[發明專利]一種井下開采隨鉆測量無線傳輸鉆桿及其應用

在審

• 申請號: 202110354666.7
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113027356A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 劉偉建;王慶華;董森森;杜亞志;王文碩;常浩源
• 申請（專利權）人: 中原工學院;石家莊天地煤礦機械有限公司
• 主分類號: E21B17/18
• 分類號: E21B17/18;E21B47/13;E21B17/042;E21B17/046
• 代理公司: 北京八月瓜知識產權代理有限公司 11543
• 代理人: 陶敏

本發明提供了一種井下開采隨鉆測量無線傳輸鉆桿及其應用。本發明的井下開采隨鉆測量無線傳輸鉆桿，包括中空鉆桿和信號傳輸通道，信號傳輸通道圍設在中空鉆桿外部且長度短于中空鉆桿，中空鉆桿自信號傳輸通道向外伸出的部分形成連接部。本發明的井下開采隨鉆測量無線傳輸鉆桿能夠實現隨鉆數據實時同步無線傳輸，保證了數據傳輸的效率和穩定性，減少了施工人員的工作量，提高了工作效率。

技術領域

本發明涉及井下開采數據測量技術領域，尤其是涉及一種井下開采隨鉆測量無線傳輸鉆桿及其應用。

背景技術

在煤礦的開采中，對于鉆桿行進軌跡的測量數據大多是通過通纜的鉆桿進行傳輸，然而通纜式鉆桿在鉆進過程中易出現電纜和鉆桿之間安裝不當、內芯短接、斷接等情況，嚴重影響了通纜式鉆桿的正常通信。

為了解決上述問題，急需確定故障點的位置。目前，通常是通過從孔口逐節拆卸鉆桿來確定故障點的位置，該方式較為煩瑣，從而導致效率低下。同時，上述情況會加大施工人員的工作量，從而拖慢工程進度，此外還會存在一定的安全隱患，因此通纜鉆桿的利用效率較低，具有一定的局限性。對于無線傳輸來說，其只需保持傳輸模塊的數量，一旦發生故障，可以迅速找出原因，恢復線路的正常運行。無線數據傳輸只需將新設備和無線號碼傳輸無線電連接，即可實現系統的擴展，具有較好的可擴展性。

因此，開發一種井下開采隨鉆測量無線傳輸鉆桿及其實施方法是十分必要的。

發明內容

本發明的目的是提供一種井下開采隨鉆測量無線傳輸鉆桿及其應用，該井下開采隨鉆測量無線傳輸鉆桿能夠實現隨鉆數據實時同步無線傳輸，保證了數據傳輸的效率和穩定性，減少了施工人員的工作量，提高了工作效率。

本發明提供一種井下開采隨鉆測量無線傳輸鉆桿，包括中空鉆桿和信號傳輸通道，信號傳輸通道圍設在中空鉆桿外部且長度短于中空鉆桿，中空鉆桿自信號傳輸通道向外伸出的部分形成連接部。

在本發明的井下開采隨鉆測量無線傳輸鉆桿中，中空鉆桿的中空層可以為常規煤炭鉆探中所用的鉆桿，其用以確保煤炭鉆探中泥漿和冷卻液的輸送；外圍信號傳輸通道可以設計為包裹于中空鉆桿中空層外圍的環繞中空層，外圍的環繞中空層短于內部的中空鉆桿中空層，避免單管傳輸的空氣稀薄，以滿足信號傳輸的穩定性。

上述井下開采隨鉆測量無線傳輸鉆桿采用雙通道形式，各通道獨立工作，互不干擾，避免了泥漿和空氣的混合；該鉆桿將數據無線傳輸和鉆桿相結合，不僅實現了對鉆桿行進軌跡和外部環境的數據實時準確接收，同時可以避免通纜鉆桿的弊端，還可以減少操作判斷的失誤和返工，從而大大提高了工作效率。

本發明的井下開采隨鉆測量無線傳輸鉆桿可用于井下開采隨鉆數據無線傳輸，其可在煤炭深部高地壓復雜環境中使用，且是一種以空氣為介質的電磁波傳輸方式。電磁波沿鉆桿內部傳輸時，考慮鉆桿內壁的導體損耗和鉆桿內空氣的介質損耗；電磁波以空氣為介質在鉆桿內部傳輸時鉆桿內由空氣引起的損耗遠小于鉆桿金屬內壁引起的導體損耗，通常情況可忽略，故電磁波在鉆桿內以空氣為介質傳輸時的傳輸損耗僅為導體衰減。

導體衰減受鉆桿管徑的影響，鉆桿管徑對導體衰減的影響主要表現為在相同的電磁波傳輸頻率下，鉆桿內管道管徑越大，各個模式的截止頻率越低，電磁波所能傳輸的模式越多，電磁波的衰減常數隨著管徑的增大而減小。經研究發現，將中空鉆桿的管徑設置為≥60mm，優選為60-120mm，能夠大大降低傳輸損耗，進而良好地滿足實際應用需求。

此外，導體衰減還受管壁粗糙度的影響。管壁粗糙度對導體衰減的影響，表現為粗糙度的增加會導致導體衰減常數的增加，但增加到一定限值后會趨于平穩；進一步地，通過將中空鉆桿的內壁粗糙度設置為≤1.6，可降低粗糙度的影響。

在本發明的井下開采隨鉆測量無線傳輸鉆桿中，還可以在信號傳輸通道外圍設置輔助件；對輔助件的類型和設置方式不作嚴格，可根據實際需要合理設置，輔助件例如可以包括無線網絡中繼器和信號增強器中的至少一種。