[发明专利]一种煤矿井下防爆型电磁波无线随钻测量系统及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种随钻测量系统，尤其是涉及一种煤矿井下防爆型电磁波无线随钻测量系统及其使用方法。

背景技术

煤矿井下钻探施工是我国钻探技术领域的重要组成部分，是煤矿井下瓦斯灾害、底板突水与冲击矿压等矿山建设与生产过程中安全灾害的重要防治措施。煤矿井下钻探施工初期以回转钻进和稳定组合钻具定向钻进为主，可以辅以单点测斜仪或多点测斜仪对钻孔进行复测，从而在钻孔完成后对钻孔轨迹进行掌握，但是由于需要专门购置测斜仪器，目前大部分常规钻孔未进行钻孔轨迹复测。

进入20世纪90年代以后，随着钻进工具、钻孔弯曲测量技术的发展，特别是微电子学、微型计算机和航空航天技术的引用，煤矿井下钻探技术得到了迅速发展，研制开发出了孔底马达随钻测量定向钻进技术，该技术实现了对钻孔轨迹的实时测量和控制。

随钻测量系统是孔底马达随钻测量定向钻进技术得以实现的关键。目前煤矿井下以有线随钻测量方式为主，通过特制的中心通缆式钻杆作为信号传输通道，实现了双向通讯和信息实时上传。但随着煤矿井下定向钻进技术的推广，现有技术的缺陷和不足逐渐暴露出来，有线随钻测量系统信号长距离传输可靠性差、传输距离受到限制，此外对钻杆等钻具要求较高。

随钻测量系统按信息传输介质的不同可分为有线式随钻测量和无线式随钻测量。无线传输技术是解决以上问题的好办法，该技术目前在石油钻探领域应用较多，且主要采用泥浆脉冲作为信号传输方式，相应技术比较成熟。但是由于具有高湿度、大粉尘和瓦斯爆炸性气体的煤矿井下，施工条件和环境相对较差，对仪器的电气性能、防爆性能要求更高，施工工艺与钻探参数与石油钻井差别较大，不能直接将地面石油钻探领域使用的随钻测量系统直接引用到煤矿井下钻探施工中来，需要结合煤矿井下钻探的特点，研制出相应的无线随钻测量系统。

但是在煤矿井下，随钻测量定向钻进技术仍处于发展阶段，具有防爆特性的电磁波无线随钻测量系统的使用，还未见明确报道。

发明内容

本发明的目的是针对现有有线随钻测量系统存在的不足及钻孔轨迹复测的需要，提供一种结构简单紧凑，对钻杆等钻具要求较小，功能齐全，既适合煤矿井下钻探工艺，又满足钻孔轨迹复测要求，且整个系统采用防爆设计，能够在煤矿井下爆炸性气体环境下进行工作的煤矿井下防爆型电磁波无线随钻测量系统及其使用方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：

一种煤矿井下防爆型电磁波无线随钻测量系统，其特征在于：由孔内仪器和孔口仪器组成，所有仪器均为防爆器件，所述孔内仪器包括测量短节、发控短节和充电电池筒；所述孔口仪器包括接收天线和防爆计算机。其中，充电电池筒位于测量短节与发控短节之间，发控短节与接收天线无线连接，接收天线与防爆计算机进行连接。孔内仪器主要功能为实时测量钻孔孔内工程参数并以无线电磁波方式将测量数据发射至孔口；孔口仪器主要功能为对下入钻孔前的孔内仪器进行设置，接收电磁波无线信号并进行处理、显示和管理。

其中，所述测量短节结构上由定位头、下绝缘环、测量电路仓和连接头依次连接组成，定位头用于与绝缘短节以下无磁外管连接固定；连接头用于与充电电池筒连接，下绝缘环位于定位头和测量电路仓之间，长度不限，用于将仪器本体与定位头隔开。所述测量短节用于检测孔内工程参数，即倾角、方位角、工具面向角、磁场强度、电压和温度等；作为电磁波信号发射的一个电极，该电极将信号通过绝缘短节下部钻杆柱传递给煤系地层并上传至孔口。

其中，所述发控短节电气上由CPU控制器、压力检测单元、压力传感器、驱动单元、发射单元、发射限流单元、存储单元、隔离单元和电池监测单元等组成，所述的CPU控制器分别与压力检测单元、驱动单元、发射限流单元、存储单元、隔离单元和电池监测单元连接；所述的压力传感器与压力检测单元连接，所述的发射单元分别与驱动单元和发射限流单元连接。结构上由连接头、发控电路仓、上绝缘环、压力传感器仓和固定组件依次连接组成，连接头和固定组件分别位于两端，连接头用于与充电电池筒连接，固定组件用于将仪器与绝缘短节以上无磁外管连接固定，发控电路仓用于安装发控电路板，压力传感器仓用于安装压力传感器，上绝缘环用于将发控电路仓与压力传感器仓隔开，长度大于10cm，从而使压力传感器仓和固定组件作为电磁波信号发射的一个电极，仪器使用时，绝缘环应和外管绝缘短节径向位置相同。