[發明專利]煤礦井下鉆孔無線隨鉆軌跡和孔深測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201410214911.4
• 申請日: 2014-05-21
• 公開（公告）號: CN104088625A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發明（設計）人: 武強;劉春生;劉鎏;陶鳳娟
• 申請（專利權）人: 武漢長盛煤安科技有限公司
• 主分類號: E21B47/022
• 分類號: E21B47/022;E21B47/04
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 潘杰;李滿

1.一種煤礦井下鉆孔無線隨鉆軌跡和孔深測量裝置，其特征在于：它包括現場主機(1)、鉆桿(3)、第一無磁鉆桿(6)、第二無磁鉆桿(9)、第三無磁鉆桿(10)、鉆頭(11)、驅動鉆桿(3)的鉆機(7)、設置在第二無磁鉆桿(9)中的探頭(2)、設置在鉆桿(3)尾端的第一應力波信號發射器(4)和第一應力波信號接收器(5)，其中，所述第一無磁鉆桿(6)的尾端與鉆桿(3)的頭端螺紋連接，第二無磁鉆桿(9)的尾端與第一無磁鉆桿(6)的頭端螺紋連接，第三無磁鉆桿(10)的尾端與第二無磁鉆桿(9)的頭端螺紋連接，三無磁鉆桿(10)的頭端設有鉆頭(11)，所述現場主機(1)的信號輸出端連接第一應力波信號發射器(4)的信號輸入端，現場主機(1)的信號輸入端連接第一應力波信號接收器(5)的信號輸出端；

所述探頭(2)包括探頭殼體(2.1)、設置在探頭殼體(2.1)內的第二應力波信號發射器(2.2)、第二應力波信號發射器驅動模塊(2.3)、第二應力波信號接收器(2.4)、第二應力波信號處理模塊(2.5)、單片機(2.6)和三維羅盤(2.7)，三維羅盤(2.7)的數據通信端連接單片機(2.6)的數據通信端，單片機(2.6)的信號輸出端通過第二應力波信號發射器驅動模塊(2.3)連接第二應力波信號發射器(2.2)的控制信號通信端，單片機(2.6)的信號輸入端通過第二應力波信號處理模塊(2.5)連接第二應力波信號接收器(2.4)的控制信號通信端；

所述第一應力波信號發射器(4)能與第二應力波信號接收器(2.4)之間進行無線通信，第一應力波信號接收器(5)能與第二應力波信號發射器(2.2)之間進行無線通信。

2.根據權利要求1所述的煤礦井下鉆孔無線隨鉆軌跡和孔深測量裝置，其特征在于：所述現場主機(1)包括系統總線(1.1)、中央處理器(1.2)、存儲器(1.3)、人機交互設備(1.4)、USB通信接口(1.5)、第一應力波信號發射器驅動模塊(1.6)和第一應力波信號處理模塊(1.7)，其中，所述中央處理器(1.2)、存儲器(1.3)、人機交互設備(1.4)、USB通信接口(1.5)、第一應力波信號發射器驅動模塊(1.6)和第一應力波信號處理模塊(1.7)的數據通信端分別接入系統總線(1.1)，第一應力波信號發射器驅動模塊(1.6)的信號輸出端為現場主機(1)的信號輸出端，第一應力波信號處理模塊(1.7)的信號輸入端為現場主機(1)的信號輸入端。

3.根據權利要求1所述的煤礦井下鉆孔無線隨鉆軌跡和孔深測量裝置，其特征在于：所述第一應力波信號發射器(4)的信號輸出端朝向鉆桿(3)的頭端設置，第一應力波信號接收器(5)的信號接收端也朝向鉆桿(3)的頭端設置，所述第二應力波信號發射器(2.2)的信號輸出端朝向鉆桿(3)的尾端設置，第二應力波信號接收器(2.4)的信號接收端也朝向鉆桿(3)的尾端設置。

4.根據權利要求1所述的煤礦井下鉆孔無線隨鉆軌跡和孔深測量裝置，其特征在于：所述探頭殼體(2.1)外壁與第二無磁鉆桿(9)內壁固定連接。

5.根據權利要求2所述的煤礦井下鉆孔無線隨鉆軌跡和孔深測量裝置，其特征在于：所述第一應力波信號處理模塊(1.7)和第二應力波信號處理模塊(2.5)用于對應力波信號進行濾波、放大和模數轉換處理。

6.根據權利要求1所述的煤礦井下鉆孔無線隨鉆軌跡和孔深測量裝置，其特征在于：所述第二應力波信號發射器(2.2)和第二應力波信號接收器(2.4)均位于第二無磁鉆桿(9)的尾端。

7.一種利用權利要求1所述煤礦井下鉆孔無線隨鉆軌跡和孔深測量裝置進行隨鉆軌跡和孔深測量的方法，其特征在于，它包括如下步驟：

步驟1：控制由鉆桿(3)、第一無磁鉆桿(6)、第二無磁鉆桿(9)、第三無磁鉆桿(10)和鉆頭(11)構成的鉆孔機構在鉆孔(8)內鉆進一個深度；

步驟2：現場主機(1)通過第一應力波信號發射器(4)向所述鉆孔機構發射應力波信號；

步驟3：探頭(2)的第二應力波信號接收器(2.4)接收上述應力波信號，并將該應力波信號發送到探頭(2)的第二應力波信號處理模塊(2.5)，第二應力波信號處理模塊(2.5)對該應力波信號進行濾波、放大和模數轉換處理，并將處理后的應力波數字信號傳送給探頭(2)的單片機(2.6)，單片機(2.6)接收到應力波數字信號后，控制探頭(2)的三維羅盤(2.7)工作；

步驟4：所述三維羅盤(2.7)感應得到此時鉆孔(8)的方向和傾角數據，并將該方向和傾角數據返回給單片機(2.6)；

步驟5：單片機(2.6)將此時鉆孔(8)的方向和傾角數據編碼入反饋應力波信號中，并依次通過第二應力波信號發射器驅動模塊(2.3)和第二應力波信號發射器(2.2)向第一應力波信號接收器(5)發射；

步驟6：所述第一應力波信號接收器(5)接收到上述反饋應力波信號，并將該反饋應力波信號發送到現場主機(1)的第一應力波信號處理模塊(1.7)，第一應力波信號處理模塊(1.7)對該反饋應力波信號進行濾波、放大和模數轉換處理，并將處理后的反饋應力波數字信號傳送給現場主機(1)的中央處理器(1.2)；

步驟7：現場主機(1)的中央處理器(1.2)從反饋應力波數字中解碼出鉆孔(8)的方向和傾角數據，現場主機(1)的中央處理器(1.2)通過第二應力波信號發射器(2.2)發射反饋應力波信號與第一應力波信號接收器(5)接收反饋應力波信號的時間之差，求出第一應力波信號接收器(5)與第二應力波信號發射器(2.2)之間的距離，所述第一應力波信號接收器(5)與第二應力波信號發射器(2.2)之間的距離加上第二無磁鉆桿(9)和第三無磁鉆桿(10)以及鉆頭(11)的長度再減去位于鉆孔(8)外的鉆桿(3)尾部的長度，即得到了鉆孔(8)的深度；

步驟8：現場主機(1)的中央處理器(1.2)將上述得到的鉆孔(8)的方向和傾角數據以及鉆孔(8)的深度發送給現場主機(1)的人機交互設備(1.4)進行顯示；

步驟9：隨著鉆孔(8)不斷鉆進的過程中，每隔一定深度距離重復步驟2至步驟8的操作，現場主機(1)的中央處理器(1.2)通過不同孔深對應的鉆孔(8)的方向和傾角數據得到鉆孔過程中的鉆孔軌跡和實時孔深；

步驟10：現場主機(1)的中央處理器(1.2)將鉆孔過程中的鉆孔軌跡和實時孔深發送給現場主機(1)的人機交互設備(1.4)進行顯示。