CN111963156B - 一种煤矿井下无线随钻测量探管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤矿井下无线随钻测量探管，至少包括后接头、外壳、前接头和循环套组成的探管抗压层，后接头内装有多同轴接插件，后接头与电池短节连接并通过多同轴接插件实现电连接。测量电路装在外壳内，设有减振器、电路板骨架、电路板、CPU、控制电路、三轴加速度传感器和三轴磁通门传感器，可测量孔底倾角、方位角和工具面向角等参数。前接头和循环套内设有霍尔开关、循环套、磁钢、密封套、活动轴、弹簧和弹簧座组成流量信号阀，可由通液量大小控制霍尔开关的开合控制测量探管采集或发送数据，测量探管采用间歇式工作以减少电力损耗，可大幅延长一次钻孔工作时间。本探管具有结构简单、安装维护方便、测量结果准确和使用寿命长等优点。

Description

一种煤矿井下无线随钻测量探管

技术领域

本发明涉及一种随钻测量技术，具体地说是一种煤矿井下无线随钻测量探管。

背景技术

现有技术中，煤矿井下随钻测量系统包括有线随钻测量系统和无线随钻测量系统两种类型，其中有线随钻测量系统通过专用通缆钻杆与孔底随钻测量探管连接，实现供电和传输，但必须配备专用通缆钻杆；而无线随钻测量系统主要有泥浆脉冲和电磁波传输方式，均采用电池筒供电，由于钻孔空间问题，电池容量和电压无法做的很大，因此在钻孔过程中需要经常起钻来更换电池，频繁更换电池大大降低了钻孔效率。

同时，在煤矿井下的泥浆脉冲无线随钻测量系统包括脉冲发生器、电池短节、测量探管，电磁波无线随钻测量系统包括发射短节、电池短节、测量探管，一般连接采用对插式接插件电连接后，用旋转套螺纹固定的方式，存在安装复杂、结构薄弱、易损坏接插件等问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的问题，而提供一种结构科学合理，方便实用，安装维护都简单，测量结果准确，且采用电池间歇式供电，可大幅度延长电池一次钻进使用时间的煤矿井下无线随钻测量探管。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种煤矿井下无线随钻测量探管，至少包括由后接头、外壳、前接头和循环套组成的测量探管抗压层，安装在外壳内的测量电路，安装在前接头和循环套内的流量信号阀；所述各组成测量探管的部件均符合煤矿井下防爆要求；

所述的后接头内安装有多同轴接插件，后接头一端通过螺纹与电池短节连接，同时通过多同轴接插件实现电池短节与测量电路的电性连接，后接头另一端与外壳通过螺纹连接；外壳通过螺纹与前接头连接，前接头与循环套通过螺纹连接；

所述的安装在外壳内的测量电路，设有在外壳中安装的减振器，在减振器上安装的电路板骨架和在电路板骨架上安装的电路板，在电路板上安装有三轴加速度传感器、CPU和控制电路，在电路板骨架上还安装有三轴磁通门传感器，所述的测量电路用于对孔底倾角、方位角和工具面向角参数进行测量；

所述的前接头和循环套中安装有霍尔开关、磁钢、密封套、活动轴、弹簧和弹簧座组成的流量信号阀，所述的霍尔开关、磁钢、密封套安装在前接头中，所述的循环套中心安装有活动轴，活动轴一端安装有弹簧、弹簧安装在弹簧座中，活动轴另一端在密封套中并与磁钢连接；所述的循环套上均匀开有若干个长孔状进液槽，由进液槽通液量大小控制霍尔开关的开合以控制测量探管进行采集或发送数据。

所述的后接头、外壳、前接头和循环套均采用无磁铜合金或无磁不锈钢加工而成。

所述的多同轴接插件为3～6轴的同轴接插件。

所述的减震器为丁腈橡胶或氟橡胶材料制成。

所述的三轴加速度传感器为三个单轴传感器或一个三轴传感器；同样三轴磁通门传感器也为三个单轴传感器或一个三轴传感器。

所述的循环套上均匀开的长孔状进液槽有4～8个。

所述的由进液槽通液量大小控制霍尔开关的开合以控制测量探管进行采集或发送数据，具体为：在开泵前测量探管的活动轴通过弹簧座于弹簧座中，连接在活动轴一端的磁钢与装有霍尔开关的密封套接触时，霍尔开关产生一个低电平信号，测量电路的CPU检测到所述低电平信号后，测量探管开始采集数据，此时消耗的电力小；当开泵时液体沿无磁钻杆内腔与测量探管、电池短节形成的环空中流过，液体从测量探管的循环套上的进液槽流进循环套内，推活动轴下行，磁钢与前接头内孔端面接触，霍尔开关产生一个高电平信号，测量电路的CPU检测到所述高电平信号后，测量探管停止采集数据，并开始发送数据，此时消耗的电力大；在停泵时，进液槽通液量小或无液流时，活动轴通过弹簧的回弹力回到弹簧座中，测量探管停止发送数据，又开始采集数据；所述测量探管采用间歇式工作以减少电力损耗。

本发明的煤矿井下无线随钻测量探管与现有技术相比具有的有益效果是：

⑴、本发明的煤矿井下无线随钻测量探管设计有流量信号阀，在开泵状态下，测量探管中霍尔开关产生一个高电平信号，测量探管开始发送数据；停泵状态下，霍尔开关产生一个低电平信号，测量探管开始采集数据；也即本测量探管采用间歇工作方式，以减少电力损耗。因此在同等条件下，使用本测量探管可大幅地延长了电池短节在一次钻孔中的工作时间，可减少更换电池频率提高钻井效率。

⑵、本发明的测量探管与电池短节采用多同轴接插件实现电连接，使用多同轴接插件既满足插件的数量和直径要求，又满足仪器空间的限制。多同轴接插件的设计使本测量探管具有安装维护便捷、强度高且不易损坏接插件等优点。

⑶、本发明的测量探管结构科学合理，方便实用，测量结果准确，维护简单，降低安装维护的难度和强度，提高劳动效率。

附图说明

图1为本发明煤矿井下无线随钻测量探管的结构示意图。

图2为本发明的循环套的三维结构示意图。

图3为本发明的循环套A-A剖面结构示意图。

图4为本发明的多同轴接插件结构示意图。

图5为本发明的霍尔开关的接线示意图。

图6为本发明的测量探管在钻进时安装示意图。

上述图中：1—测量探管；2—电池短节；3—外壳；4—前接头；5—多同轴接插件；6—后接头；7—减震器；8—电路板骨架；9—三轴加速度传感器；10—电路板；11—CPU；12—控制电路；13—三轴磁通门传感器；14—进液槽；15—霍尔开关；16—磁钢；17—密封套；18—活动轴；19—循环套；20—弹簧；21—弹簧座；22—无磁钻杆；23-扶正器；24—密封接头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的煤矿井下无线随钻测量探管作进一步的说明，但本发明的实施不限于此。

实施例1：本发明提供一种煤矿井下无线随钻测量探管，其结构如图1至图4所示，测量探管1至少包括由后接头6、外壳3、前接头4和循环套19组成的测量探管抗压层，还包括安装在外壳内的测量电路，安装在前接头和循环套内的流量信号阀；所述各组成测量探管的部件均符合煤矿井下防爆要求；且后接头、外壳、前接头和循环套均采用无磁铜合金加工而成。

所述的后接头6内安装有多同轴接插件5，本实施例中多同轴接插件为6轴同轴接插件，如图4所示。后接头一端通过螺纹与电池短节2连接，同时通过多同轴接插件实现电池短节与测量电路的电性连接，后接头另一端与外壳3通过螺纹连接；外壳通过螺纹与前接头4连接，前接头与循环套19也通过螺纹连接。

所述的安装在外壳内的测量电路，设有在外壳中安装的减振器7，减振器上安装的电路板骨架8，电路板骨架上安装的电路板10，在电路板上安装有三轴加速度传感器9、CPU11和控制电路12，在电路板骨架上还安装有三轴磁通门传感器13；测量电路用于对孔底倾角、方位角和工具面向角等参数进行测量。本实施例中三轴磁通门传感器13为三个单轴磁通门传感器；所述减震器为丁腈橡胶材料制成。

所述的前接头4和循环套19中安装的霍尔开关15、磁钢16、密封套17、活动轴18、弹簧20和弹簧座21组成流量信号阀；所述的霍尔开关、磁钢、密封套安装在前接头4中；所述的循环套中心安装有活动轴18，活动轴一端安装有弹簧20、弹簧安装在弹簧座21中，活动轴另一端在密封套中并与磁钢连接，所述的循环套上均匀开有6个长孔状进液槽14；如图2、3所示。

所述的钻杆钻进过程中，在停泵时霍尔开关产生一个低电平信号，参见图5，测量电路的CPU检测到所述低电平信号后，测量探管开始采集数据，此时测量探管消耗的电力小，在开泵时霍尔开关打开，霍尔开关产生一个高电平信号，测量电路的CPU检测到所述高电平信号后，测量探管停止采集数据，并开始发送数据，此时测量探管消耗的电力大。所述的流量信号阀根据长孔状进液槽14通液量的大小控制霍尔开关的开合，以控制测量探管进行采集或发送数据，测量探管采用间歇工作方式以减少电力损耗。

安装本发明的测量探管1时，参见图1和图6，将电池短节2装好扶正器23后与测量探管的后接头6通过螺纹进行连接，同时通过测量探管的后接头6中心位置安装的多同轴接插件5实现测量电路与电池短节的电性连接；将连接好的测量探管1和电池短节2装入无磁钻杆22中；无磁钻杆与密封接头24通过螺纹连接，测量探管的循环套一端与密封接头24实现配合连接。

参见图5和图6，当钻杆开始钻进开泵时，液体沿无磁钻杆内腔与测量探管1和电池短节2形成的环空中流过，液体经循环套的弹簧座端部时将液路阻断，液体从循环套上的进液槽14流进循环套内，推活动轴下行，磁钢与前接头内孔端面接触，霍尔开关的2脚和3脚截止，2脚为高电平信号，+5V电源通过R7、R6，使Q1三极管导通，测量电路的CPU检测到此低电平信号，测量探管开始传输数据；需要测量探管进行采集数据时，关泵，进液槽14没有液体通过了，活动轴18在弹簧20的回弹力作用下回到弹簧座21中，连接在活动轴一端的磁钢与装有霍尔开关的密封套接触时，霍尔开关的2脚和3脚导通，2脚为低电平信号，Q1三极管截止，测量电路的CPU检测到高电平信号，测量探管停止传输数据，开始采集数据，此时电力损耗小；由于测量探管采用间歇的工作方式，大大节省了电力，这样可大幅度地延长了电池短节在一次钻孔中的工作时间。

实施例2：本发明提供一种煤矿井下无线随钻测量探管，其结构及使用时安装的状态与实施例1基本相同，不同的只是所述的后接头6、外壳3、前接头4和循环套19均采用无磁不锈钢加工而成；所述的多同轴接插件5为3轴同轴的接插件；所述的减震器7为氟橡胶材料制成。

实施例3：本发明提供一种煤矿井下无线随钻测量探管，其结构与实施例1基本相同，不同的只是所述的三轴磁通门传感器13为一个三轴传感器，所述的循环套19上均匀开的长孔状进液槽14有8个。

实施例4：本发明提供一种煤矿井下无线随钻测量探管，其结构与实施例2基本相同，不同的只是所述的三轴加速度传感器9为一个三轴传感器，所述的循环套19上均匀开的长孔状进液槽有4个。

本发明的煤矿井下无线随钻测量探管结构科学合理，方便实用，使用寿命长，具有测量结果准确，维护简单，降低安装的难度和提高劳动效率等优点。

Claims (3)

1.一种煤矿井下无线随钻测量探管，至少包括由后接头、外壳、前接头和循环套组成的测量探管抗压层，安装在外壳内的测量电路，安装在前接头和循环套内的流量信号阀；所述各组成测量探管的部件均符合煤矿井下防爆要求；其特征在于：

所述的后接头、外壳、前接头和循环套均采用无磁铜合金或无磁不锈钢加工而成；所述的后接头内安装有多同轴接插件，所述的多同轴接插件为3～6轴的同轴接插件；后接头一端通过螺纹与电池短节连接，同时通过多同轴接插件实现电池短节与测量电路的电性连接，后接头另一端与外壳通过螺纹连接；外壳通过螺纹与前接头连接，前接头与循环套通过螺纹连接；

所述的安装在外壳内的测量电路，设有在外壳中安装的减震器，所述的减震器为丁腈橡胶或氟橡胶材料制成；在减震器上安装的电路板骨架和在电路板骨架上安装的电路板，在电路板上安装有三轴加速度传感器、CPU和控制电路，在电路板骨架上还安装有三轴磁通门传感器，所述的测量电路用于对孔底倾角、方位角和工具面向角参数进行测量；

所述的前接头和循环套中安装有霍尔开关、磁钢、密封套、活动轴、弹簧和弹簧座组成的流量信号阀，所述的霍尔开关、磁钢、密封套安装在前接头中，所述的循环套中心安装有活动轴，活动轴一端安装有弹簧、弹簧安装在弹簧座中，活动轴另一端在密封套中并与磁钢连接；所述的循环套上均匀开有若干个长孔状进液槽，由进液槽通液量大小控制霍尔开关的开合以控制测量探管进行采集或发送数据；

所述的由进液槽通液量大小控制霍尔开关的开合以控制测量探管进行采集或发送数据，具体为：在开泵前测量探管的活动轴通过弹簧座于弹簧座中，连接在活动轴一端的磁钢与装有霍尔开关的密封套接触时，霍尔开关产生一个低电平信号，测量电路的CPU检测到所述低电平信号后，测量探管开始采集数据，此时消耗的电力小；当开泵时液体沿无磁钻杆内腔与测量探管、电池短节形成的环空中流过，液体从测量探管的循环套上的进液槽流进循环套内，推活动轴下行，磁钢与前接头内孔端面接触，霍尔开关产生一个高电平信号，测量电路的 CPU检测到所述高电平信号后，测量探管停止采集数据，并开始发送数据，此时消耗的电力大；在停泵时，进液槽通液量小或无液流时，活动轴通过弹簧的回弹力回到弹簧座中，测量探管停止发送数据，又开始采集数据；所述测量探管采用间歇式工作以减少电力损耗。

2.根据权利要求1所述的煤矿井下无线随钻测量探管，其特征在于：所述的三轴加速度传感器为三个单轴传感器或一个三轴传感器；同样三轴磁通门传感器也为三个单轴传感器或一个三轴传感器。

3.根据权利要求1所述的煤矿井下无线随钻测量探管，其特征在于：所述的循环套上均匀开的长孔状进液槽有4～8个。