[发明专利]煤层气车载钻机孔深在线测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤气层钻探的测量领域，具体涉及一种煤层气车载钻机孔深在线测量装置及方法。 

背景技术

我国是煤炭资源大国，煤层气资源相当丰富，但开发煤层气投入成本高、风险高、技术要求高，要掌握它的基本赋存规律和开发技术，必须有前期投入较大并且较先进的装备。因此，开发具有自主知识产权的煤层气车载钻机至关重要。车载式煤层气车载钻机将空压机、泥浆泵等全部集成在可移动车辆上，可实现泥浆钻进和空气钻进等多种钻进工艺，不仅能进行地面煤层气抽采孔施工而且还可以进行地面矿山应急救援孔施工。在钻孔施工过程中，孔深测量一般通过人工对孔中钻杆进行计数的方法获得，但这种方法误差大，不利于管理。 

目前对于相关领域的孔深测量，现有技术主要包含：中国专利(ZL201120317082.4)涉及到钻机孔深测量，但其主要应用于旋挖钻机孔深测量，而且采用接近开关与编码盘的方式。该方法并不适用煤层气车载钻机，因为如何检测动力头上是否有钻杆是一个难题。如果采用安装接近开关的方法来检测，煤层气车载钻机驱动的钻具直径不同，接近开关检测距离近，旋转的动力头带动不同粗细的钻杆，容易造成打坏接近开关或者检测距离不够导致不能检测，而且接近开关容易受外围杂物等影响检测效果。另外，编码器安装在给进装置上，但 给进装置运动时不一定连接有钻杆，会造成孔深的无效测量。所以此方法并不适用于煤层气车载钻机。 

中国专利(ZL201310568983.4)涉及到轮式钻孔深度测量仪和钻孔深度测量方法。其采用角度传感器采集轮架转动的角度信号，用位移传感器采集转轮转动的位移信号，换算获得设定时间段的转轮跟随钻杆转动的螺旋线展开长度△L以及该时间段转轮轴线与钻杆轴线的夹角α，通过L＝△L×sinα计算钻深L。现有的这类技术，转轮的传动轴线与轮架的转动轴线垂直并存在设定的偏心距离，而且轮架转动轴线与钻杆轴线垂直相交，这两个垂直度对安装精度要求很高，这两个垂直度涉及到转轮、钻杆和轮架在空间上的两两垂直，如果安装有误差，则该专利中的三角定律正弦计算值误差很大，累积误差将更进一步放大。另外，该专利还要求转轮压紧贴合在钻杆上，而且转轮轴线与钻杆轴线垂直，钻杆在施工过程中会在空间中以轴线为中心进行振动和摇晃，由于转轮与钻杆的贴合面实际上是一条切线而不是一个面接触，所以这种结构不稳定。另外，转轮运动过程中会产生径向力和沿圆周方向的切向力，会对结构产生磨损和损坏。 

中国专利(CN202325482U)涉及到一种钻孔深度计量装置，该装置的圆柱转动体一直受到钻杆旋转方向上的作用力，该力将使转动体受到偏转扭矩而使轴线产生不稳定，所以其测量精度较差，而且长时间的磨损影响其使用寿命。 

中国专利(ZL201310326673.1)涉及一种煤矿井下钻杆长度及故障检测装置及其使用方法，利用初始声波信号和反射声波信号之间的 时间差及声波在钻杆中的传播速度计算出钻杆长度，该方法只适用于离线测量单根钻杆的长度，无法在线测量孔深。 

其它专利多涉及爆破孔深测量、机床加工孔深测量及管道开孔深度测量，不在工程孔范围内。 

电荷耦合器件(简称CCD，Charge Coupled Devices)是一种用于探测光的硅片，由时钟脉冲电压来产生和控制半导体势阱的变化，实现存储和传递电荷信息的固态电子器件，比传统的底片更能敏感的探测到光的变化。由于CCD具有体积小、高分辨率、高精度、稳定性好、抗震动和电磁干扰等优点，目前广泛应用于工业尺寸测量、表面质量检测，特别是智能传感器、图像传感器、摄像机等领域的发展更为迅速。 

因此，研究钻机如何在钻孔施工的同时能进行在线测量孔深，实现测量孔深不影响钻孔施工，并提高钻孔深度测量精度，成为本领域的技术人员亟待解决的技术难题。 

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种煤煤层气车载钻机孔深在线测量装置及方法，以克服上述缺陷。 

发明内容

本发明的目的就在于克服上述现有技术的不足，提供一种煤层气车载钻机孔深在线测量装置及方法，能应用于煤层气车载钻机及其它具有钻孔作业的施工机械上，具有钻孔施工的同时进行在线测量孔深的能力，精度高，能减轻工人劳动强度，协助司钻人员完成钻孔施工 作业。 

为实现上述目的，本发明公开了一种煤层气车载钻机孔深在线测量装置，包括：滑轮支架、起拔钢丝绳、动力头、给进钢丝绳、张紧轮、张紧油缸、锁紧螺母、二级给进机身、一级给进机身和给进油缸，其特征在于：