[发明专利]一种钻机姿态测量仪及钻孔方位调节方法

说明书

技术领域

本发明属于钻机姿态测量技术领域，尤其是涉及一种钻机姿态测量仪及钻孔方位调节方法。

背景技术

随着科学技术的发展，采煤工艺也随之进步，近年来煤矿井下定向钻孔技术得到推广应用。实际进行煤矿井下定向钻孔时，钻机定向的方法至关重要，其中钻机定向指确定钻机的钻进方向，也称钻孔方向或钻孔方位，使得钻机的钻孔方向满足预先设定要求。方位角又称地平经度(azimuth angle)，是在平面上量度物体之间的角度差的方法之一，方位角是从某点的指北方向线起，依顺时针方向到目标方向线之间的水平夹角。钻孔方向通过钻孔方位角(azimuthal angle of hole)进行表示，钻孔方位角是指钻孔轴线的任意一点切线在水平上的投影，与子午线指北方向顺时针旋转的夹角，称为钻孔该点或该孔深处的钻孔方位角，它是确定钻孔在地下空间位置的基本参数之一。

现如今煤矿井下定向钻孔过程中，对钻机进行定向时，所采用的传统定向方法是拉线定向法，具体是通过设置一条拉线对钻机的钻进方法进行确定。但实际使用时，由于地层的地质条件复杂以及地质构造与岩层力学性质的不同，再加上钻孔轨迹难以控制，传统的拉线定向法存在操作复杂、定向过程繁琐、定向准确度难以控制、定向准确度较差等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种钻机姿态测量仪，其结构简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好，能简便、快速对钻机的钻孔方位进行测量。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种钻机姿态测量仪，其特征在于：包括寻北仪和对寻北仪与待测钻机之间的水平夹角进行测量的方位调节仪；所述方位调节仪平放于寻北仪的第一外壳上，所述第一外壳呈水平布设且其上部设置有基准平台，所述基准平台的上表面呈水平布设且其为寻北仪和方位调节仪的基准面；所述方位调节仪平放于所述基准面上，且方位调节仪位于基准平台的正上方；所述方位调节仪包括第二外壳和布设在第二外壳内的第二电子线路板，所述第二电子线路板上设置有第二数据处理器、三轴陀螺仪、第二三轴加速度计以及分别与第二数据处理器相接的第二模数转换电路和第二供电电源，所述三轴陀螺仪和所述第二三轴加速度计均与第二模数转换电路相接，所述第二外壳的外侧壁上装有与第二数据处理器相接的第二参数设置单元。

上述一种钻机姿态测量仪，其特征是：所述三轴陀螺仪为MEMS陀螺仪，所述第二三轴加速度计为第二MEMS加速度计；所述第二外壳的外侧壁上装有与第二数据处理器相接的第二显示单元。

上述一种钻机姿态测量仪，其特征是：所述基准平台呈水平布设且其为圆形平台、圆环形平台、长方形平台或正多边形平台。

上述一种钻机姿态测量仪，其特征是：所述寻北仪包括布设在第一外壳内的第一电子线路板，所述第一电子线路板上设置有第一数据处理器、动力调谐陀螺仪、第一MEMS加速度计以及分别与第一数据处理器相接的第一模数转换电路和第一供电电源，所述动力调谐陀螺仪和第一MEMS加速度计均与第一模数转换电路相接，所述第一外壳的外侧壁上装有与第一数据处理器相接的第一显示单元，且第一外壳的外侧壁上装有用于输入当地纬度值的第一参数设置单元，所述第一参数设置单元与第一数据处理器相接。

上述一种钻机姿态测量仪，其特征是：所述第二外壳的外侧壁上还装有第二充电口和第二开关，所述第二充电口和第二开关均与第二供电电源相接；所述第一外壳的外侧壁上还装有第一充电口和第一开关，所述第一充电口和第一开关均与第一供电电源相接；所述第一充电口和第二充电口上均设置有防护盖。

同时，本发明还公开了一种方法步骤简单、设计合理、实现方便且使用效果好、能对钻机进行准确定向的钻机钻孔方位调节方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、静止寻北：通过寻北仪测量真方位角，所测得的真方位角为寻北仪的真方位角；

步骤二、钻孔方位调节：采用方位调节仪对寻北仪与待测钻机之间的水平夹角ΔΦ进行测量，并根据方位调节仪的测量结果，将所述待测钻机在水平面上进行逆时针或顺时针旋转，直至ΔΦ+Φ₁＝Φ₀；

其中，Φ₁为步骤一中所测得寻北仪的真方位角，Φ₀为预先确定的待测钻机的目标真方位角。

上述方法，其特征是：步骤二中钻孔方位调节过程中，所述寻北仪保持静止不动；

步骤二中采用方位调节仪对寻北仪与待测钻机之间的水平夹角ΔΦ进行测量时，过程如下：