CN108868752A - 一种煤矿井下钻孔用测深装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种煤矿井下钻机开孔孔深测量的装置和方法，适用于煤矿井下在钻机开孔时，随钻杆实时测量钻头钻进深度，由于采用基于改进的超声波测长方法，可安全快速的得到钻头钻进深度的数据。该装置包括随钻信号发射与钻机信号接收两部分，装置分别安装在钻杆的两头，从而可准确的反应出钻深的长度，而不受外界环境因素的干扰。本发明提出的煤矿井下用钻孔测深装置结构简单，使用方便，过程不受人为因素的影响，测距精度高，可实时获取钻进深度数据，符合本质安全性的要求。
Description
技术领域
本装置涉及煤矿井下钻机开孔孔深测量技术领域，具体地指一种煤矿井下钻机用钻杆开孔深度实时精确测量装置和方法。
背景技术
煤矿井下钻机钻孔是煤矿开放水孔和开抽瓦斯孔的重要工作，是保障煤矿安全的重要手段，而钻孔的深度精确确定又是钻机能否准确的进行开孔放水和排放瓦斯的重要保障。
目前钻孔深度测量方式采用的方法为计算钻杆长度间接测量，主要采用的方法有计数法、应力波法、电驻波法、低压脉冲反射法等。计数法采用人工计数，通过数钻杆来完成钻进深度的测量，该方法易受人为影响，出错概率较大，同时存在虚报的问题；应力波法，采用在钻杆尾部加瞬态力激振的方式，以应力波的方式向钻头传播，并在钻杆尾部采集反射波，通过计算激励与反射的时间差，从而求出测深距离，该方法由于钻杆间螺纹的连接，同时钻杆每批材质都有差异，测试结果存在较大的误差；电驻波法，将钻杆做为一根天线，在尾部加入不同频率的电信号，采用驻波形成的原理，可以测量钻杆长度，因为在钻杆上施加电信号，需要进行本质安全化处理，目前基本处于实验室原理验证；低压脉冲反射法，采用电缆故障测距的方法，因为同样需要在钻杆上施加电信号，要进行本质安全化处理，目前基本处于实验室原理验证。
针对上述测深所采用的方法所存在的不足，本发明设计了一种不需要人为干预，可以实时按照设定的频率进行钻孔测深长度测量的装置。该装置以超声波做为测量介质，通过测量超声波在水中的传输时间，实时得出钻孔长度。该装置由于采用超声波做为测试源，不需要在钻杆上施加电信号，从而属于本质安全的产品。
发明内容
要解决的技术问题
本发明的目的就是要提供一种煤矿井下钻机用的高精度、通用性与符合矿本安全的钻孔深度测量装置，该装置可在煤矿井下使用，不受人为因素干扰；考虑到煤矿井下特殊的环境，要求具有较好的本质安全性；该装置可实时的测量，便于及时准确的了解各钻孔深度的进度；适用于多数普通钻杆，无需通缆。
技术方案
为实现此目的，本发明所设计的煤矿井下钻机用的高精度、通用性与符合矿本安全的钻孔深度测量装置，其特征在于：满足普通钻杆的自适应安装；具有较高的测量精度；采用钻头位置实时跟随，杜绝了人为因素的干扰；采用本质安全性的设计理念，确保钻进过程中的安全；可实时的获取钻进的数据。
本发明的钻孔测深装置包括随钻信号发射与钻机信号接收两部分，其组成与工作原理见图1，本发明的测深装置采用超声波的原理，装置分别安装在钻杆的两头，从而可准确的反应出钻深的长度，而不受外界环境因素的干扰。
有益效果
本发明提出的煤矿井下用钻孔测深装置结构简单，使用方便，过程不受人为因素的影响，测距精度高，可实时获取钻进深度数据，符合本质安全性的要求。
附图说明
图1本发明装置的组成与工作原理框图
图2本发明装置的实际安装使用示意图
图3本发明装置的防水外形结构示意图
具体实施
现结合实例、附图，对本发明作进一步描述。
图1展示了本发明装置的组成与工作原理框图。本装置使用时，首先按照图2所示将设备连接，将位置跟随器(1)装入钻头后面第一节钻杆，将显示控制器(2)安装在钻机上，将信号接收器(9)安装在钻杆尾部，用电缆连接防水接口(6)和防水接口(13)，由显示控制器(2)给出同步信号，断开连接电缆，进入工作状态。
钻杆钻进时，由姿态测量(7)实时测量钻杆的工作状态，在设定的工作状态下，由信号同步板(4)依据高精度时钟源(8)产生的时钟信号，生成固定频率的脉冲给信号发生器(3)，信号发生器(3)将电信号转换成超声波信号发射出去；信号接收器(9)接收到超声波信号后，将超声波信号装换成电信号传递给信号处理板(10)，信号处理板(10)将信号进行处理，剔除杂波干扰信号，对有用信号进行滤波整形，并结合高精度时钟源(14)产生的时钟信号，参考同步信号，生成时间差，结合超声波在水中的传输速度，实时计算出钻杆钻深的距离，通过显示屏(11)进行显示。
钻杆在钻进过程中，需要对钻头进行水冷却，由于位置跟随器(1)在钻杆内安装，使用时需要进行防水设计，如图3所示。
Claims (5)
1.一种煤矿井下钻孔孔深测量装置，其特征在于包括位置跟随器(1)、显示控制器(2)；位置跟随器(1)采用圆管密封的外形结构，内部安装有信号发生器(3)、信号同步板(4)、电源单元(5)、防水接口(6)、姿态测量(7)、高精度时钟源(8)，显示控制器(2)内部装有信号接收器(9)、信号处理板(10)、显示屏(11)、电源单元(12)、防水接口(13)、高精度时钟源(14)。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下钻孔孔深测量装置，其特征在于位置跟随器(1)随钻杆钻头一直向煤层中钻进，显示控制器(2)安装在钻机上实时获取钻头钻进数据。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿井下钻孔孔深测量装置，其特征在于位置跟随器(1)与显示控制器(2)在开始钻进前，通过同步信号完成时钟时基的对准。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿井下钻孔孔深测量装置，其特征在于位置跟随器(1)通过信号发生器(3)发出超声波，并通过在钻杆中的冷却水传递给安装在显示控制器(2)中的信号接收器(9)，通过信号处理板(10)的解算，将距离信息显示在显示控制器(2)中的显示屏(11)。
5.根据权利要求1所述的一种煤矿井下钻孔孔深测量装置，其特征在于位置跟随器(1)的整体随钻的防水外形结构。
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2018
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