[發(fā)明專利]一種煤礦鉆進偏離預警傳感器系統(tǒng)和鉆進糾偏方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202110546070.7 | 申請日： | 2021-05-19 |
| 公開（公告）號： | CN113236225B | 公開（公告）日： | 2023-02-24 |
| 發(fā)明（設計）人： | 譚健;郭偉耀;鄭雅華;趙同彬;譚云亮 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國石油大學（華東）;山東科技大學 |
| 主分類號： | E21B47/00 | 分類號： | E21B47/00;E21B47/024;E21B47/13;E21B7/10 |
| 代理公司： | 青島錦佳專利代理事務所(普通合伙) 37283 | 代理人： | 朱玉建 |
| 地址： | 266580 山*** | 國省代碼： | 山東;37 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 煤礦 鉆進 偏離 預警 傳感器 系統(tǒng) 糾偏 方法 | ||
1.一種煤礦鉆進偏離預警傳感器系統(tǒng)，其特征在于，包括無線傳感器、控制器、鉆頭、旋轉(zhuǎn)聯(lián)軸器、連接頭、鉆桿、風機和鉆機，所述鉆桿和鉆機相連，鉆桿端部設置有連接頭，連接頭和旋轉(zhuǎn)聯(lián)軸器連接，鉆轉(zhuǎn)聯(lián)軸器與鉆頭相連，鉆頭上設置有風孔；所述鉆桿之間通過套管連接，套管內(nèi)均設置有無線傳感器；各個所述無線傳感器之間傳遞測量信息，鉆孔孔口位置設置的信號接收器接收無線傳感器的信號，計算機判斷鉆頭的鉆進軌跡偏差，所述控制器根據(jù)軌跡偏差控制旋轉(zhuǎn)聯(lián)軸器和密封開關(guān)；所述風機連通鉆桿并供風，鉆頭上的風孔出風軟化破煤，調(diào)整鉆進角度；
所述套管內(nèi)設置有掏槽，無線傳感器固定在掏槽內(nèi)，所述無線傳感器外側(cè)還包裹有密封罩；無線傳感器測量相連鉆桿之間的方位偏差；所述無線傳感器監(jiān)測相連兩節(jié)鉆桿之間的方位角，所述旋轉(zhuǎn)聯(lián)軸器控制鉆頭上的風孔朝向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦鉆進偏離預警傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述無線傳感器包括電路板，電路板上配置有電源、信號發(fā)射器、控制電路模塊和采集電路模塊，電路板的電源為控制電路模塊和采集電路模塊供電，控制電路模塊包括方位信號接收電路、信號調(diào)節(jié)器、低通濾波器和單片機，信號調(diào)節(jié)器和低通濾波器對輸出信號進行處理，標準信號輸入單片機，單片機解析信號并控制無線信號傳感器的指示燈工作；采集電路模塊包括A/D轉(zhuǎn)換器和風壓采集電路，A/D轉(zhuǎn)換器將監(jiān)測信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，風壓采集電路監(jiān)測輸出的風壓；信號發(fā)射器發(fā)送數(shù)字信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種煤礦鉆進偏離預警傳感器系統(tǒng)，其特征在于，各個所述無線傳感器設置有編號，無線傳感器優(yōu)先接收并處理相鄰布置的無線傳感器發(fā)送的數(shù)字信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的一種煤礦鉆進偏離預警傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述鉆頭和鉆桿在單軸飽和抗壓強度大于30MPa的煤巖層中鉆進，形成孔道；鉆進過程中鉆機向孔道內(nèi)注水對鉆頭降溫。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種煤礦鉆進偏離預警傳感器系統(tǒng)，其特征在于，風力壓強平衡的計算公式為：
其中PF為風力壓強，PL為水汽壓強，α為水的表面張力系數(shù)，μ為水的黏性系數(shù)，R為風在鉆桿中的半徑，為風在鉆桿中對時間的一階導即速度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種煤礦鉆進偏離預警傳感器系統(tǒng)，其特征在于，鉆口外風壓的計算公式為：
其中，ρ為風壓的流量密度，P∞為距離鉆頭口處風壓遠端的壓強，為風在鉆桿中對時間的二階導即加速度。
7.一種煤礦鉆進偏離預警及鉆進糾偏的方法，利用權(quán)利要求1至6任一項所述的一種煤礦鉆進偏離預警傳感器系統(tǒng)，其特征在于，步驟包括：
S1.連接鉆頭和鉆桿，鉆桿之間通過套管連接，套管內(nèi)配置無線傳感器；
S2.鉆機控制鉆頭和鉆桿鉆進形成孔道，鉆進過程中無線傳感器監(jiān)測鉆桿的受力并對相鄰鉆桿之間進行方位測量；
S3.無線傳感器之間傳遞測量信息，鉆孔孔口位置設置的信號接收器接收無線傳感器的信號，計算機判斷鉆頭的鉆進軌跡偏差；
S4.根據(jù)計算機的判斷結(jié)果輸出鉆進偏離監(jiān)測結(jié)果，指示燈發(fā)出預警信號；
S5.鉆機根據(jù)偏離角度控制旋轉(zhuǎn)聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)風孔的朝向；
S6.高速風機輸入高壓風，風孔朝向預定的鉆進方向軟化煤巖體；
S7.鉆機繼續(xù)控制鉆頭和鉆桿鉆進，鉆頭沿軟化后的煤巖體方向鉆進。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種煤礦鉆進偏離預警及鉆進糾偏的方法，其特征在于，所述無線傳感器監(jiān)測相鄰鉆桿的偏差角度，多個無線傳感器測量的偏差角度擬合鉆桿整體的軌跡偏差。
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