CN218716729U

CN218716729U - 一种矿山钻探钻孔顶角随钻测量装置

Info

Publication number: CN218716729U
Application number: CN202223174429.1U
Authority: CN
Inventors: 陈虎; 葛保京; 陈克成; 韩吴彦; 崔默涵; 任佩聪; 范高丽
Original assignee: Henan Faende Mining Co ltd
Current assignee: Henan Faende Mining Co ltd
Priority date: 2022-11-29
Filing date: 2022-11-29
Publication date: 2023-03-24
Anticipated expiration: 2032-11-29

Abstract

一种矿山钻探钻孔顶角随钻测量装置，其包括密闭的电阻腔；电阻腔内壁均布设置有若干条电阻带，且电阻腔内部充填有一定体积的水银；电阻腔一端引出有若干与电阻带相连接的电阻带电极，电阻腔另一端引出有一个公共电极；矿山钻探钻孔顶角随钻测量装置使用时，固定设置在钻杆内部，当矿山钻探钻孔出现顶角时，电阻腔会随着钻杆出现相应垂直倾斜角，但电阻腔内部水银上表面保持水平状态不变，因此水银淹没的若干条电阻带的长度会随钻杆的转动发生周期性变化，导致若干条电阻带相对应连接的电阻带电极与公共电极之间的阻值发生变化，通过测量若干条电阻带电阻的变化值，计算出电阻腔的倾斜角度，即得到矿山钻探钻孔顶角具体值。

Description

一种矿山钻探钻孔顶角随钻测量装置

技术领域

本实用新型涉及矿山勘探钻探工程施工中，钻孔顶角测量技术领域，具体涉及一种矿山钻探钻孔顶角随钻测量装置。

背景技术

矿山勘探钻探工程施工中，由于自然和技术因素影响，实际钻孔轨迹与设计钻孔轨迹往往会发生偏离，该偏离被称为钻孔弯曲或钻孔偏斜，描述钻孔弯曲或钻孔偏斜的参数包括顶角（β）、方位角（α）、孔深、垂深，其中钻孔轨迹在某点的切线与铅垂线之间的夹角被称为顶角。在矿山勘探钻探工程施工中，如果钻孔弯曲或钻孔偏斜程度过大，超出钻探工程设计范围时，会歪曲矿体产状、打丢矿体、遗漏断层、或改变勘探网度，影响对矿体的评价、构造的判断和储量计算的精确度，从而严重影响矿山勘探质量，因此在矿山勘探钻探工程施工中，需定深或随钻（即时）对钻孔弯曲或钻孔偏斜进行测量和控制，其中便包括钻孔顶角的测量。

现有对钻孔顶角的测量采用液面水平测量法、重锤测量法、惯性定向法（陀螺仪）；其中液面水平测量法是利用液体氢氟酸对玻璃腐蚀痕迹来测量顶角，但其操作繁琐、且无法进行随钻测量；其中重锤测量法、惯性定向法理论上均可以实现随钻测量，但重锤测量法中，其测量装置存在机械运动部件，长时间随钻测量对其机械结构产生磨损，影响其使用寿命和测量精度，而惯性定向法使用的陀螺仪，在长时间随钻测量时会产生累计误差和漂移，也影响到测量精度；因此现有矿山钻探钻孔顶角的测量，尚缺乏一种可以长时间稳定工作、且使用寿命长的测量装置。

实用新型内容

为了克服背景技术中的不足，本实用新型公开了一种矿山钻探钻孔顶角随钻测量装置，其包括密闭的电阻腔；电阻腔内壁均布设置有若干条电阻带，且电阻腔内部充填有一定体积的水银；电阻腔一端引出有若干与电阻带相连接的电阻带电极，电阻腔另一端引出有一个公共电极；矿山钻探钻孔顶角随钻测量装置使用时，固定设置在钻杆内部，当矿山钻探钻孔出现顶角时，电阻腔会随着钻杆出现相应垂直倾斜角，但电阻腔内部水银上表面保持水平状态不变，因此水银淹没的若干条电阻带的长度会随钻杆的转动呈现周期性变化，导致若干条电阻带相对应连接的电阻带电极与公共电极之间的阻值也发生变化，通过测量若干条电阻带电阻的变化值，计算出电阻腔的倾斜角度，即得到矿山钻探钻孔顶角具体值。

一种矿山钻探钻孔顶角随钻测量装置，包括密闭的电阻腔；电阻腔内壁均布设置有若干条电阻带；电阻腔内部充填有水银，水银体积为电阻腔容积的1/4-3/4之间；电阻腔一端引出有与电阻带数量相等的电阻带电极，电阻带电极与相应的电阻带连接，电阻腔另一端引出有一个公共电极；该测量装置是利用液面水平测量法实现对钻孔顶角的测量，该装置使用时固定设置在钻杆内部，当矿山钻探钻孔出现顶角时，电阻腔会随着出现相应垂直倾斜角，但电阻腔内部水银上表面保持水平状态不变，因此水银淹没的若干条电阻带的长度会随钻杆的转动发生周期性变化，导致若干条电阻带相对应连接的电阻带电极与公共电极之间的阻值发生变化，通过测量若干条电阻带电阻的变化值，计算出电阻腔的倾斜角度，即得到矿山钻探钻孔顶角具体值；本装置在工作过程中，克服了现有利用液体氢氟酸液面水平测量法的操作繁琐的弊端，且可以实现随钻自动测量；同时本装置不存在机械运动部件、也不会产生累计误差和零点漂移，在长时间随钻测量过程中，不会产生机械磨损和累计误差，具有使用寿命长、测量精度高、工作稳定的优点。

优选的，电阻腔两端设有开口；一端开口密封设置有电阻带电极盖，另一端开口密封设置有公共电极盖；电阻带电极盖固定设置有与电阻带数量相等的电阻带电极，电阻带电极与电阻带连接；公共电极盖内侧固定设置有公共电极帽，公共电极帽固定连接有公共电极，公共电极延伸至公共电极盖外部。

进一步的，电阻腔为圆筒形；该种构型的电阻腔，其电阻带阻值的变化量与钻孔顶角之间为余弦函数关系，随着钻孔顶角的逐渐变大，其灵敏度逐渐增加，但在钻孔顶角较小时，其灵敏度较差。

优选的，电阻腔为球形；该种构型的电阻腔，其电阻带阻值的变化量与钻孔顶角之间为线性比例关系，其灵敏度在整个有效测量范围内保持不变。

进一步的，电阻带为真空溅镀的碳薄膜层；电阻带的该种加工工艺适合于大批量生产，具有电阻带碳薄膜层厚度均匀，阻值可调可控的优点。

优选的，电阻带为固定粘结的碳纤维；电阻带的该种加工工艺适合小批量加工生产，但电阻带电阻率不易控制，需在后期进行独立标定。

由于采用如上所述的技术方案，本实用新型具有如下有益效果：本实用新型公开的矿山钻探钻孔顶角随钻测量装置，其包括密闭的电阻腔；电阻腔内壁均布设置有若干条电阻带，且电阻腔内部充填有一定体积的水银；电阻腔一端引出有若干与电阻带相连接的电阻带电极，电阻腔另一端引出有一个公共电极；矿山钻探钻孔顶角随钻测量装置使用时，固定设置在钻杆内部，当矿山钻探钻孔出现顶角时，电阻腔会随着出现相应垂直倾斜角，但电阻腔内部水银上表面保持水平状态不变，因此水银淹没的若干条电阻带的长度会随钻杆的转动发生周期性变化，导致若干条电阻带相对应连接的电阻带电极与公共电极之间的阻值发生变化，通过测量若干条电阻带电阻的变化值，计算出电阻腔的倾斜角度，即得到矿山钻探钻孔顶角具体值；本装置在工作过程中，克服了现有利用液体氢氟酸液面水平测量法的操作繁琐的弊端，且可以实现随钻自动测量；同时本装置不存在机械运动部件、也不会产生累计误差和零点漂移，在长时间随钻测量过程中，不会产生机械磨损和累计误差，具有使用寿命长、测量精度高、工作稳定的优点，充分满足了矿山钻探钻孔顶角随钻测量的要求。

附图说明

图1为实施例一的矿山钻探钻孔顶角随钻测量装置外观示意图；

图2为实施例一的矿山钻探钻孔顶角随钻测量装置剖面结构示意图；

图3为实施例二的矿山钻探钻孔顶角随钻测量装置外观示意图；

图4为实施例二的矿山钻探钻孔顶角随钻测量装置爆炸结构示意图；

图5为实施例二的矿山钻探钻孔顶角随钻测量装置剖面结构示意图；

图6为实施例三的矿山钻探钻孔顶角随钻测量装置剖面结构示意图；

图7为实施例二的钻孔顶角计算示意图；

图8为实施例三的钻孔顶角计算示意图。

图中：1、电阻腔；1.1、电阻带；2、电阻带电极盖；2.1、电阻带电极；3、公共电极盖；3.1、公共电极帽；3.2、公共电极；4、水银。

具体实施方式

通过下面的实施例可以详细的解释本实用新型，公开本实用新型的目的旨在保护本实用新型范围内的一切技术改进。

实施例一：

参见说明书附图1、2：一种矿山钻探钻孔顶角随钻测量装置，包括玻璃材质、密闭的电阻腔1，电阻腔1为上下端封闭的圆筒形，内壁绕轴线均布设置有四条电阻带1.1；电阻腔1内部充填有水银4，水银4体积为电阻腔1容积的1/4；电阻腔1上端引出有四条电阻带电极2.1，电阻带电极2.1位于电阻腔1内的部分弯折成圆弧状，通过圆弧抵触在电阻带1.1表面，与相应的电阻带1.1连接；电阻腔1下端固定设置有一个圆片状的公共电极帽3.1，公共电极帽3.1连接有一个公共电极3.2，公共电极3.2引出至电阻腔1外部；电阻带电极2.1、公共电极帽3.1、公共电极3.2均采用金属铁；

在该实施例中电阻腔1中的四条电阻带1.1通过真空溅射形成，控制真空溅射时间可以控制电阻带厚度；真空溅射完成后，通过激光整形修整电阻带1.1宽度，控制电阻带1.1的电阻率；

在该实施例中，上下端封闭的圆筒形电阻腔1实际是由上、下电极盖与圆筒形的电阻腔焊接而成，上、下电极盖及电阻腔均为玻璃材质；上电极盖带有四个电阻带电极2.1，下电极盖带有与公共电极帽3.1连接的公共电极3.2。

实施例二：

参见说明书附图3、4、5：该实施例的矿山钻探钻孔顶角随钻测量装置的结构适用于小批量生产，其包括电阻腔1、电阻带电极盖2、公共电极盖3；电阻腔1为圆筒状，两端设有开口，电阻腔1内壁绕轴线均布设置有两条电阻带1.1；电阻带1.1采用碳纤维，使用添加有石墨微粒的环氧树脂粘结在电阻腔1的内壁上；电阻腔1上端开口处设置有电阻带电极盖2，下端开口处密封设置有公共电极盖3，电阻腔1与电阻带电极盖2、公共电极盖3通过粘结固定连接；电阻带电极盖2固定设置有两条电阻带电极2.1，电阻带电极2.1与电阻带1.1连接；公共电极盖3内侧固定设置有公共电极帽3.1，公共电极帽3.1固定连接有公共电极3.2，公共电极3.2延伸至公共电极盖3外部；电阻腔1中充填有水银4，水银4体积为电阻腔1容积的3/4。

实施例三：

参见说明书附图6：在该实施例中，电阻腔1采用了球形结构，球形结构的电阻腔1内壁绕轴线均布、固定设置有三条碳纤维材质的电阻带1.1；电阻腔1中充填有水银4，水银4体积为电阻腔1容积的1/2。

本实用新型的矿山钻探钻孔顶角随钻测量装置在使用时，固定设置在钻杆内部，当矿山钻探钻孔出现顶角时，电阻腔1会随着钻杆出现相应垂直倾斜角，但电阻腔1内部水银4的上表面保持水平状态不变，因此水银4淹没的若干条电阻带1.1的长度会发生变化，导致若干条电阻带相对应连接的电阻带电极与公共电极之间的阻值发生变化，通过测量若干条电阻带电阻的变化值，计算出电阻腔的倾斜角度，即得到矿山钻探钻孔顶角具体值；

以实施例2的矿山钻探钻孔顶角随钻测量装置为例：钻孔出现顶角β时，随钻杆转动，电阻腔1内部水银4淹没两条电阻带1.1的长度会随钻杆转动呈周期性变化，当水银4淹没电阻带1.1长度变长时，其对应电阻带电极2.1与公共电极3.2之间的电阻变小；相反，当水银4淹没电阻带1.1长度变短时，其对应电阻带电极2.1与公共电极3.2之间的电阻变大；因此两个电阻带电极2.1与公共电极3.2之间的电阻也呈现出周期性变化（相位相差180°），其最大电阻与最小电阻的差与钻孔顶角β呈一定的函数关系，具体计算公式如下：

△R=d*cosβ*ρ

其中，△R为矿山钻探钻孔顶角随钻测量装置两个电阻带电极2.1与公共电极3.2之间最大电阻与最小电阻差的平均值；d为电阻腔1内部的直径；ρ 为电阻带1.1的电阻率；根据上式，即可计算出钻孔顶角β。

以实施例3的矿山钻探钻孔顶角随钻测量装置为例：钻孔顶角β计算公式为△R=β*π*d*ρ/180°；

其中，△R为矿山钻探钻孔顶角随钻测量装置三个电阻带电极2.1与公共电极3.2之间最大电阻与最小电阻差的平均值；d为球形电阻腔1内部的直径；ρ 为电阻带1.1的电阻率；根据上式，即可计算出钻孔顶角β。

本实用新型未详述部分为现有技术。

Claims

1.一种矿山钻探钻孔顶角随钻测量装置，其特征是：包括密闭的电阻腔（1）；电阻腔（1）内壁均布设置有若干条电阻带（1.1）；电阻腔（1）内部充填有水银（4），水银（4）体积为电阻腔（1）容积的1/4-3/4；电阻腔（1）一端引出有与电阻带（1.1）数量相等的电阻带电极（2.1），电阻腔（1）另一端引出有一个公共电极（3.2）；电阻带电极（2.1）与相应的电阻带（1.1）连接。

2.根据权利要求1所述矿山钻探钻孔顶角随钻测量装置，其特征是：电阻腔（1）两端设有开口；一端开口密封设置有电阻带电极盖（2），另一端开口密封设置有公共电极盖（3）；电阻带电极盖（2）上固定设置有与电阻带（1.1）数量相等的电阻带电极（2.1），电阻带电极（2.1）与电阻带（1.1）连接；公共电极盖（3）内侧固定设置有公共电极帽（3.1），公共电极帽（3.1）固定连接有公共电极（3.2），公共电极（3.2）延伸至公共电极盖（3）外部。

3.根据权利要求1或2所述矿山钻探钻孔顶角随钻测量装置，其特征是：电阻腔（1）为圆筒形。

4.根据权利要求1或2所述矿山钻探钻孔顶角随钻测量装置，其特征是：电阻腔（1）为球形。

5.根据权利要求1或2所述矿山钻探钻孔顶角随钻测量装置，其特征是：电阻带（1.1）为真空溅镀的碳薄膜层。

6.根据权利要求5所述矿山钻探钻孔顶角随钻测量装置，其特征是：电阻带（1.1）为固定粘结的碳纤维。