[发明专利]一种矿用随钻轨迹测量探管控制系统

说明书

技术领域

本发明是一种用于煤矿井下瓦斯抽放钻孔设备，更具体的说是一种矿用随钻轨迹测量探管控制系统。

背景技术

通常意义的随钻轨测量仪通过钻机将探管推进已成型的钻孔里以实现轨迹的测量，造成人力、物力等资源的二次浪费。对于瓦斯抽放的钻孔增加了抽采时间，从而降低了安全系数。

其次探头多为铜质材质，硬度、扭力等技术参数都达不到普通钻杆的要求，探管只能靠推力向前移动。因无法实现旋转等操作，探管在控制采样时无法区分更换钻杆停顿和意外原因停顿，更无法实现多功能的控制功能。同时当遇到钻孔塌方时，无法通过正向旋转、逆向旋转等有效手段推进或退出探管。

发明内容

为了解决背景技术所存在的问题，本发明采用以下技术方案：一种矿用随钻轨迹测量探管及其控制系统，探管上设有密封腔，密封腔内设有电池盒和主电路板，电池盒内设有电池，所述探管内部为相通，探管的一端设有外螺纹，且探管另一端设有内螺纹，所述密封腔边沿设有硅胶垫，密封腔旁还设有板槽，板槽内设USB板；

所述控制系统包括电源管理模块、中央控制器、三轴加速度传感器、三轴磁阻传感器、三轴角速度传感器、存储器以及数据通讯接口模块，其中：电源管理模块为各模块供电；中央控制器通过外设总线与三轴加速度传感器、三轴磁阻传感器、三轴角速度传感器以及存储器连接；中央控制器与数据通讯接口模块连接；数据通讯接口模块与随钻轨迹测量仪主机连接，实现矿用随钻轨迹测量探管和随钻轨迹测量仪主机之间的数据通讯；

三轴加速度传感器用于检测探管当前的倾斜角和翻转角姿态；中央控制器采集该姿态信息；

三轴磁阻传感器用于检测探管当前的方位数据信息；中央控制器采集该方位数据。中央控制器根据获取的倾斜角和翻转角信息对方位数据进行三轴修正以获取当前探管正确的方位角信息；

三轴角速度传感器用于检测探管角速度信息；中央控制器采集该角速度信息并用以判断探管当前旋转状态；

当探管单次顺时钟旋转周期超过30秒时，中央控制器开始以10Hz的频率采集探管运动周期内100点的姿态信息，探管停止旋转超过5秒后，完成一次周期的数据采集并保存到存储器内；在采集过程中当探管停止旋转超过15秒后，中央控制器开始采集下一段周期的姿态信息，并对当前姿态信息作均值滤波处理作为运动周期的姿态信息；若探管停止旋转未超过15秒，中央控制器放弃记录探管运动周期的姿态信息；如果探管逆时钟旋转时，中央控制器中央控制机不做任何处理，中央控制器在探管停止超过15秒后待收集下一段周期的姿态信息，以此循环采集过程；

存储器用以保存钻孔的点姿态信息和采样时刻，最大可保存6000个钻孔点的姿态信息和采样时刻。

所述的电源管理模块可提供三路电源VDD、V3V和+3V分别为中央控制器、三轴加速度传感器、三轴磁阻传感器、三轴角速度传感器、存储器以及数据通讯接口进行单独供电，其中V3V和+3V通过中央控制器实现可控输出，中央控制器根据当前是否处于启动状态以及当前电池电压智能控制V3V和+3V是否输出以实现电源的功耗管理。

所述外设总线为I2C总线，所述数据通讯接口模块通过串行通讯接口与中央控制器连接，所述数据通讯接口模块通过RS485接口与随钻轨迹测量仪主机连接。

所述存储器的存储空间为512K，所述存储器保存钻孔的采样时刻为相对时刻，即相对于探管启动时同步点的时刻。

所述姿态信息为探管的倾斜角、翻转角和方位角，所述的旋转状态为顺时钟旋转、逆时钟旋转或停止旋转。

所述的内螺纹和/或外螺纹均与连接探管的钻头相配合。

所述的板槽上还设有与之配合的堵头。

所述探管的材质为铍铜。

所述的姿态信息为三轴加速度传感器检测探管当前的倾斜角和翻滚角；

三轴磁阻传感器检测探管当前的方位数据；

三轴角速度传感器检测探管角速度及探管当前旋转状态。

本发明工作原理如下：一种矿用随钻轨迹测量探管及其控制系统，主机启动后，探管随钻进行测量，为了避免钻杆正常推进故障或更换钻杆晃动等原因引起测量误差，探管记录某点信息后，在满足正向旋转累计超过30秒、其中一次正向连续旋转超过5秒后，停止旋转超过15秒后方可再次记录下一点信息，在采集过程中探管停止旋转超过5秒后，开始采样当前探管的姿态信息，频率为10Hz，在停止旋转超过15秒后，对之前采集的探管姿态信息进行均值滤波以得到该点的姿态信息。