[发明专利]一种基于弹性波的钻孔深度检测系统及其检测方法

说明书

本发明公开了一种基于弹性波的钻孔深度检测系统及其检测方法，检测系统由手持机、采集器和传感器组成。通过该系统可对地面和井下钻杆进行测试，测试方法以一维杆状体纵波传播理论为基础，分别从时间域和频率域计算钻杆的长度，两种方法相互补充、相互验证，从而确定钻孔的孔深。本发明作为一种无损检测方法，不仅提高了测试的精度，而且以钻杆为载体，不受钻孔角度的偏差和塌孔等因素的影响，可实现对钻孔真实深度的有效测试；另外，现场测试施工效率高，单个钻孔的测试时间约为2分钟，能够实现对钻孔的快速检测且对生产影响较小；在现场测试时，可对测试结果进行实时显示，并形成防伪记录，便于对钻孔的管理。

技术领域

本发明涉及一种测量钻孔深度的系统及方法，特别涉及一种一种基于弹性波的钻孔深度检测系统及其检测方法。

背景技术

钻探工作是保障煤矿安全生产的最直接、有效的方法，但由于人为虚报、遇岩、遇水、遇瓦斯高应力区等主观及客观因素的影响，导致钻孔施工过程中钻孔实际进尺与钻孔设计存在较大偏差，这不仅造成一定经济损失，更重要的是由于钻孔施工达不到设计深度，造成对隐伏地质构造(富水区、瓦斯富集区等)的漏判和误判。传统测量方法主要是采用人工清点钻杆数量来确定，或者成孔后往里捅铁丝、塞木棍等，费工费时，极不方便。

目前常用的方法有红外测深和声波法等。但这些方法存在一定的局限性，如红外测深技术要求钻孔没有角度的变化；声波法需要孔内干净(没有煤灰堵塞、塌孔等)。而在实际钻孔施工过程中，钻孔都会存在一定的角度偏差和塌孔现象，尤其是在遇软岩和高瓦斯煤层中，绝大多数的钻孔都会在退出钻杆之后塌孔，这些方法得到的并不是钻孔的实际深度。应力波无损检测技术在锚杆锚固质量检测、基桩动测等方面应用较为广泛，但对于长距离(几十到几百米)孔深测量尚未研究。因此，找到一个能快速有效判定钻孔深度的方法是确保煤矿安全生产的有效途径。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提出一种以钻杆为载体，以弹性波理论为基础，不受钻孔角度偏差和塌孔等因素影响，并能对几十到几百米深孔进行快速检测的钻孔深度检测方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于弹性波的钻孔深度检测系统，由手持机、采集器和传感器构成；所述采集器和传感器安装在钻杆尾部；所述传感器用于激发和接收振动信号，其由内置式电磁激振器和振动传感器构成，所述手持机通过无线传输方式向采集器发送采集命令并接收采集器所采集的振动信号，所述采集器通过有线传输方式向电磁激振器和振动传感器供电并采集、存储振动信号。

所述手持机包括ARM多核处理器，和分别与之交互连接的显示屏、RAM(a)、TF卡(a)、WIFI芯片(a)及电源(a)，运行Andriod操作系统及控制程序，通过WIFI向所述采集器发送采集命令并接收采集器所采集的振动信号。

所述采集器包括M4处理器，和分别与之交互连接的RAM(b)、TF卡(b)、A/D模块、WIFI芯片(b)及电源(b)；所述A/D模块通过线缆连接振动传感器，根据采集命令进行振动信号采集，并通过WIFI芯片(b)将采集到的数据发给所述手持机。

所述振动传感器为MEMS振动传感器或加速度传感器。

根据一维杆状体纵波传播理论，弹性波在波阻抗界面会发生反射，同时不同长度钻杆的纵波振型各不相同，通过在钻杆尾部激发和接收弹性波可分别从时间域和频率域上求取钻杆长度。

结合上述理论基础，本发明的另一目的，是提供基于弹性波的钻孔深度检测系统的检测方法，具体包括下述步骤：

(1)作业前，安装好采集器与传感器，并打开采集器与手持机的电源；

(2)通过无线方式连接采集器与手持机，在手持机上设置钻孔信息和采集参数后给采集器下发采集命令；