CN203189005U

CN203189005U - 回转钻进钻孔轨迹测量系统

Info

Publication number: CN203189005U
Application number: CN201220472169.3U
Authority: CN
Inventors: 汪琦; 李群峰; 肖建涛; 刘志辉; 肖文磊
Original assignee: Zhengzhou Shiqi Test & Control Technology Co Ltd
Current assignee: Zhengzhou Shiqi Test & Control Technology Co Ltd
Priority date: 2012-09-17
Filing date: 2012-09-17
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2022-09-17

Abstract

一种回转钻进钻孔轨迹测量系统，它包括相互通讯连接的测量探管和同步器，其中测量探管位于无磁钻铤内部，同步器位于孔口；测量探管中设置轨迹测量仪，轨迹测量仪包括数据采集电路，数据采集电路实时采集X、Y、Z三个方向的加速度信号和大地磁场信号，信号经过处理后送入CPU控制电路Ⅰ中；CPU控制电路Ⅰ根据加速度信号和大地磁场信号计算得到钻头的钻进轨迹参数，然后把所得的钻进轨迹参数进行存储；同步器采集孔口巷道内工人的操作参数，并读取测量探管内存储的钻进轨迹参数，且对数据进行存储。本方案既满足了方便使用，节约生产了生产成本，又能测量完整、真实的钻孔轨迹，防止了因钻孔坍塌而不能测量出完整的钻孔轨迹。

Description

回转钻进钻孔轨迹测量系统

技术领域

本实用新型涉及煤矿井下水平钻孔或定向钻孔和地质勘探技术领域的一种测量系统。

背景技术

我国是产煤大国，煤炭安全生产形势十分严峻，重特大事故时有发生。国家对瓦斯抽放工作非常重视，把瓦斯抽放作为煤矿瓦斯治理的根本技术，2001年召开的铁法现场会上，“先抽后采”被国家煤矿安全监察局列入瓦斯治理的十二字方针，推动了瓦斯抽放的迅速发展。但是由于我国瓦斯抽放技术与装备比较落后，在某些区域虽然对瓦斯进行了抽放，但由于实际钻孔与设计钻孔轨迹的偏差，造成瓦斯抽放钻孔不到位，没有进行有效的覆盖，突出事故仍时有发生。

井下地质前探钻是井下采掘地段探明各种局部地质变化常用的技术手段，广泛应用于井下探煤层、探构造、探放水。用于煤岩层赋存状况变化、施工工艺等原因，导致施工的井下地质前钻探孔总是要偏离设计轨迹，特别是钻孔倾角为0～25°俯角及上仰角时，垂直方向偏离更加严重。这样地质前钻探孔取得的数据与实际情况不相符，地质资料的分析相当困难，容易出现地质前钻探孔的数量越多，越难分析煤层及构造的赋存状态的怪现象。

为了确定井下地质前钻探孔的偏斜轨迹，提高地质前钻探资料的准确性；确保地质勘探孔、瓦斯抽放孔、探放水孔、注浆加固孔等钻孔轨迹符合设计轨迹，设计此回转钻进钻孔轨迹测量系统，应用于煤矿井下水平钻孔或定向钻孔进行测斜。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种回转钻进钻孔轨迹测量系统，能够在煤矿井下水平钻孔或定向钻孔的测斜和地质勘探技术领域使用的测量仪器。

本实用新型采用下述技术方案：

一种回转钻进钻孔轨迹测量系统，它包括可以相互通讯连接的测量探管和同步器，其中测量探管位于无磁钻铤内部，同步器位于孔口；所述的测量探管中设置轨迹测量仪，所述的轨迹测量仪包括数据采集电路，数据采集电路实时采集X、Y、Z三个方向的加速度信号和大地磁场信号，且加速度信号和大地磁场信号经过处理后送入CPU控制电路Ⅰ中；所述的CPU控制电路Ⅰ根据加速度信号和大地磁场信号计算得到钻头的钻进轨迹参数，然后把所得的钻进轨迹参数进行存储；所述的同步器采集孔口巷道内工人的操作参数，并读取测量探管内存储的钻进轨迹参数，且对数据进行存储；且在测量探管和同步器中均设置供电电路。

在所述的测量探管中设置温度采集电路，温度采集电路将采集的实时温度值送入CPU控制电路Ⅰ中，并进行存储。

在所述的测量探管和同步器中均设置实时时钟电路，两个实时时钟电路分别连接CPU控制电路Ⅰ和CPU控制电路Ⅱ，CPU控制电路Ⅱ位于同步器中；所述的实时时钟电路用于保证CPU控制电路Ⅰ接收的加速度信号、大地磁场信号与CPU控制电路Ⅱ采集的工人操作参数同步。

测量探管和同步器中设置的供电电路均包括电池，电池输出端通过安全控制电路连接至电源电路。

所述的测量探管包括壳体以位于壳体内部的探管本体，探管本体上设置轨迹测量仪，且探管本体与电池电气连接；在所述壳体外套有扶正胶套，扶正胶套上设置至少三个扶正翼，相邻扶正翼之间留有空隙。

在壳体的末端连接转换接头，转换接头上设有至少三个固定键。

所述的CPU控制电路Ⅱ连接交互按钮。

采用上述技术方案的本实用新型，测量探管与同步器同时配合使用，实现了回转钻进钻孔轨迹测量系统的数据采集、数据记录、存储等工作；并且测量探管设计成独立仪器，不与其它设备连体设计，其可以与钻孔内的其它设备一起工作，而不影响钻孔内其它设备的正常工作，不需要为了测量轨迹数据而停止打钻，卸掉其它设备后再向钻孔内下测量探管测量轨迹数据。设计成独立的仪器，测量探管与无磁钻铤为两个器件，使用时把测量探管安装到无磁钻铤内部，使测量探管与无磁钻铤中间有间隙，钻井液可以从测量探管与无磁钻铤中间的间隙流过，这样就可以在打钻时使用测量探管实时测量轨迹数据。测量探管随着钻头的钻进来实时测量轨迹数据，也可以在钻孔完成后起钻的过程中测量钻孔轨迹数据，不用等到钻孔结束，卸掉钻头，接上钻铤式测量探管后再下钻测数据。本方案既满足了方便使用，节约生产了生产成本，又能测量完整、真实的钻孔轨迹，防止了因钻孔坍塌而不能测量出完整的钻孔轨迹。钻孔完钻后，取出测量探管，再与同步器记录的数据进行合成，生成钻孔的轨迹。

附图说明

图1为本回转钻进钻孔轨迹测量系统框图。

图2为本回转钻进钻孔轨迹测量系统测量探管的原理框图。

图3为本回转钻进钻孔轨迹测量系统同步器的原理框图。

图4为本回转钻进钻孔轨迹测量系统测量探管的外型结构图。

图5为图4的A向示意图。

图6为图4中B-B向示意图。

具体实施方式

如附图1所示，一种回转钻进钻孔轨迹测量系统，它包括可以相互通讯连接的测量探管和同步器，其中测量探管位于无磁钻铤内部，同步器位于孔口；测量探管中设置轨迹测量仪，轨迹测量仪采集钻头的钻进轨迹参数，并对轨迹参数进行存储，同步器采集巷道内工人的操作参数，并读取测量探管内存储的钻头钻进轨迹参数，并对数据进行存储；最终由电脑对测量探管存储的钻头钻进轨迹参数和同步器采集的工人的操作参数进行合成，并最终生成钻孔轨迹参数。

如图2所示，测量探管中设置有轨迹测量仪，该轨迹测量仪包括数据采集电路，数据采集电路实时采集测量探管X、Y、Z三个方向的加速度信号和大地磁场信号，且加速度信号和大地磁场信号经过信号处理电路的处理后送入CPU控制电路Ⅰ中；所述的CPU控制电路Ⅰ根据加速度信号和大地磁场信号计算得到钻头的钻进轨迹参数，且CPU控制电路Ⅰ把钻进轨迹参数存入数据存储电路Ⅰ。另外，温度采集电路的输出端连接CPU控制电路Ⅰ，温度采集电路中的温度传感器采集到钻孔内的温度信号后，把温度信号发送给CPU控制电路Ⅰ，CPU控制电路Ⅰ计算出具体的温度值，数据存储电路Ⅰ对CPU控制电路Ⅰ计算出的温度值进行存储。为使各个单元电路正常工作，在测量探管中设置供电电路，供电电路包括可充电电池，可充电电池给整个测量探管供电；电池输出端连接安全控制电路，安全控制电路是为了防止电路在使用时出现故障引起电池的安全问题而采取的安全措施；安全控制电路输出端连接电源电路，电源电路将电池提供的电压信号转换成各种电压信号给CPU控制电路Ⅰ、数据存储电路Ⅰ、实时时钟电路Ⅰ、信号处理电路、数据采集电路、通讯电路Ⅰ、温度采集电路供电。

如附图3所示，同步器通过通讯电路Ⅱ读取测量探管内存储的钻头钻进轨迹参数，并将钻进轨迹参数送入存储电路Ⅱ中进行存储。另外，为方便采集孔口巷道内工作人员的实时操作情况，上述的CPU控制电路Ⅱ连接交互按钮，这样，CPU控制电路Ⅱ接收七键交互按钮的指令，并对指令进行存储，CPU控制电路Ⅱ通过通讯电路Ⅱ分别接收测量探管的数据和向测量探管发送指令。与测量探管相同，在同步器中设有供电电路，其中，可充电电池给整个同步器供电；电池输出端连接安全控制电路，安全控制电路是为了防止电路在使用时出现故障引起电池的安全问题而采取的安全措施；安全控制电路输出端连接电源电路，电源电路将电池提供的电压信号转换成各种电压信号给CPU控制电路Ⅱ、数据存储电路Ⅱ、实时时钟电路Ⅱ、通讯电路Ⅱ和七键交互按钮的电源输入接口。

除此之外，在测量探管和同步器中均设置实时时钟电路，两个实时时钟电路分别连接CPU控制电路Ⅰ和CPU控制电路Ⅱ，用于保证CPU控制电路Ⅰ接收的加速度信号、大地磁场信号与CPU控制电路Ⅱ采集的工人操作参数同步。

如附图4、图5、图6所示，本实用新型测量探管的外型结构，它包括壳体1以位于壳体1内部的探管本体2，探管本体2上设置轨迹测量仪，且探管本体2与电池3电气连接，其中，轨迹测量仪是整个测量探管的核心，数据的采集与计算均由其进行。在壳体1外套有扶正胶套6，扶正胶套对测量探管起扶正作用，防止测量探管在无磁钻铤内部倾斜。扶正胶套6上设置至少三个扶正翼7，相邻扶正翼7之间留有空隙，可以使钻井液通过其间隙流动。在壳体1的末端连接转换接头4，转换接头4上设有至少三个固定键5，测量探管送入无磁钻铤时转换接头上的固定键正好嵌入无磁钻铤内部的三个槽中，防止测量探管因振动而旋转，转换接头上设计的三个固定键之间有空隙，钻井液可以通过其空隙流动。电池3位于探管本体2的后部，且电池3为可拆卸、更换的结构。

本实用新型将测量探管设计成独立仪器，不与其它设备连体设计，其可以与钻孔内的其它设备一起工作，而不影响钻孔内其它设备的正常工作，不需要为了测量轨迹数据而停止打钻，卸掉其它设备后再向钻孔内下测量探管测量轨迹数据。设计成独立的仪器，测量探管与无磁钻铤分开，使测量探管与无磁钻铤中间有间隙，可以保证钻井液的流通，使用时把测量探管安装到无磁铤内部。测量探管随着钻头的钻进来实时测量轨迹数据，也可以在钻孔完成后起钻的过程中测量钻孔轨迹数据，不用等到钻孔结束后起钻，卸掉钻头，接上钻铤式测量探管后再下钻测数据。本方案既满足了方便使用，节约生产了生产成本，又能测量完整、真实的钻孔轨迹，防止了因钻孔坍塌而不能测量出完整的钻孔轨迹。钻孔完钻后，取出测量探管，同步器与测量探管通讯，读取测量探管的存储的数据，再与同步器记录的数据进行合成，生成钻孔的轨迹。进而对下个钻孔的轨迹进行理论指导作用，或进行局部及区域防突措施，使该区域钻孔的设计及布置更加科学合理，在瓦斯钻孔抽采工艺方面具有广阔的应用前景。

Claims

1.一种回转钻进钻孔轨迹测量系统，其特征在于：它包括相互通讯连接的测量探管和同步器，其中测量探管位于无磁钻铤内部，同步器位于孔口；

所述的测量探管包括壳体（1）以位于壳体（1）内部的探管本体（2），探管本体（2）上设置轨迹测量仪，且探管本体（2）与电池（3）电气连接；在所述壳体（1）外套有扶正胶套（6），扶正胶套（6）上设置至少三个扶正翼（7），相邻扶正翼（7）之间留有空隙；所述的轨迹测量仪包括数据采集电路，数据采集电路实时采集X、Y、Z三个方向的加速度信号和大地磁场信号，且加速度信号和大地磁场信号经过处理后送入CPU控制电路Ⅰ中；所述的CPU控制电路Ⅰ根据加速度信号和大地磁场信号计算得到钻头的钻进轨迹参数，然后把所得的钻进轨迹参数进行存储；在所述的测量探管中设置温度采集电路，温度采集电路将采集的实时温度值送入CPU控制电路Ⅰ中，并进行存储；

所述的同步器采集孔口巷道内工人的操作参数，并读取测量探管内存储的钻进轨迹参数，且对数据进行存储；

且在测量探管和同步器中均设置供电电路，供电电路均包括电池，电池输出端通过安全控制电路连接至电源电路；且在所述的测量探管和同步器中均设置实时时钟电路，两个实时时钟电路分别连接CPU控制电路Ⅰ和CPU控制电路Ⅱ，CPU控制电路Ⅱ位于同步器中；所述的实时时钟电路用于保证CPU控制电路Ⅰ接收的加速度信号、大地磁场信号与CPU控制电路Ⅱ采集的工人操作参数同步。

2.根据权利要求1所述的回转钻进钻孔轨迹测量系统，其特征在于：在壳体（1）的末端连接转换接头（4），转换接头（4）上设有至少三个固定键（5）。

3.根据权利要求1所述的回转钻进钻孔轨迹测量系统，其特征在于：所述的CPU控制电路Ⅱ连接交互按钮。