图中：1.钻机平台2.GPS天线(A)3.GPS天线(B)4.车载终端装置5.激光反光板6.钻机行走电机7.钻杆8.激光测距仪传感器9.钻头10.GPS卫星11.GPS卫星12.测距脉冲激光13.行走电机控制器

具体实施方式

按图1所示安装控制装置：在钻机平台1或驾驶室棚顶上安装两根双频测量天线2、3，二者安装位置与钻杆在一条直线上或平行。双频测量天线2、3接收GPS卫星10、11传输的信号，双频测量天线分别联接装在车载终端装置4内的两部NCT2100D双频GPS接收机。为了实现钻孔高精度定位，本发明利用测量工程中的“放样”原理，采用了两块双频高精度GPS模块。同型号的GPS模块经过差分后，定位精度相同，可以消除公差。其中车载终端装置4采用高性能PC104工业控制计算机主板，宽温彩色液晶触摸显示屏，汉字菜单窗口操作。在钻杆行走电机6顶部装有激光反光板5，在激光反光板5下面，钻机平台1上装有INSIGHT-60高精度激光测距仪传感器8，激光测距仪传感器8数据线与车载终端装置4内的工控主板I/O口相联接，在钻杆7顶端装有钻机行走电机6，钻机行走电机6的控制线与行走电机控制器13相联接，行走电机控制器13的数据线与工控主板的I/O口相联接；主机获取来自2，3的GPS信号，进行数据处理，得到实时的位置，作业时通过8取得的数据经过计算处理得到孔深值。该终端可设定和显示各种参数，根据运算结果，输出相应提示和电机控制信号；形象显示动点、定点以及移动过程；在本地保存工作日志以及产量，通过无线通讯设备把相应信息发送到调度中心，在调度中心可打印各种报表；可查询任一天的历史记录。

钻孔定位与钻孔操作控制方法：结合图2说明本发明的实施方法：

步骤101为待命程序，当启动测量装置，进入开始寻点步骤102，设两个GPS天线2、3所处位置分别为A点、B点，A点到B点的距离及A点到钻杆7的距离可利用激光测距仪8测出，分别为常量L3、L4，钻杆的半径为R，则A点到钻杆7中心距离为常量L5＝L4+R。GPS模块测出钻机当下所处的位置坐标(经度、纬度、高程)存于车载终端装置。该坐标为WGS84经纬坐标，经过车载终端装置4的参数转换处理成北京五四坐标(X1，Y1，Z1)即钻机实际位置的步骤103，调度中心通过无线通讯设备把需要钻孔作业的区域及钻孔位置坐标图下传到车载终端装置，该坐标为北京五四坐标。设其中某待钻点为P，根据调度室下发的指令已知其坐标为(X2，Y2，Z2)。车载终端装置4通过计算可得到直线AB与真北方向的夹角α，直线AP与真北方向的夹角β，AP的长度L6。β为钻机行走到待钻点需要调整的角度，我们称其为偏航角。钻机按程序指令一面行走一面调整行进方向，按步骤104实时检测夹角α和偏航角β，当达到步骤105，α＝β，在钻机行驶中由车载终端装置提示操作者进行相应操作，当α＝β且L5＝L6时钻杆准确到达待钻孔点P，终端显示代表车辆的动点与待钻的定点重合为步骤106，钻机停止行走准备钻孔作业。

当钻杆到达地面准备钻孔时，按107步骤由操作员按下车载终端人机界面上的“开始钻孔”按钮，激光测距仪传感器8发射脉冲激光12至激光反光板5，测量出传感器8至行走电机顶端激光反光板5之间的距离，此时测量值为常量为L1.钻孔工作开始后，钻杆7行走、行走电机6下降，在钻杆7行走过程中激光测距仪传感器测量到反光板之间的距离为变量L，则实时测得的钻孔深度为变量H＝L1-L。设行走电机6至钻机平台1的安全距离为常量L7，当H等于下发调度指令中给定的钻孔深度值H1或L＝L7时，完成步骤108，程序发送“停止”命令到电机控制器，按步骤109停钻。钻孔过程中常遇到单根钻杆的长度小于指令给定值H1情况，即步骤201状态，此时程序202步骤停钻井提示换杆，如遇见此种情况，则在按下“更换钻杆”按钮，将行走电机6与钻杆7分离，重新提升行走电机6到一定高度，在行走电机与埋入孔中的钻杆7中间增加一根钻杆即程序203步骤，车载终端装置4记录下已完成的钻孔深度H2，如果未进行更换钻杆，程序返回202，增加钻杆完成后进行步骤204继续钻孔，按下“继续钻孔”按钮，启动行走电机，步骤205，激光测距仪8重新测量行走电机6下行距离，并按步骤206累积钻孔深度。经过相同测量过程后，当H+H2＝＝H1时，步骤207，程序进入步骤109停止钻孔作业。在执行步骤206时，更换钻杆后累计孔深达不到设定孔深要求，步骤208进入步骤202提示更换钻杆。

Claims (1)

1.一种矿床钻探定位井深控制方法，其特征在于：

控制装置：在钻机人员活动平台上装有两根双频测量天线，双频测量天线分别与装在车载终端装置内的两部双频GPS接收机相联接，在钻杆行走电机顶部装有激光反光板，在激光反光板下面，钻机平台上装有激光测距仪传感器，激光测距仪传感器数据线与车载终端装置内的工控主板I/O口相联接，在钻杆顶部有钻机行走电机，钻机行走电机控制线与行走电机控制器相联接，行走电机控制器的数据线与工控主板的I/O口相联接；

钻孔定位与钻孔操作控制方法：钻孔定位与钻孔操作控制由车载终端装置(4)内的自动控制程序完成，通过双频GPS接收机与GPS卫星(10，11)测出钻机当前位置坐标，并存于车载终端装置(4)内，经参数转换处理成大地坐标，按照预定钻孔位置坐标图调整钻机位置，使钻机实时位置坐标与预定钻孔位置坐标相重合后开始钻孔，激光测距仪传感器(8)发射脉冲激光(12)至反光板(5)，测量出传感器(8)至行走电机(6)顶端反光板(5)之间的距离，当迏到所需钻孔深度或安全距离时，车载终端装置(4)发送“停止”命令到电机控制器(13)，停止钻孔；当前已完成孔深数据小于预定钻孔深度需要增加更换钻杆(7)时，车载终端装置(4)会记录下已完成的钻孔深度数据，增加钻杆(7)完成后继续钻孔，激光测距仪传感器(8)重新测量电机下行距离。经过相同测量、计算、累加等过程后，当迏到所需钻孔深度值安全距离时，停止钻孔作业。

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