CN104912543A - 随钻测斜装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种随钻测斜装置，包括：测量仪和一体机；测量仪包括杆体、设置于杆体上的处理器、磁场传感器、加速度传感器、测量仪电源以及测量仪通信接口；一体机包括控制器和一体机通信接口。本发明提供的随钻测斜装置，可将测量仪连接在钻杆和钻头之间，在钻孔成孔的同时即可测得钻孔数据，避免了先打孔，再将探管放入钻孔中测量钻孔数据所带来的不便利，其操作方便快捷，省时省力，大大的提高了工作效率；同时不需要通过电缆下入测量仪测量钻孔数据，能够随钻头对穿层孔、顺层孔以及地质钻孔等钻孔进行测斜，适用范围广。

Description

随钻测斜装置

技术领域

本发明涉及地质勘探仪器领域，尤其涉及一种随钻测斜装置。

背景技术

在煤矿开采过程中，煤与瓦斯突出一直是煤矿安全生产的最大隐患。目前，利用采前钻孔预抽放瓦斯，降低煤岩层中瓦斯压力，仍是防止煤与瓦斯突出最有效的办法。在煤矿井下钻孔施工过程中，存在钻孔轨迹偏离预先设计位置的问题，因此需要测量钻孔是否发生偏斜。

目前主要采用钻孔测斜仪对钻孔进行测斜，现有的钻孔测斜仪一般由地面控制仪器和井下探管组成，它们之间通过电缆连接进行通信。具体在进行测量时，通常是在钻孔成孔后，将带电缆的探管送入钻孔内进行测量，测量完成后取回探管继续钻孔。

现有的这种钻孔测斜仪，需要在钻孔成孔后再将探管送入钻孔内进行测量，操作繁琐，耗时耗力，严重影响了工作效率；且通过电缆下入探管，因此只能在穿层孔中使用，其无法应用于顺层孔，局限性很大。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明提供一种随钻测斜装置，用于提高工作效率，并扩展测斜适用范围。

本发明提供一种随钻测斜装置，包括：测量仪和一体机；

测量仪包括杆体、设置于杆体上的处理器、磁场传感器、加速度传感器、测量仪电源以及测量仪通信接口；磁场传感器、加速度传感器、处理器分别与测量仪电源连接，磁场传感器、加速度传感器、测量仪通信接口分别与处理器连接；杆体的一端设置外连接锥扣，用于连接钻头；杆体的另一端设置内连接锥扣，用于连接钻杆；

一体机包括控制器和一体机通信接口，一体机通信接口连接控制器；

测量仪用于随钻头进入钻孔内测量钻孔的角度信息；角度信息包括钻孔的倾角和方位角；

一体机用于根据预设的采样机制获取时间采样点，并通过测量仪通信接口和一体机通信接口获取钻孔的角度信息。

在本发明的一实施例中，杆体上设置有凹槽，处理器、磁场传感器、加速度传感器和电源位于凹槽中。

在本发明的一实施例中，测量仪还包括一盖板，盖板与凹槽相匹配，并且活动设置在杆体上。

在本发明的一实施例中，测量仪的杆体内设置有内部通眼，内部通眼连通钻杆与钻头。

在本发明的一实施例中，测量仪的杆体采用钛合金制成。

在本发明的一实施例中，一体机还包括：显示屏、操作键和为一体机供电的一体机电源；显示屏和操作键分别与控制器连接。

在本发明的一实施例中，测量仪上设置有测量仪充电接口，一体机上设置有一体机充电接口。

在本发明的一实施例中，测量仪上设置有测量仪电源开关，一体机上设置有一体机电源开关。

本发明实施例提供的随钻测斜装置，通过测量仪的杆体一端设置的外连接锥扣，另一端设置的内连接锥扣，从而可将测量仪连接在钻杆和钻头之间，使得测量仪在钻孔的同时即可通过测量仪上设置的磁场传感器和加速度传感器测量钻孔的角度信息，并通过测量仪上设置的处理器对钻孔的角度信息进行处理、存储，即在钻孔成孔的同时即可测得钻孔数据，避免了先打孔，再将探管放入钻孔中测量钻孔数据所带来的不便利，其操作方便快捷，省时省力，大大的提高了工作效率；同时本实施例的随钻测斜装置，不需要通过电缆下入测量仪测量钻孔数据，能够随钻头对穿层孔、顺层孔以及地质钻孔等钻孔实时进行测斜，适用范围广。

附图说明

图1为本发明提供的随钻测斜装置的测量仪的正向结构示意图；

图2为本发明提供的随钻测斜装置的测量仪的背向及内部结构示意图；

图3为本发明提供的随钻测斜装置的一体机的结构示意图；

图4为本发明的盖板的结构示意图；

图5为本发明提供的随钻测斜装置的一体机的另一结构示意图。

附图标记说明：

1-测量仪；       2-一体机；

11-杆体；        12-处理器；

13-磁场传感器；  14-加速度传感器；

15-测量仪电源；  16-测量仪通信接口；

17-外连接锥扣；  18-内连接锥扣；

19-凹槽；        110-盖板；

111-内部通眼；   112-测量仪充电接口；

113-测量仪电源开关；

21-控制器；      22-一体机通信接口；

23-显示屏；      24-操作键；

25-一体机电源；  26-一体机充电接口；

27-一体机电源开关。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的随钻测斜装置，旨在解决现有技术中钻孔测斜仪适用范围窄、工作效率低的技术问题。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图1为本发明提供的随钻测斜装置的测量仪的正向结构示意图，图2为本发明提供的随钻测斜装置的测量仪的背向及内部结构示意图，图3为本发明提供的随钻测斜装置的一体机的结构示意图；如图1-图3所示，本实施例提供的随钻测斜装置包括：测量仪1和一体机2；测量仪1包括杆体11、设置于杆体11上的处理器12、磁场传感器13、加速度传感器14、测量仪电源15以及测量仪通信接口16；磁场传感器13、加速度传感器14、处理器12分别与测量仪电源15连接，磁场传感器13、加速度传感器14、测量仪通信接口16分别与处理器12连接；杆体11的一端设置外连接锥扣17，用于连接钻头；杆体11的另一端设置内连接锥扣18，用于连接钻杆；一体机2包括控制器21和一体机通信接口22，一体机通信接口22连接控制器21；测量仪1用于随钻头进入钻孔内测量钻孔的角度信息；角度信息包括钻孔的倾角和方位角；一体机2用于根据预设的采样机制获取采样时间点，并通过测量仪通信接口16和一体机通信接口22获取钻孔的角度信息。

具体的，测量仪1中的处理器12可以由单片机及其外围电路组成，用于将磁场传感器13和加速度传感器14产生的电信号处理成数字信号并存储在单片机内部或外部的存储器中。

测量仪1中的磁场传感器13用于测量钻孔的方位角，具体可以采用磁阻传感器或磁通门传感器等其他用于测量磁力的传感器；本实施例中优选采用磁阻传感器，以减小电路组装成本，提高测量仪1的抗震性能。测量仪1中的加速度传感器14用于测量钻孔的倾角，具体可以采用重力加速度传感器14或石英挠性加速度传感器14等其他用于测量加速度的传感器；本实施例中优选采用重力加速度传感器14，以减小电路体积，提高测量仪1的抗震性能。

测量仪电源15可以是普通电池或可充电电池，测量仪通信接口16可以是RS232接口或通用串行总线(Universal Serial Bus；简称USB)接口等其他用于传输数据的通信接口。

测量仪1的杆体11一端的外连接锥扣17与钻头的内连接锥扣相匹配，杆体11另一端的内连接锥扣18与钻杆的外连接锥扣相匹配，测量仪1连接在钻头和一节钻杆之间，测量仪1随钻头在钻孔的同时可测得钻孔的角度信息；每节钻杆的长度是固定的，在钻孔结束后，根据测量仪1上端连接的钻杆数量即可确定钻孔的深度信息。

一体机2中的控制器21可以由单片机及其外围电路组成，主要用于向测量仪1发送同步命令以及采集有效采样点。一体机通信接口22与测量仪通信接口16相匹配，一体机2可通过测量仪通信接口16和一体机通信接口22获取测量仪1测得的钻孔的角度信息。

一体机2在根据预设的采样机制获取采样时间点时，具体可通过人工在预设时间点采样或者按照预设的时间自动采样获取采样时间点。一体机2的采样频率可与测量仪1的测斜频率一致，可根据需要将采样间隔设置为2s-4s等其他时间。在采样结束后，一体机2可提取出测量仪1测得的钻孔的角度信息，为各采样时间点匹配采样数据获取完整的采样点数据，具体的，可将距离采样时间点最近的时间点测得的钻孔角度信息作为该采样时间点的采样数据，例如：一体机2的某个采样时间点为13时1分3秒，测量仪测得的两个钻孔角度信息的测量时间点分别为13时1分1秒和13时1分4秒，则将测量时间点为13时1分4秒的钻孔角度信息作为该采样时间点的采样数据；根据各采样点的数据特征，一体机2可对采样数据进行处理并筛选出有效采样点(在钻完一节钻杆的长度，安装另一节钻杆时，会停顿数秒用于采集数据，有效采样点即为钻头停顿时间段内采集的钻孔数据)。

此外，本实施例中的一体机2可以自动处理获取的钻孔数据(包括钻孔的角度信息、钻孔深度等数据)，也可以将一体机2连接计算机等其他处理设备，通过计算机处理获取的钻孔数据；同时，本实施例中的一体机2可通过计算机控制一体机2，实现钻孔参数预设以及一体机2与测量仪1的时间同步等操作。

本实施例的随钻测斜装置在具体使用时，下井前，一体机2连接计算机，同时将测量仪通信接口16和一体机通信接口22连接，在周围5m范围内无含磁性物质地点，根据测量仪1的测量数据，通过计算机在一体机2上对地磁偏角进行标定，同时对施工钻孔地点、钻杆长度、钻孔参数(包括：设计倾角、设计方位、巷道走向等)进行预设；然后进行时间同步操作，一体机2和测量仪1同时开始采样工作；同步成功后，断开测量仪通信接口16和一体机通信接口22之间的连线，将测量仪1的一端通过外连接锥扣17连接钻头，另一端通过内连接锥扣18连接钻杆，钻孔开始施工；施工过程中，一体机2按照预设的采样机制获取采样时间点，直至钻孔施工完毕；钻孔施工完毕后，取出测量仪1，连接测量仪通信接口16和一体机通信接口22，提取测量仪1内存储的钻孔的角度信息，同时根据钻杆的长度和数量获取钻孔的深度信息；然后通过控制器21或与一体机连接的计算机处理钻孔数据，在计算机上显示钻孔的轨迹图形、倾角、方位角以及钻孔深度等数据。根据上述处理后的钻孔数据，即可对钻孔的偏斜程度进行判断，针对钻孔的偏斜程度即时调整钻孔施工参数，指导同类型钻孔施工，最终达到每个钻孔都能施工至预定终孔点的目的。

本实施例提供的随钻测斜装置，通过测量仪的杆体一端设置的外连接锥扣，另一端设置的内连接锥扣，从而可将测量仪连接在钻杆和钻头之间，使得测量仪在钻孔的同时即可通过测量仪上设置的磁场传感器和加速度传感器测量钻孔的角度信息，并通过测量仪上设置的处理器对钻孔的角度信息进行处理、存储，即在钻孔成孔的同时即可测得钻孔数据，避免了先打孔，再将探管放入钻孔中测量钻孔数据所带来的不便利，其操作方便快捷，省时省力，大大的提高了工作效率；同时本实施例的随钻测斜装置，不需要通过电缆下入测量仪测量钻孔数据，能够随钻头对穿层孔、顺层孔以及地质钻孔等钻孔进行测斜，适用范围广。

作为本发明一种可能的实施方式，在上述实施例的基础上，本实施例是对测量仪1的结构进行进一步的优化。请继续参照图1和图2，本实施例中，杆体11上设置有凹槽19，处理器12、磁场传感器13、加速度传感器14和电源位于凹槽19中，以避免凹槽19中的各元件收到外力碰撞而损坏，对各元件起到一定的保护作用。

图4为本发明的盖板的结构示意图，进一步的，如图4所示，测量仪1还包括一盖板110，盖板110与凹槽19相匹配，并且活动设置在杆体11上，以与凹槽19相配合，进一步保护凹槽19内的元件免受损坏。

具体的，盖板110的一侧可活动连接在凹槽19上，打开盖板110时，盖板110不脱离凹槽19；盖板110也可以为可拆卸式盖板，打开盖板110时，盖板110脱离凹槽19。具体的设置方式可根据需要选择，本实施例不做限制。

可选的，本实施例中，如图2所示，测量仪1的杆体11内设置有内部通眼111，内部通眼111连通钻杆与钻头。在进行钻孔的过程中，钻头处会产生施工碎屑，此时，可通过向钻杆、测量仪1与钻头之间形成的内部通道注入水等液体来冲洗钻头处的施工碎屑，以便于钻孔施工。

可选的，本实施例中的测量仪1的杆体11采用钛合金制成，以增强测量仪1的强度，避免测量仪1在钻孔过程中受力过大而损坏，进而减少故障率，增长使用寿命。当然，测量仪1的杆体也可以采用其他硬度较高的无磁性材料，本发明采用钛合金只是作为一种示例，并非用于限定本发明。

此外，可选的，测量仪1上设置有测量仪充电接口112，对应的，测量仪电源15采用可充电电池，从而能够有效延长电池的使用时间，续航能力强，同时也避免了反复更换电池而对施工效率的影响，进一步的提高了工作效率。

可选的，测量仪1上设置有测量仪电源开关113，可在测量仪1工作时打开电源，在测量仪1不工作时关闭电源，以节省电力。

本实施例提供的测量仪，通过在杆体上设置凹槽来盛放处理器、磁场传感器、加速度传感器和电源，避免了凹槽中的各元件收到外力碰撞而损坏，对各元件起到了一定的保护作用；同时通过设置与凹槽相匹配的盖板，进一步的保护了凹槽内的元件免受损坏。

图5为本发明提供的随钻测斜装置的一体机的另一结构示意图，本实施例是对一体机2的结构进行进一步的优化。如图5所示，本实施例中，一体机2还包括：显示屏23、操作键24和为一体机2供电的一体机电源25；显示屏23和操作键24分别与控制器21连接。

具体的，一体机2可通过操作键24进行地磁偏角标定、测量仪1与一体机2时间同步、钻孔施工前的钻孔参数预设以及钻孔施工过程中的采样等操作；在获取钻孔数据后，一体机2可通过控制器21处理钻孔数据，然后直接在显示屏23上显示钻孔轨迹、倾角、方位角以及钻孔深度等数据，从而无需额外连接计算机等其他处理设备，结构简单，操作方便。另外，在显示屏23上显示钻孔的方位角等数据时，可根据标准坐标(以正北方向为基准)、巷道方向(以巷道中线方向为基准)、钻进曲线(以第一个方位角数据为基准)显示数据，根据显示结果对钻孔的方位偏斜程度做出判断。

需要说明的是，图5中的控制器21和一体机电源25位于一体机2的内部，显示屏23为与一体机2的外部，图5的结构示意图只是为了说明一体机2的结构组成，并非用于限定一体机中各部件的具体位置。

同测量仪1类似，一体机电源25可以是普通电池或可充电电池。

可选的，本实施例中，一体机2上设置有一体机充电接口26，对应的，电源采用可充电电池，从而能够有效延长电池的使用时间，续航能力强，同时也避免了反复更换电池而对施工效率的影响，进一步的提高了工作效率。

可选的，一体机2上设置有一体机电源开关27，可在一体机2工作时打开电源，在一体机2不工作时关闭电源，以节省电力。

本实施例提供的一体机，通过在一体机上设置显示屏、操作键和一体机电源，从而一体机无需连接其他计算机等其他处理设备，即可实现对钻孔测斜的整个过程，其结构简单，操作方便，进一步提高了工作效率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种随钻测斜装置，其特征在于，包括：测量仪和一体机；

所述测量仪包括杆体、设置于杆体上的处理器、磁场传感器、加速度传感器、测量仪电源以及测量仪通信接口；所述磁场传感器、所述加速度传感器、所述处理器分别与所述测量仪电源连接，所述磁场传感器、所述加速度传感器、所述测量仪通信接口分别与所述处理器连接；所述杆体的一端设置外连接锥扣，用于连接钻头；所述杆体的另一端设置内连接锥扣，用于连接钻杆；

所述一体机包括控制器和一体机通信接口，所述一体机通信接口连接所述控制器；

所述测量仪用于随钻头进入钻孔内测量所述钻孔的角度信息；所述角度信息包括所述钻孔的倾角和方位角；

所述一体机用于根据预设的采样机制获取时间采样点，并通过所述测量仪通信接口和所述一体机通信接口获取所述钻孔的角度信息。

2.根据权利要求1所述的随钻测斜装置，其特征在于，所述杆体上设置有凹槽，所述处理器、所述磁场传感器、所述加速度传感器和所述电源位于所述凹槽中。

3.根据权利要求2所述的随钻测斜装置，其特征在于，所述测量仪还包括一盖板，所述盖板与所述凹槽相匹配，并且活动设置在所述杆体上。

4.根据权利要求1所述的随钻测斜装置，其特征在于，所述测量仪的杆体内设置有内部通眼，所述内部通眼连通所述钻杆与所述钻头。

5.根据权利要求1所述的随钻测斜装置，其特征在于，所述测量仪的杆体采用钛合金制成。

6.根据权利要求1所述的随钻测斜装置，其特征在于，所述一体机还包括：显示屏、操作键和为所述一体机供电的一体机电源；所述显示屏和所述操作键分别与所述控制器连接。

7.根据权利要求1-6任一项所述的随钻测斜装置，其特征在于，所述测量仪上设置有测量仪充电接口，所述一体机上设置有一体机充电接口。

8.根据权利要求1-6任一项所述的随钻测斜装置，其特征在于，所述测量仪上设置有测量仪电源开关，所述一体机上设置有一体机电源开关。