[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

技術領域

本發明涉及煤礦井下鉆孔隨鉆測量技術領域，具體地指一種煤礦井下鉆孔無線隨鉆軌跡和孔深測量裝置及方法。?

背景技術

煤礦井下鉆孔軌跡和孔深測量是煤礦探放水孔(用于探測前方有無隱藏的水體，若有就抽放出來)和抽瓦斯孔施工質量檢查的重要工作，是保障煤礦安全的重要手段。傳統的鉆孔軌跡測量是等鉆孔鉆好后，拔出鉆桿，再將軌跡測量探頭推入孔中，但由于煤礦都是軟巖，極易塌孔堵塞，致使測量探頭不能推進，造成鉆孔軌跡無法測量。傳統的鉆孔深度檢測方式是利用拔鉆桿時數鉆桿數量來計算鉆孔的深度，而對于較深的孔需要鉆孔的時間較長，技術人員往往容易遺忘放入鉆孔中的鉆桿的個數，造成鉆孔深度無法準確獲得。一些采用定向鉆機進行鉆孔的煤礦，雖然可以實現鉆孔軌跡隨鉆測量，但定向鉆機價格昂貴，還需配合使用專用的通纜鉆桿，同時也不能進行鉆孔深度測量，因此，定向鉆機也無法在煤礦廣泛推廣應用。另外，石油鉆井用的泥漿液傳遞測井技術，因煤礦井下鉆孔均為水平孔或傾角較小的孔而無法應用。?

參考文獻：《檢測技術及鉆井儀表》P198頁2009年、中國地質大學出版社，鄢泰寧著，介紹了上述隨鉆測量技術。?

發明內容

本發明的目的就是要提供一種煤礦井下鉆孔無線隨鉆軌跡和孔深測量裝置及方法，該設備和方法可對煤礦井下探放水孔、瓦斯抽放孔和地質孔等，在鉆孔鉆進過程中進行隨鉆鉆孔方向、傾角和孔?深的測量。?

為實現此目的，本發明所設計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：它包括現場主機、鉆桿、第一無磁鉆桿、第二無磁鉆桿、第三無磁鉆桿、鉆頭、驅動鉆桿的鉆機、設置在第二無磁鉆桿中的探頭、設置在鉆桿尾端的第一應力波信號發射器和第一應力波信號接收器，其中，所述第一無磁鉆桿的尾端與鉆桿的頭端螺紋連接，第二無磁鉆桿的尾端與第一無磁鉆桿的頭端螺紋連接，第三無磁鉆桿的尾端與第二無磁鉆桿的頭端螺紋連接，三無磁鉆桿的頭端設有鉆頭，所述現場主機的信號輸出端連接第一應力波信號發射器的信號輸入端，現場主機的信號輸入端連接第一應力波信號接收器的信號輸出端；?

所述探頭包括探頭殼體、設置在探頭殼體內的第二應力波信號發射器、第二應力波信號發射器驅動模塊、第二應力波信號接收器、第二應力波信號處理模塊、單片機和三維羅盤，三維羅盤的數據通信端連接單片機的數據通信端，單片機的信號輸出端通過第二應力波信號發射器驅動模塊連接第二應力波信號發射器的控制信號通信端，單片機的信號輸入端通過第二應力波信號處理模塊連接第二應力波信號接收器的控制信號通信端；?

所述第一應力波信號發射器能與第二應力波信號接收器之間進行無線通信，第一應力波信號接收器能與第二應力波信號發射器之間進行無線通信。?

一種利用上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，它包括如下步驟：?

步驟1：控制由鉆桿、第一無磁鉆桿、第二無磁鉆桿、第三無磁鉆桿和鉆頭構成的鉆孔機構在鉆孔內鉆進一個深度；?

步驟2：現場主機通過第一應力波信號發射器向所述鉆孔機構發射應力波信號；?

步驟3：探頭的第二應力波信號接收器接收上述應力波信號，并?將該應力波信號發送到探頭的第二應力波信號處理模塊，第二應力波信號處理模塊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的單片機，單片機接收到應力波數字信號后，控制探頭的三維羅盤工作；?

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

步驟5：單片機將此時鉆孔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和第二應力波信號發射器向第一應力波信號接收器發射；?

步驟6：所述第一應力波信號接收器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的第一應力波信號處理模塊，第一應力波信號處理模塊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的中央處理器；?

步驟7：現場主機的中央處理器從反饋應力波數字中解碼出鉆孔的方向和傾角數據，現場主機的中央處理器通過第二應力波信號發射器發射反饋應力波信號與第一應力波信號接收器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與第二應力波信號發射器之間的距離，所述第一應力波信號接收器與第二應力波信號發射器之間的距離加上第二無磁鉆桿和第三無磁鉆桿以及鉆頭的長度再減去位于鉆孔外的鉆桿尾部的長度，即得到了鉆孔的深度；?