[發(fā)明專利]一種面向智慧礦山的瓦斯鉆孔方法及其機(jī)器人系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110704896.1
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113464050B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪興明;劉清友
• 申請（專利權(quán)）人: 成都理工大學(xué)
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04;E21B19/22;E21B21/00;E21B47/022;E21B47/0232;E21B47/0224;E21B47/013
• 代理公司: 成都金英專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

1.一種面向智慧礦山的瓦斯抽采鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，包括鉆孔子系統(tǒng)（1）、巷道連續(xù)管作業(yè)機(jī)（2）和巷道定位子系統(tǒng)（3）；巷道連續(xù)管作業(yè)機(jī)（2）分別與鉆孔子系統(tǒng)（1）和巷道定位子系統(tǒng)（3）相連接；

所述鉆孔子系統(tǒng)（1）包括從孔口到孔底依次連接的連續(xù)管（4）、鉆孔爬行器（5）、定向器（6）、孔底動(dòng)力鉆具（7）和鉆頭（8）；所述連續(xù)管（4）中安裝有電纜（11），所述連續(xù)管（4）穿過巷道上的注入頭（15）與巷道連續(xù)管作業(yè)機(jī)（2）相連接；

所述巷道連續(xù)管作業(yè)機(jī)（2）包括滾筒（13）、電機(jī)（14）、鉆井液泵（16）、水箱（17）和穿電纜連續(xù)管密封接頭（18）；所述電機(jī)（14）通過驅(qū)動(dòng)裝置與滾筒（13）連接，驅(qū)動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)；所述連續(xù)管（4）纏繞在滾筒（13）上，連續(xù)管（4）中電纜（11）一端與鉆孔子系統(tǒng)連接，電纜（11）另一端穿過穿電纜連續(xù)管密封接頭（18）與供電和通信設(shè)備連接；所述鉆井液泵（16）一端與水箱（17）相連接，另一端與連續(xù)管（4）相連接；所述穿電纜連續(xù)管密封接頭（18）設(shè)置在滾筒（13）與鉆井液泵（16）之間的連續(xù)管（4）上，將電纜引出連續(xù)管（4）同時(shí)不發(fā)生泄漏；

所述巷道定位子系統(tǒng)（3）包括檢波器（19）、三軸磁通門A（20）和淺孔（21）；所述淺孔（21）內(nèi)安裝有多個(gè)接地電纜（22）陣列；所述檢波器（19）、三軸磁通門A（20）和淺孔（21）分別通過線纜與巷道連續(xù)管作業(yè)機(jī)（2）相連接；

所述鉆孔子系統(tǒng)還有另一結(jié)構(gòu)，包括從孔口到孔底依次連接的連續(xù)管（4）、隨鉆測量短接（12）、電動(dòng)孔底馬達(dá)（9）、定向孔底馬達(dá)（10）和鉆頭（8）；所述隨鉆測量短接（12）包括三軸磁通門B、三軸加速度計(jì)和多軸陀螺儀；靠近所述鉆頭（8）位置安裝有永磁材料（23）；

所述瓦斯抽采鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)存在一種瓦斯鉆孔方法，所述瓦斯鉆孔方法包括以下步驟：

瓦斯抽采鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)的鉆孔爬行器（5）與注入頭（15）共同聯(lián)合驅(qū)動(dòng)連續(xù)管（4）驅(qū)動(dòng)孔底動(dòng)力鉆具（7）和鉆頭（8）進(jìn)行鉆孔，并在瓦斯鉆孔中進(jìn)行前進(jìn)和后退；

在鉆孔工作中，利用液壓或電力驅(qū)動(dòng)的方式控制定向器（6）的可控彎接頭彎曲角度，配合孔底動(dòng)力鉆具（7）和鉆頭（8）更好地鉆孔；

隨著鉆孔工作的深入，使用鉆孔子系統(tǒng)（1）的所述另一結(jié)構(gòu)，隨鉆測量短接（12）同步測量瓦斯鉆孔軌跡參數(shù)，對鉆孔軌跡和鉆孔子系統(tǒng)（1）的動(dòng)靜姿態(tài)進(jìn)行測量和計(jì)算；

鉆孔子系統(tǒng)（1）中的永磁材料（23）與巷道定位子系統(tǒng)（3）相配合進(jìn)行鉆頭（8）的磁定位，提高瓦斯鉆孔軌跡的測量精度；

在巷道中布置檢波器（19）陣列，檢波器（19）采用三分量檢波器，測量鉆井過程中鉆頭接觸孔底時(shí)產(chǎn)生的微小振動(dòng)信號，通過微震時(shí)差定位模型與孔眼軌跡計(jì)算模型融合的方式，考慮隨鉆測量短接（12）距離鉆頭的長度和鉆桿指向，計(jì)算鉆孔接單根或者鉆進(jìn)時(shí)的孔底的三維坐標(biāo)；

所述提高瓦斯鉆孔軌跡測量精度的磁定位方式分為主動(dòng)磁定位和被動(dòng)磁定位兩種；所述被動(dòng)磁定位具體方法為：將永磁材料（23）有向安裝在鉆孔子系統(tǒng)（1）的鉆頭（8）附近，形成有向磁場陣列，巷道定位子系統(tǒng)（3）中的三軸磁通門A（20）接收并測量有向磁場陣列發(fā)出的強(qiáng)磁信號，所述強(qiáng)磁信號隨時(shí)間和鉆頭方位變化而變化；所述主動(dòng)磁定位具體方法為：在鉆井和停鉆過程中，淺孔（21）內(nèi)安裝的多個(gè)接地電纜（22）陣列分別按照設(shè)定的順序及組合通入交流電，利用鉆孔子系統(tǒng)（1）三軸磁通門B記錄磁場的方位變化情況。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向智慧礦山的瓦斯抽采鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述定向器（6）接頭為可控彎接頭，所述可控彎接頭采用液壓或者電力驅(qū)動(dòng)的方式進(jìn)行接頭彎度的調(diào)節(jié)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向智慧礦山的瓦斯抽采鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述注入頭（15）安裝在巷道上的孔口位置。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向智慧礦山的瓦斯抽采鉆孔機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述注入頭（15）驅(qū)動(dòng)方法具體為：通過算法模型、鉆孔爬行器（5）的驅(qū)動(dòng)力參數(shù)和鉆孔爬行器（5）測量的拉力參數(shù)，得到注入頭（15）施加力最優(yōu)的數(shù)值和變化規(guī)律；所述施加力為注入頭（15）對連續(xù)管（4）施加的推出孔底的推力和拉出孔的拉力。