[发明专利]煤矿井下钻孔无线随钻轨迹和孔深测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿井下钻孔随钻测量技术领域，具体地指一种煤矿井下钻孔无线随钻轨迹和孔深测量装置及方法。 

背景技术

煤矿井下钻孔轨迹和孔深测量是煤矿探放水孔(用于探测前方有无隐藏的水体，若有就抽放出来)和抽瓦斯孔施工质量检查的重要工作，是保障煤矿安全的重要手段。传统的钻孔轨迹测量是等钻孔钻好后，拔出钻杆，再将轨迹测量探头推入孔中，但由于煤矿都是软岩，极易塌孔堵塞，致使测量探头不能推进，造成钻孔轨迹无法测量。传统的钻孔深度检测方式是利用拔钻杆时数钻杆数量来计算钻孔的深度，而对于较深的孔需要钻孔的时间较长，技术人员往往容易遗忘放入钻孔中的钻杆的个数，造成钻孔深度无法准确获得。一些采用定向钻机进行钻孔的煤矿，虽然可以实现钻孔轨迹随钻测量，但定向钻机价格昂贵，还需配合使用专用的通缆钻杆，同时也不能进行钻孔深度测量，因此，定向钻机也无法在煤矿广泛推广应用。另外，石油钻井用的泥浆液传递测井技术，因煤矿井下钻孔均为水平孔或倾角较小的孔而无法应用。 

参考文献：《检测技术及钻井仪表》P198页2009年、中国地质大学出版社，鄢泰宁著，介绍了上述随钻测量技术。 

发明内容

本发明的目的就是要提供一种煤矿井下钻孔无线随钻轨迹和孔深测量装置及方法，该设备和方法可对煤矿井下探放水孔、瓦斯抽放孔和地质孔等，在钻孔钻进过程中进行随钻钻孔方向、倾角和孔 深的测量。 

为实现此目的，本发明所设计的煤矿井下钻孔无线随钻轨迹和孔深测量装置，其特征在于：它包括现场主机、钻杆、第一无磁钻杆、第二无磁钻杆、第三无磁钻杆、钻头、驱动钻杆的钻机、设置在第二无磁钻杆中的探头、设置在钻杆尾端的第一应力波信号发射器和第一应力波信号接收器，其中，所述第一无磁钻杆的尾端与钻杆的头端螺纹连接，第二无磁钻杆的尾端与第一无磁钻杆的头端螺纹连接，第三无磁钻杆的尾端与第二无磁钻杆的头端螺纹连接，三无磁钻杆的头端设有钻头，所述现场主机的信号输出端连接第一应力波信号发射器的信号输入端，现场主机的信号输入端连接第一应力波信号接收器的信号输出端； 

所述探头包括探头壳体、设置在探头壳体内的第二应力波信号发射器、第二应力波信号发射器驱动模块、第二应力波信号接收器、第二应力波信号处理模块、单片机和三维罗盘，三维罗盘的数据通信端连接单片机的数据通信端，单片机的信号输出端通过第二应力波信号发射器驱动模块连接第二应力波信号发射器的控制信号通信端，单片机的信号输入端通过第二应力波信号处理模块连接第二应力波信号接收器的控制信号通信端； 

所述第一应力波信号发射器能与第二应力波信号接收器之间进行无线通信，第一应力波信号接收器能与第二应力波信号发射器之间进行无线通信。 

一种利用上述煤矿井下钻孔无线随钻轨迹和孔深测量装置进行随钻轨迹和孔深测量的方法，它包括如下步骤： 

步骤1：控制由钻杆、第一无磁钻杆、第二无磁钻杆、第三无磁钻杆和钻头构成的钻孔机构在钻孔内钻进一个深度； 

步骤2：现场主机通过第一应力波信号发射器向所述钻孔机构发射应力波信号； 

步骤3：探头的第二应力波信号接收器接收上述应力波信号，并 将该应力波信号发送到探头的第二应力波信号处理模块，第二应力波信号处理模块对该应力波信号进行滤波、放大和模数转换处理，并将处理后的应力波数字信号传送给探头的单片机，单片机接收到应力波数字信号后，控制探头的三维罗盘工作； 

步骤4：所述三维罗盘感应得到此时钻孔的方向和倾角数据，并将该方向和倾角数据返回给单片机； 

步骤5：单片机将此时钻孔的方向和倾角数据编码入反馈应力波信号中，并依次通过第二应力波信号发射器驱动模块和第二应力波信号发射器向第一应力波信号接收器发射； 

步骤6：所述第一应力波信号接收器接收到上述反馈应力波信号，并将该反馈应力波信号发送到现场主机的第一应力波信号处理模块，第一应力波信号处理模块对该反馈应力波信号进行滤波、放大和模数转换处理，并将处理后的反馈应力波数字信号传送给现场主机的中央处理器； 

步骤7：现场主机的中央处理器从反馈应力波数字中解码出钻孔的方向和倾角数据，现场主机的中央处理器通过第二应力波信号发射器发射反馈应力波信号与第一应力波信号接收器接收反馈应力波信号的时间之差，求出第一应力波信号接收器与第二应力波信号发射器之间的距离，所述第一应力波信号接收器与第二应力波信号发射器之间的距离加上第二无磁钻杆和第三无磁钻杆以及钻头的长度再减去位于钻孔外的钻杆尾部的长度，即得到了钻孔的深度；