[發(fā)明專利]一種煤礦井下防爆型陀螺測斜儀及其使用方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010333609.6
• 申請日: 2020-04-24
• 公開（公告）號: CN111502635B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊俊哲;谷麗東;王爾林;汪凱斌;郭愛軍;龐乃勇;李雄偉;朱永剛
• 申請（專利權(quán)）人: 神華神東煤炭集團有限責任公司;中煤科工集團西安研究院有限公司
• 主分類號: E21B47/022
• 分類號: E21B47/022;E21B47/00
• 代理公司: 北京邦信陽專利商標代理有限公司 11012
• 代理人: 黃澤雄

1.一種煤礦井下防爆型陀螺測斜儀，其特征在于，包括鉆孔探測組件和同步機，其中：

所述鉆孔探測組件設(shè)置于前端鉆桿的頂端內(nèi)部以跟隨鉆桿進入鉆孔底部，其包括姿態(tài)傳感器、水壓/振動傳感器和控制器；所述水壓/振動傳感器檢測鉆孔水壓值/鉆桿振動值后發(fā)送至所述控制器；所述控制器在鉆孔水壓值/鉆桿振動值小于設(shè)定水壓閾值/振動閾值時控制所述姿態(tài)傳感器啟動；所述姿態(tài)傳感器啟動后檢測所述前端鉆桿的姿態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送至所述控制器；所述控制器將所述姿態(tài)數(shù)據(jù)和所述姿態(tài)數(shù)據(jù)的接收時間關(guān)聯(lián)存儲，在鉆孔完成起出鉆孔探測組件后將所有的姿態(tài)數(shù)據(jù)和接收時間發(fā)送至所述同步機；

所述同步機接收所述控制器發(fā)送的所述姿態(tài)數(shù)據(jù)和接收時間，根據(jù)鉆桿數(shù)量和單根鉆桿的長度確定所述鉆孔探測組件的深度，根據(jù)所述接收時間確定相同時間節(jié)點的姿態(tài)數(shù)據(jù)和深度，根據(jù)連續(xù)時間段內(nèi)姿態(tài)和深度的變化規(guī)律得到鉆孔軌跡；

所述姿態(tài)傳感器包括MEMS陀螺儀和MEMS加速度傳感器；

所述姿態(tài)傳感器根據(jù)所述控制器的控制信號啟動所述MEMS陀螺儀和所述MEMS加速度傳感器，根據(jù)所述MEMS陀螺儀和述MEMS加速度傳感器的檢測結(jié)果得到所述前端鉆桿的姿態(tài)數(shù)據(jù)；

所述姿態(tài)傳感器還包括伺服電機，所述伺服電機的被控端接收所述控制器的控制信號；所述伺服電機根據(jù)所述控制器的控制信號驅(qū)動所述MEMS陀螺儀移動至四個不同檢測位置，所述MEMS陀螺儀根據(jù)四個檢測位置檢測地球自轉(zhuǎn)角速度分量，進而確定前端鉆桿所處方位角；

所述姿態(tài)傳感器中所述MEMS加速度傳感器為三個，三個所述MEMS加速度傳感器相互正交，根據(jù)三個相互正交的所述MEMS加速度傳感器檢測地球重力場分量，進而確定前端鉆桿所處傾角及工具面角。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦井下防爆型陀螺測斜儀，其特征在于：

所述同步機配置有顯示屏，所述同步機通過均角全距法獲得姿態(tài)數(shù)據(jù)和深度隨時間變化的軌跡曲線并通過所述顯示屏顯示所述軌跡曲線。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦井下防爆型陀螺測斜儀，其特征在于：

所述鉆孔探測組件中還包括電源管理模塊，所述電源管理模塊與所述控制器和所述姿態(tài)傳感器連接；

所述控制器在鉆孔水壓值/鉆桿振動值小于設(shè)定水壓閾值/振動閾值時控制所述電源管理模塊為所述姿態(tài)傳感器供電以啟動所述姿態(tài)傳感器；

所述控制器在鉆孔水壓值/鉆桿振動值大于或等于設(shè)定水壓閾值/振動閾值時控制所述電源管理模塊停止為所述姿態(tài)傳感器供電以關(guān)停所述姿態(tài)傳感器。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的煤礦井下防爆型陀螺測斜儀，其特征在于：

所述鉆孔探測組件還包括管體，所述管體用于套設(shè)于所述姿態(tài)傳感器、水壓/振動傳感器和控制器的外部；所述管體的外徑與所述前端鉆桿的內(nèi)徑相適配，所述管體與所述前端鉆桿過盈接觸。

5.一種權(quán)利要求1-4任一項所述煤礦井下防爆型陀螺測斜儀的使用方法，用于鉆孔軌跡進行測量，其特征在于，包括如下步驟：

1)設(shè)置鉆孔探測組件和同步機的時間同步；

2)將鉆孔探測組件安裝于前端鉆桿的頂端內(nèi)部，置于鉆頭的后面，所述后面是指背離鉆進方向的一面；

3)在鉆進過程中，水壓/振動傳感器檢測鉆孔水壓值/鉆桿振動值后發(fā)送至控制器，若鉆孔水壓值/鉆桿振動值小于設(shè)定水壓閾值/振動閾值，此時控制器啟動姿態(tài)傳感器獲取姿態(tài)數(shù)據(jù)；控制器接收姿態(tài)傳感器發(fā)送的姿態(tài)數(shù)據(jù)并與姿態(tài)數(shù)據(jù)的接收時間相關(guān)聯(lián)存儲；若鉆孔水壓值/鉆桿振動值大于或等于設(shè)定水壓閾值/振動閾值，則控制器關(guān)停所述姿態(tài)傳感器；重復上述過程直到鉆進過程結(jié)束，進入步驟4)；

4)提鉆并取出鉆孔探測組件，將控制器中存儲的姿態(tài)數(shù)據(jù)及姿態(tài)數(shù)據(jù)的接收時間導入同步機；

5)同步機根據(jù)鉆桿數(shù)量和單根鉆桿的長度確定所述鉆孔探測組件的深度，根據(jù)所述接收時間確定相同時間節(jié)點的姿態(tài)數(shù)據(jù)和深度，根據(jù)連續(xù)時間段內(nèi)姿態(tài)和深度的變化規(guī)律得到鉆孔軌跡。