CN103398683A - 煤矿井下钻杆长度及故障检测装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种煤矿井下钻杆长度及故障检测装置及其使用方法，该检测装置包含电源模块、控制模块、检测模块和信号处理模块，该电源模块包含电源，该电源为镍氢电池；该检测模块包含接收探头和触发接收模块；该信号处理模块包含差分放大模块和A/D模块；该控制模块包含触摸屏、CPU控制板、电脉冲发射电路和存储模块，该使用方法包含声波检测模式和电脉冲检测模式，本发明的检测装置及其使用方法结构简单紧凑、检测快速准确、功能齐全、可满足不同钻杆检测需要、采用防爆设计，能够在煤矿井下爆炸性气体环境下进行工作。

Description

煤矿井下钻杆长度及故障检测装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及煤矿设备的检测技术，尤其涉及一种煤矿井下钻杆长度及故障检测装置及其使用方法。
背景技术
煤矿井下钻探施工是我国钻探技术领域的重要组成部分，是煤矿井下瓦斯灾害、底板突水与冲击矿压等矿山建设与生产过程中安全灾害的重要防治措施。为消除煤矿安全事故隐患，实现矿井高产高效及安全生产，钻孔必须达到设计深度和位置。而目前煤矿井下缺少测量钻孔深度的仪器，获得钻孔深度的方法是钻探施工结束后通过人工数钻杆的方式得到钻孔深度，存在以下不足：人为影响因素大，易产生错误或误差；获得钻孔深度时间长；需安排专人全程值守防止数据虚报，增加管理成本。
此外，目前我国煤矿井下随钻测量定向钻进均采用有线的方式传输测量信号，中心式通缆钻杆作为信号传输通道是煤矿井下实现随钻测量定向钻进的重要组成部分，中心式通缆钻杆中导线的密封与连接状况直接影响着随钻测量的通信状况，但在煤矿井下施工时，由于材料、工艺和施工状况等各种不可测因素造成钻杆接头处密封破坏时有发生，造成短路或者断路，无法进行随钻测量。当随钻测量装置出现异常情况时，由于没有仪器检测钻杆缆心是否连接正常，造成无法判断问题所在，只能大致推测各种情况，反复验证，严重时甚至要提钻检验，影响施工效率。
具有高湿度、大粉尘和瓦斯爆炸性气体的煤矿井下，施工条件和环境相对较差，对仪器的电气性能、防爆性能要求更高，因此需要针对煤矿井下生产需要，研制出相应的防爆型钻杆长度及故障检测装置。
为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种煤矿井下钻杆长度及故障检测装置及其使用方法，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤矿井下钻杆长度及故障检测装置及其使用方法，该检测装置结构简单紧凑、检测快速准确、功能齐全、可满足不同钻杆检测需要、采用防爆设计，能够在煤矿井下爆炸性气体环境下进行工作。
为实现上述目的，本发明公开了一种煤矿井下钻杆长度及故障检测装置，该检测装置包含电源模块、控制模块、检测模块和信号处理模块，其特征在于：
该电源模块包含电源，该电源为镍氢电池；
该检测模块包含接收探头和触发接收模块，所述接收探头包含声波接收探头或夹子线，所述触发接收模块连接至所述接收探头以触发开闭所述接收探头及接收检测信号；
该信号处理模块包含差分放大模块和A/D模块，所述差分放大模块连接至所述触发接收模块，所述A/D模块连接至所述差分放大模块；
该控制模块包含触摸屏、CPU控制板、电脉冲发射电路和存储模块，所述信号处理模块的A/D模块连接至所述CPU控制板，所述电脉冲发射电路连接至所述检测模块的触发接收模块。
其中，该电源模块还包含电源检测单元以对电源进行电压和电流监控。
还公开了这种检测装置的使用方法，其包含声波检测模式和电脉冲检测模式：
其中，所述声波检测模式利用声波接收探头的磁铁将声波接收探头紧贴钻孔中钻杆尾端，由声波接收探头对声波信号进行采集，并传递给触发接收模块，经过差分放大模块放大、滤波后，由A/D模块数模转换并送入CPU控制板，通过初始声波信号和反射声波信号之间的时间差及声波在钻杆中的传播速度计算出钻杆长度，并将检测波形和计算数据在触摸屏上显示输出；
其中，所述电脉冲检测模式利用夹子线分别连接钻杆体和钻杆中导线，电脉冲发射电路发出电脉冲信号并将电脉冲送入钻杆体和钻杆中导线，同时触发接收模块开始计时，脉冲波在中心通缆式钻杆中传播，遇高阻的断点、终端点或短路点就会发生反射，由触发接收模块接收反射波，当接收到第一个反射波时停止计时；通过发射脉冲波和接收到反射波的时间差及脉冲波在钻杆中传播的速度计算出中心通缆式钻杆长度及故障异常点的准确位置。
其中，在声波接收探头上设置有声波发生器，所述声波检测模式触发接收模块发出触发信号时，所述声波发生器发出声波，由声波接收探头接收声波信号进行采集。
通过上述结构，本发明的技术效果如下：
1、结构简单紧凑、检测更加快速准确，检测方式多样，可满足不同钻杆的检测需要；
2、采用防爆设计，能够在煤矿井下爆炸性气体环境下进行工作。
本发明将通过下面的具体实施例进行进一步的详细描述，且进一步结合对附图的说明将得到更加清楚和明显的了解。
附图说明
图1为本发明煤矿井下钻杆长度及故障检测装置的电气原理示意图。
图2为本发明利用声波检测模式检测普通钻杆长度的原理示意图。
图3为本发明利用电脉冲检测模式检测中心通缆式钻杆长度及故障点的原理示意图。
附图标记：1为电源、2为电源监测单元、3为接收探头、4为触摸屏、5为CPU控制板、6为电脉冲发射电路、7为触发接收模块、8为存储模块、9为A/D模块、10为差分放大模块、11为普通钻杆、12为榔头、13为声波接收探头、14为检测主机、15为中心通缆式钻杆、16为钻杆体、17为导线、18为夹子线。
下面通过实施例，结合附图对本发明的实施方式进行详细说明。
具体实施方式
参见图1-3，显示了本发明的煤矿井下钻杆长度及故障检测装置，该检测装置包含电源模块、控制模块、检测模块和信号处理模块等。
该电源模块包含电源1，以给其他模块进行供电，该电源可为镍氢电池为整个装置提供5V、3.3V和1.5V供电。
优选的是，该电源模块还可包含电源检测单元，以对电源1进行电压和电流监控。
该检测模块包含接收探头3和触发接收模块7，所述接收探头3可包含声波接收探头13或夹子线18，所述触发接收模块7连接至所述接收探头3以触发开闭所述接收探头3及接收检测信号，且所述触发接收模块7还连接至所述控制模块。
该信号处理模块包含差分放大模块10和A/D模块9，所述差分放大模块10连接至所述触发接收模块7以对信号进行差分，所述A/D模块9连接至所述差分放大模块10，所述A/D模块9连接至所述控制模块。
该控制模块包含触摸屏4、CPU控制板5、电脉冲发射电路6和存储模块8，所述CPU控制板5作为控制元件，分别连接至触摸屏4、电脉冲发射电路6和存储模块8，其中，所述信号处理模块的A/D模块9连接至所述CPU控制板5，所述电脉冲发射电路6连接至所述检测模块的触发接收模块7。
在本发明中，接收探头3将接收到信号转化为电信号传输给触发接收模块7，再经过差分放大模块10和A/D模块9对信号进行处理后，传输给CPU控制板5分析和显示；电脉冲发射电路6接收CPU控制板5的控制信号，判断是否发射脉冲；当电脉冲发射电路6开始发射电脉冲时，触发接收模块7开始接收接收探头3的信号。
本发明的装置可采用两种检测模式，分别为声波检测模式和电脉冲检测模式。
参见图2，采用声波检测模式检测普通钻杆11长度时，将所述声波接收探头13与检测主机14连接，然后利用声波接收探头13的磁铁将声波接收探头13紧贴钻孔中钻杆尾端，连接好后，通过可使用榔头12敲击钻杆，由声波接收探头13对声波信号进行采集，并传递给检测主机14中的触发接收模块7，经过差分放大模块10放大、滤波后，由A/D模块9数模转换并送入CPU控制板5，通过初始声波信号和反射声波信号之间的时间差及声波在钻杆中的传播速度，计算出普通钻杆11长度，并将检测波形和计算数据在触摸屏4上显示输出。
优选的是，可在声波接收探头13上设置有声波发生器，当触发接收模块7发出触发信号时，所述声波发生器发出声波，由声波接收探头13声波信号进行采集，并传递给检测主机14中的触发接收模块7，经过差分放大模块10放大、滤波后，由A/D模块9数模转换并送入CPU控制板5，通过初始声波信号和反射声波信号之间的时间差及声波在钻杆中的传播速度，计算出普通钻杆11长度，并将检测波形和计算数据在触摸屏4上显示输出。
参见图3，采用电脉冲检测模式检测中心通缆式钻杆15长度和故障位置。检测时先选择夹子线18为接收探头3，并与检测主机14连接；然后将夹子线18分别连接钻杆体16和钻杆中导线17，然后按下检测主机14上采样键后，电脉冲发射电路6发出电脉冲信号并将电脉冲送入中心通缆式钻杆15的钻杆体16和钻杆中导线17，同时触发接收模块7开始计时，脉冲波在中心通缆式钻杆15中传播，遇高阻的断点、终端点或短路点就会发生反射，由触发接收模块7接收反射波，当接收到第一个反射波时停止计时；通过发射脉冲波和接收到反射波的时间差及脉冲波在钻杆中传播的速度，计算出中心通缆式钻杆长度及故障异常点的准确位置。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了电源、接收探头等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (4)

1.一种煤矿井下钻杆长度及故障检测装置，该检测装置包含电源模块、控制模块、检测模块和信号处理模块，其特征在于：
该电源模块包含电源，该电源为镍氢电池；
该检测模块包含接收探头和触发接收模块，所述接收探头包含声波接收探头或夹子线，所述触发接收模块连接至所述接收探头以触发开闭所述接收探头及接收检测信号；
该信号处理模块包含差分放大模块和A/D模块，所述差分放大模块连接至所述触发接收模块，所述A/D模块连接至所述差分放大模块；
该控制模块包含触摸屏、CPU控制板、电脉冲发射电路和存储模块，所述信号处理模块的A/D模块连接至所述CPU控制板，所述电脉冲发射电路连接至所述检测模块的触发接收模块。
2.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，该电源模块还包含电源检测单元以对电源进行电压和电流监控。
3.如权利要求1或2所述的检测装置的使用方法，其包含声波检测模式和电脉冲检测模式：
其中，所述声波检测模式利用声波接收探头的磁铁将声波接收探头紧贴钻孔中钻杆尾端，由声波接收探头对声波信号进行采集，并传递给触发接收模块，经过差分放大模块放大、滤波后，由A/D模块数模转换并送入CPU控制板，通过初始声波信号和反射声波信号之间的时间差及声波在钻杆中的传播速度计算出钻杆长度，并将检测波形和计算数据在触摸屏上显示输出；
其中，所述电脉冲检测模式利用夹子线分别连接钻杆体和钻杆中导线，电脉冲发射电路发出电脉冲信号并将电脉冲送入钻杆体和钻杆中导线，同时触发接收模块开始计时，脉冲波在中心通缆式钻杆中传播，遇高阻的断点、终端点或短路点就会发生反射，由触发接收模块接收反射波，当接收到第一个反射波时停止计时；通过发射脉冲波和接收到反射波的时间差及脉冲波在钻杆中传播的速度计算出中心通缆式钻杆长度及故障异常点的准确位置。
4.如权利要求3所述的使用方法，其特征在于，在声波接收探头上设置有声波发生器，所述声波检测模式触发接收模块发出触发信号时，所述声波发生器发出声波，由声波接收探头接收声波信号进行采集。
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