[發明專利]井下鉆孔隨鉆瞬變電磁超前智能探測實時預警裝置及方法

有效

• 申請號: 202110162034.0
• 申請日: 2021-02-05
• 公開（公告）號: CN112983402B
• 公開（公告）日: 2023-03-03
• 發明（設計）人: 武強;劉春生;曾一凡;劉鎏;陶鳳娟;胡剛
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）;武漢長盛煤安科技有限公司
• 主分類號: E21B47/12
• 分類號: E21B47/12;E21B47/113;E21B47/04;E21F17/18
• 代理公司: 北京風雅頌專利代理有限公司 11403
• 代理人: 李弘

1.一種井下鉆孔隨鉆瞬變電磁超前智能探測實時預警裝置，其特征在于，包括隨鉆探測預警主機、電磁信號發射器、隨鉆探測測量探頭以及聲波通信裝置；其中，

所述電磁信號發射器，與所述隨鉆探測預警主機連接，設置于鉆桿遠離鉆頭的一端，被配置為根據所述隨鉆探測預警主機的探測控制信號發射瞬變電磁信號；

所述隨鉆探測測量探頭，設置于所述鉆桿另一端的內部且靠近所述鉆頭，被配置為接收所述瞬變電磁信號經圍巖激發的二次磁場信號，基于所述隨鉆探測測量探頭的移動位置生成鉆孔軌跡信息，并將所述二次磁場信號及所述鉆孔軌跡信息通過所述聲波通信裝置發送給所述隨鉆探測預警主機；

所述隨鉆探測預警主機，被配置為根據所述二次磁場信號及所述鉆孔軌跡信息確定各個待測坐標點的三維電磁場場強信息，并根據所述三維電磁場場強信息確定所述鉆孔中的有害地質體位置；

所述聲波通信裝置，被配置為實現所述隨鉆探測預警主機與所述隨鉆探測測量探頭之間的通信連接；

所述電磁信號發射器包括至少一個瞬變電磁發射線圈，所述瞬變電磁發射線圈被配置為根據所述探測控制信號發射所述瞬變電磁信號；

所述隨鉆探測預警主機包括與所述瞬變電磁發射線圈連接的瞬變電磁波發射電路，所述瞬變電磁波發射電路被配置為控制所述瞬變電磁發射線圈；

所述瞬變電磁波發射電路包括：

至少一個瞬變電磁發射單元，每個所述瞬變電磁發射單元與一個所述瞬變電磁發射線圈連接，用于控制所述瞬變電磁發射線圈發射所述瞬變電磁信號；

隔離可控并聯發射控制電路，與至少一個所述瞬變電磁發射單元連接，用于向所述瞬變電磁發射單元發送控制信號以使所述瞬變電磁發射單元控制所述瞬變電磁發射線圈；

所述聲波通信裝置包括：

第一聲波通信發射器，被配置為向所述隨鉆探測測量探頭發送探頭啟動控制命令以啟動所述隨鉆探測測量探頭；

第一聲波通信接收器，被配置為接收所述二次磁場信號及所述鉆孔軌跡信息；

所述瞬變電磁發射單元包括全橋發射電路、并聯于所述全橋發射電路兩端的供電單元以及電阻；所述全橋發射電路包括第一絕緣柵雙極型晶體管、第二絕緣柵雙極型晶體管、第三絕緣柵雙極型晶體管、第四絕緣柵雙極型晶體管、第一二極管、第二二極管、第三二極管以及第四二極管；其中，

所述第一絕緣柵雙極型晶體管的門極與所述隔離可控并聯發射控制電路連接，所述第一絕緣柵雙極型晶體管的集電極與所述供電單元的陽極連接，所述第一絕緣柵雙極型晶體管的發射極與所述電阻的一端連接，所述電阻的另一端與所述瞬變電磁發射線的一端連接；

所述第二絕緣柵雙極型晶體管的門極與所述隔離可控并聯發射控制電路連接，所述第二絕緣柵雙極型晶體管的集電極與所述供電單元的陽極連接，所述第二絕緣柵雙極型晶體管的發射極與所述瞬變電磁發射線圈的另一端連接；

所述第三絕緣柵雙極型晶體管的門極與所述隔離可控并聯發射控制電路連接，所述第三絕緣柵雙極型晶體管的集電極與所述電阻的一端連接，所述第三絕緣柵雙極型晶體管的發射極與所述供電單元的陰極連接；

所述第四絕緣柵雙極型晶體管的門極與所述隔離可控并聯發射控制電路連接，所述第四絕緣柵雙極型晶體管的集電極與瞬變電磁發射線圈的另一端連接，所述第四絕緣柵雙極型晶體管的發射極與所述供電單元的陰極連接；

所述第一二極管的陽極與所述第一絕緣柵雙極型晶體管的發射極連接，所述第一二極管的陰極與所述第一絕緣柵雙極型晶體管的集電極連接；

所述第二二極管的陽極與所述第二絕緣柵雙極型晶體管的發射極連接，所述第二二極管的陰極與所述第二絕緣柵雙極型晶體管的集電極連接；

所述第三二極管的陽極與所述第三絕緣柵雙極型晶體管的發射極連接，所述第三二極管的陰極與所述第三絕緣柵雙極型晶體管的集電極連接；

所述第四二極管的陽極與所述第四絕緣柵雙極型晶體管的發射極連接，所述第四二極管的陰極與所述第四絕緣柵雙極型晶體管的集電極連接；

所述井下鉆孔隨鉆瞬變電磁超前智能探測實時預警裝置還包括：

瞬變電磁接收線圈，設置于所述電磁信號發射器上且與所述瞬變電磁發射線圈同心設置，被配置為接收所述瞬變電磁發射線圈發射的所述瞬變電磁信號；

單通道瞬變電磁接收電路，設置于所述隨鉆探測預警主機上且與所述瞬變電磁發射線圈連接，被配置為對所述瞬變電磁發射線圈接收的所述瞬變電磁信號進行處理以獲得瞬變電磁探測數據圖；

所述隨鉆探測測量探頭的殼體采用無磁金屬材料制作；

所述隨鉆探測預警主機包括：

第一聲波通信發射電路，與所述第一聲波通信發射器連接，被配置為控制所述第一聲波通信發射器發送所述探頭啟動控制命令；

第一聲波通信接收電路，與所述第一聲波通信接收器連接，被配置為控制所述第一聲波通信接收器接收所述二次磁場信號及所述鉆孔軌跡信息；

所述隨鉆探測測量探頭包括：

第二聲波通信接收器，被配置為接收所述第一聲波通信發射器發射的所述探頭啟動控制命令；

第二聲波通信接收電路，與所述第二聲波通信接收器連接，被配置為對所述探頭啟動控制命令處理后發送至單片機以啟動所述隨鉆探測測量探頭；

第二聲波通信發射器，被配置為將所述二次磁場信號及所述鉆孔軌跡信息發送給所述第一聲波通信接收器；

第二聲波通信發射電路，與所述第二聲波通信發射器連接，被配置為控制所述第二聲波通信發射器發送所述二次磁場信號及所述鉆孔軌跡信息；

所述隨鉆探測預警主機還被配置為：

根據所述三維電磁場場強信息判斷是否存在某個鉆孔坐標點的三維電磁場場強大于整個待測鉆孔所有坐標點的三維電磁場場強的三倍均方差，若是則基于該鉆孔坐標點確定所述鉆孔中的有害地質體位置并進行報警。