CN103982173B - 一种煤矿井下钻孔轨迹测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钻孔轨迹测量系统及方法，尤其是涉及一种煤矿井下钻孔轨迹测量系统及方法。包括：用于连续测量和存储钻孔轨迹参数的孔内组件、通过无线方式控制孔内组件的孔口防爆型控制器，所述的孔内组件包括：防爆固定组件、防爆电池筒、防爆探管，所述防爆固定组件将防爆电池筒和防爆探管固定在钻具中并起减震作用；所述防爆电池筒与防爆探管相连并为其供电；所述防爆探管能连续测量和保存钻孔轨迹参数。因此，本发明具有如下优点：1.结构简单紧凑，尺寸小，适用于煤矿井下各种规格钻具；2.不改变煤矿井下钻探工艺，价格低廉；3.采用了防爆设计，能够在煤矿井下爆炸性气体环境下进行工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻孔轨迹测量系统及方法，尤其是涉及一种煤矿井下钻孔轨迹测量系统及方法。
背景技术
钻孔轨迹测量是对钻井孔形成的轨迹进行连续测量的技术简称。钻孔轨迹测量系统按照工作方式分为存储式和随钻式。存储式相对简单、价格低廉，但需要钻孔结束后，再将仪器送入孔中，然后起钻，在起钻过程中测量并保存钻孔轨迹参数；随钻相对复杂、价格高，在钻孔前固定在钻具中，随钻孔深度的延伸实时上传钻孔轨迹参数。
目前应用钻孔轨迹测量系统较多的主要有石油钻探领域和煤矿井下钻探领域。其中，石油钻探领域在定向钻井时以随钻式钻孔轨迹测量系统为主，常规钻井以存储式钻孔轨迹测量系统为主。煤矿井下钻探领域早期不对钻孔轨迹测量，虽然也有存储式钻孔轨迹测量系统，但由于必须钻完孔后再将仪器送入孔中进行测量，由于煤矿成孔不好，导致仪器无法送入孔底，无法完成测量，因此没有得到普遍应用。近些年，随着煤矿井下随钻式钻孔轨迹测量系统的诞生和普及，一些煤矿也开始使用随钻式钻孔轨迹测量系统进行钻孔轨迹的测量，但是，现有的随钻式钻孔轨迹测量系统技术存在以下问题：
1、石油钻探领域使用的钻孔轨迹测量系统难以直接应用到用到煤矿井：石油钻探领域采用的钻孔轨迹测量系统针对地面井的钻探施工设计的，其孔径较大，施工的地层和环境较好；相对而言，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，施工工艺及钻探参数与石油钻井差别较大，不能直接地将石油钻探领域使用的钻孔轨迹测量系统直接引用到煤矿井下钻孔施工中，需要结合煤矿井下钻探的特点，研制出相应的钻孔轨迹测量系统。
2、现有的煤矿井钻孔轨迹测量系统应用存在局限性：同时，虽然煤矿井下随钻式钻孔轨迹测量系统已经开始普及使用，但主要应用在定向钻井，且体积庞大、价格昂贵、对钻具的要求高等缺点，还无法应用在常规钻孔以及松软煤层钻孔方面。
综上所述，具有防爆特性、满足常规钻孔的随钻存储式钻孔轨迹测量系统正处于研发和试验阶段，尚未进行大规模的推广和使用。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的钻孔轨迹测量系统体积庞大、价格昂贵、对钻具的要求高等缺点，提供了一种结构简单紧凑，尺寸小，适用于煤矿井下各种规格钻具，不改变煤矿井下钻探工艺，价格低廉，并且能应用于爆炸性气体环境下的煤矿井下钻孔轨迹测量系统及方法。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种煤矿井下钻孔轨迹测量系统，包括：用于连续测量和存储钻孔轨迹参数的孔内组件、通过无线方式控制孔内组件的孔口防爆型控制器，所述的孔内组件包括：防爆固定组件、防爆电池筒、防爆探管，所述防爆固定组件将防爆电池筒和防爆探管固定在钻具中并起减震作用；所述防爆电池筒与防爆探管相连并为其供电；所述防爆探管能连续测量和保存钻孔轨迹参数。
优化的，在上述的一种煤矿井下钻孔轨迹测量系统中，所述防爆探管包括：依次连接的本安电源电路、数据采集单元、CPU控制器以及无线传输单元；分别与本安电源电路和数据采集单元相连的磁传感器和加速度传感器；与本安电源电路和CPU控制器相连的数据存储单元；所述本安电源电路还与CPU控制器和无线传输单元直接相连。
优化的，在上述的一种煤矿井下钻孔轨迹测量系统中，所述防爆固定组件、防爆电池筒和防爆探管活动固定于钻具中。
一种利用上述煤矿井下钻孔轨迹测量系统进行钻孔轨迹测量的方法，包括以下步骤：
步骤1，根据钻具规格和尺寸选择配套的防爆固定组件并将孔内组件固定在钻具中；
步骤2，根据预期的钻孔速度，通过孔口防爆型控制器设置适宜的延时时间和采样间隔时间；
步骤3，孔口防爆型控制器将设置参数传输给防爆探管，并启动防爆探管工作；
步骤4，开始进行钻孔，并根据测量间隔要求，捕获当前孔深的测量时间；
步骤5，钻孔完成并起钻结束后，通过孔口防爆型控制器读取防爆探管内保存的测量数据，并根据步骤4记录的不同孔深的测量时间，按照孔深的变化自动生成连续钻孔轨迹数据，并显示连续钻孔轨迹曲线。
因此，本发明具有如下优点：1.结构简单紧凑，尺寸小，适用于煤矿井下各种规格钻具；2.不改变煤矿井下钻探工艺，价格低廉；3.采用了防爆设计，能够在煤矿井下爆炸性气体环境下进行工作。
附图说明
图1为本发明的结构原理示意图。
图2为本发明防爆探管的结构原理示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。图中，防爆固定组件1、防爆电池筒2、防爆探管3、孔口防爆型控制器4、加速度传感器31、磁传感器32、CPU控制器33、数据采集单元34、本安电源电路35、无线传输单元36、数据存储单元37。
实施例：
参见图1，一种煤矿井下钻孔轨迹测量系统，包括：用于连续测量和存储钻孔轨迹参数的孔内组件、通过无线方式控制孔内组件的孔口防爆型控制器4，所述的孔内组件包括：防爆固定组件1、防爆电池筒2、防爆探管3，所述防爆固定组件1将防爆电池筒2和防爆探管3固定在钻具中并起减震作用；所述防爆电池筒2与防爆探管3相连并为其供电；所述防爆探管3能连续测量和保存钻孔轨迹参数。由于各组成部分全部采用防爆设计，因此可应用于煤矿井下爆炸性气体环境中。
在钻孔前，根据钻具规格选择相配套的防爆固定组件1，然后通过防爆固定组件1将防爆电池筒2和防爆探管3固定在钻具中，再根据钻孔速度通过孔口防爆型控制器4设定防爆探管3的延时时间和采集间隔时间，并启动防爆探管3工作，防爆探管3开始按照设定的采集间隔时间采集并存储钻孔轨迹参数。开始钻孔，每钻完一定深度，通过孔口防爆型控制器4记录当前钻孔深度的测量时间。钻完孔后，取出孔内仪器，通过孔口防爆型控制器4读取和处理防爆探管3保存的钻孔轨迹参数，并形成钻孔轨迹曲线。
参见图2，是本实施例中，防爆探管3包括：依次连接的本安电源电路35、数据采集单元34、CPU控制器33以及无线传输单元36；分别与本安电源电路35和数据采集单元34相连的磁传感器32和加速度传感器31；与本安电源电路35和CPU控制器33相连的数据存储单元37；所述本安电源电路35还与CPU控制器33和无线传输单元36直接相连。
防爆探管3采用无磁铜或无磁不锈钢为外壳。加速度传感器31能够敏感重力加速度信号，磁传感器32能够敏感地磁场信号，并通过数据采集单元34进行采集、CPU控制器33进行计算，可测量出防爆探管3所处位置的重力加速度值和地磁场强度值，从而计算出倾角、方位角等钻孔轨迹参数，然后通过CPU控制器33保存在数据存储单元37中。本安电源电路35保证其在短路、开路状态下具有防爆特性，不会产生火花。无线传输单元36负责与孔口防爆型控制器4进行数据交换，包括接收工作指令、发送保存的钻孔轨迹参数。
防爆固定组件1、防爆电池筒2和防爆探管3活动固定于钻具中，因而可根据钻具的不同规格选用不同规格的防爆固定组件1，无需更换防爆探管3和防爆电池筒2。
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防爆固定组件1、防爆电池筒2、防爆探管3、孔口防爆型控制器4、加速度传感器31、磁传感器32、CPU控制器33、数据采集单元34、本安电源电路35、无线传输单元36、数据存储单元37等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语，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 (3)
1.一种利用煤矿井下钻孔轨迹测量系统进行钻孔轨迹测量的方法，其中，所述煤矿井下钻孔轨迹测量系统包括：用于连续测量和存储钻孔轨迹参数的孔内组件、通过无线方式控制孔内组件的孔口防爆型控制器(4)，其特征在于，所述的孔内组件包括：防爆固定组件(1)、防爆电池筒(2)、防爆探管(3)，所述防爆固定组件(1)将防爆电池筒(2)和防爆探管(3)固定在钻具中并起减震作用；所述防爆电池筒(2)与防爆探管(3)相连并为其供电；所述防爆探管(3)能连续测量和保存钻孔轨迹参数；
其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，根据钻具规格和尺寸选择配套的防爆固定组件(1)并将孔内组件固定在钻具中；
步骤2，根据预期的钻孔速度，通过孔口防爆型控制器(4)设置适宜的延时时间和采样间隔时间；
步骤3，孔口防爆型控制器(4)将设置参数传输给防爆探管(3)，并启动防爆探管(3)工作；
步骤4，开始进行钻孔，并根据测量间隔要求，捕获当前孔深的测量时间；
步骤5，钻孔完成并起钻结束后，通过孔口防爆型控制器(4)读取防爆探管(3)内保存的测量数据，并根据步骤4记录的不同孔深的测量时间，按照孔深的变化自动生成连续钻孔轨迹数据，并显示连续钻孔轨迹曲线。
2.根据权利要求1所述的一种利用煤矿井下钻孔轨迹测量系统进行钻孔轨迹测量的方法，其特征在于，所述防爆探管(3)包括：依次连接的本安电源电路(35)、数据采集单元(34)、CPU控制器(33)以及无线传输单元(36)；分别与本安电源电路(35)和数据采集单元(34)相连的磁传感器(32)和加速度传感器(31)；与本安电源电路(35)和CPU控制器(33)相连的数据存储单元(37)；所述本安电源电路(35)还与CPU控制器(33)和无线传输单元(36)直接相连。
3.根据权利要求1所述的一种利用煤矿井下钻孔轨迹测量系统进行钻孔轨迹测量的方法，其特征在于，所述防爆固定组件(1)、防爆电池筒(2)和防爆探管(3)活动固定于钻具中。
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