[发明专利]一种基于中心通缆的矿用钻杆及数据采集传输系统

说明书

本发明公开了一种基于中心通缆的矿用钻杆及数据采集传输系统，基于中心通缆的矿用钻杆，设置钻杆本体，沿轴向，钻杆本体内设置中心通缆；与所述的中心通缆电连接，在钻杆本体表面嵌设采集通信电路，采集通信电路上设置钻进状态模块、姿态测量模块和健康监测模块；所述的健康监测模块包括沿周向设置在钻杆本体表面上的多个健康监测传感阵列，每个健康监测传感阵列包括径向应变传感器和轴向应变传感器。通过本发明的钻杆，可以实现跳钻杆测量，在需要进行钻进调整时进行一次测量，测量结果将获得孔中每一根钻杆的轨迹测量数据，极大地提高了施工效率。

技术领域

本发明涉及煤矿井下钻具技术领域，特别是钻杆钻具技术领域，具体涉及一种基于中心通缆的矿用钻杆及数据采集传输系统。

背景技术

钻探工艺技术在预防与治理煤矿井下瓦斯、水的突出灾害得到了广泛的应用，钻杆作为煤矿井下钻探工艺中主要的钻具装备，目前其主要功能仅是钻头与钻机的连接推进装置及孔口水压与气压传动装置，测量功能并未得到有效开发。随着科学技术的不断发展，智能钻杆概念也逐步被人们提出。专利CN201610703133一种磁感应波智能钻杆测量系统及CN201610703120一种基于电容耦合的智能钻杆系统中所述的智能钻杆仅解决了数据通信方面问题，测量功能仍未进行开发。而我公司在专利“CN200710018252”中提出的一种中心通缆式高强度大通孔钻杆，通过内缆芯，在实现有缆供电的同时有效的完成了数据通信，该方法的可行性在实际工程应用中得到了充分验证。

然而，在实际应用中，传统的钻探施工方法也暴露出了一定的不足：第一，要保证轨迹测量的准确性与测量分辨率，需要对每一根钻杆位置进行姿态测量，测量过程需要进行停钻等待、连接测量装置等工序，该过程繁琐耗时，极大的占用了施工时间，影响施工效率；第二，目前钻孔深度的计量方式仍采用传统的人工数钻杆的方式，该方式不仅耗时，还时常会出现错报、误报，更有甚者为获取更多的进尺效益出现虚报、假报的现象，严重的影响了轨迹测量的准确性，造成了极大的安全隐患。第三，钻杆在钻探施工过程中属于损耗钻具，在长期使用过程中均有着不同程度的磨损，井下施工中时常会出现由于钻杆疲劳使用或过度使用造成的断裂现象，造成掉钻事故，给后期的开采施工留下了极大的安全隐患。

就上述问题，相关技术人员也展开了一定研究。施工效率问题，专利CN201510393078 钻杆式轨迹监测仪中提出针对通用钻杆内加装存储式姿态测量模块，姿态无需进行二次复测，在一定程度上提高了测量效率，但该方式为成孔后测量，实时性差，无法进行及时的轨迹调整，同时该发明未解决深度测量问题，且采用电池供电，施工时间受到了极大的限制。钻进深度问题，专利CN201210407172矿用钻孔深度监测装置、CN201410847131 钻杆钻孔深度测量装置及使用该测量装置的测量方法、CN201310568983轮式钻孔深度测量仪及钻孔深度测量方法及CN201810308728一种煤矿钻机钻杆深度测量装置等发明均是采用孔外测量方式，由于其测量位置的特殊性，无论采用位移传感器、磁性传感器、滚轮等方式都无法避免虚报、作假等现象的发生，无法保证测量的真实性；专利CN201811559045一种钻孔深度测量设备及方法、CN201410765946一种基于弹性波的钻孔深度检测系统及其检测方法、CN201810308728一种煤矿钻机钻杆深度测量装置、CN201110299147一种有线钻杆钻进过程中监测孔深的方法及CN201811373628一种快速测定煤层钻孔深度装置和方法等发明均采用的是孔内间接测量方法，无论采用压力、超声波、弹性波、电阻值等测量方法，由于钻杆材质不统一、钻杆耦合程度不一致、煤层密封性不同等因素的影响，都无法保证测量的准确性。钻杆健康监测问题，专利 CN201710069466一种水平定向钻钻杆疲劳损伤检测系统、CN201410378333钻杆监控方法和钻杆监控装置及CN201510988423-水平定向钻钻杆振动受力分析综合实验方法及实验装置等发明仅提出了针对单一钻杆的健康状况的检测方法及装置，并不适合随钻过程中多个钻杆同时测量的实际工程应用。

发明内容

本发明能适用于煤矿井下爆炸性气体环境中工作，提出了一种基于中心通缆的矿用钻杆及控制方法，通过对中心通缆钻杆的改造，扩展其测量功能。