[发明专利]一种随钻温度监测及高温自动闭锁系统与方法

权利要求书

1.一种随钻温度监测及高温自动闭锁系统的闭锁方法，闭锁系统包括与钻杆(12)一侧连接的探测钻头(1)，钻杆(12)另一侧通过密封连接头连通高压水尾(18)，其特征在于，钻杆(12)内部为中空结构的气水通道(7)，温度传感器(2)安装在探测钻头(1)一端的气水通道(7)中用来探测探测钻头(1)的温度，且通过贯穿钻杆(12)设置的测温线缆(11)与温度微处理器(17)连接，温度微处理器(17)安装在钻杆(12)的侧壁；在气水通道(7)的侧壁上安装有挡圈(6)，转动传感器(4)安装在挡圈(6)一侧的气水通道(7)中并通过贯穿钻杆(12)设置的控制线缆(8)与闭锁控制微处理器(16)连接，闭锁控制微处理器(16)安装在钻杆(12)的侧壁，闭锁杆(5)通过闭锁控制微处理器(16)控制前后移动，且闭锁杆(5)与挡圈(6)相适配；钻杆(12)设置为至少一个，多个钻杆之间通过钻杆母头(10)、钻杆公头(13)适配连接；

该闭锁系统的闭锁方法包括以下步骤：

①首先进行井下钻孔打钻前的准备工作，钻机(19)卡瓦夹持带有探测钻头(1)的钻杆(12)，将温度传感器(2)通过测温线缆(11)连接温度微处理器(17)，转动传感器(4)通过控制线缆(8)连接闭锁控制微处理器(16)，然后在钻杆(12)的尾部装上高压水尾(18)进行打钻开孔；

②在钻进过程中，温度传感器(2)通过测温线缆(11)传送探测钻头(1)的实时温度T到温度微处理器(17)，温度微处理器(17)将温度信号通过无线传输给闭锁控制微处理器(16)，闭锁控制微处理器(16)实时接收转动传感器(4)监测的钻杆转速n，闭锁控制微处理器(16)对接收到的实时温度T和钻杆转速n进行分析处理，并将处理结果通过提示音提醒钻机司机对钻机(19)进行转速调整；

③当需要延长钻杆(12)的长度时，只需将钻杆(12)退出钻孔，并在钻杆(12)的尾部依次连接钻杆，钻杆与钻杆之间通过相适配的钻杆母头(10)、钻杆公头(13)连接，测温线缆与测温线缆之间通过测温线缆插座母头(14)、测温线缆插座公头(23)连接，控制线缆与控制线缆之间通过控制线缆插座母头(9)、控制线缆插座公头(15)连接；

④重复步骤②和③，钻进至钻孔设计距离，然后将钻杆退出煤层，将设备规整以备用；

闭锁控制微处理器(16)对接收到的实时温度T和钻杆转速n进行分析处理，其分析处理方法为：将接收到探测钻头(1)的实时温度T设置为两个档位分别为T₁和T₂，500℃＞T₁＞0℃、T₂≥500℃；

①若探测钻头(1)的实时温度为T₁挡，即500℃＞T₁＞0℃，此时探测钻头(1)温度处于安全值之内，但是需要控制钻机(19)的转速，钻机转速与探测钻头(1)温度的关系为：

钻机功率P满足公式(1)

P＝Fv＝Frω (1)

式中：F为探测钻头切割煤体时的作用力；

v为探测钻头径向钻进速度；

r为探测钻头的半径；

ω为探测钻头钻进时的角速度；

探测钻头钻进时的角速度ω满足公式(2)

探测钻头钻进过程中产生的热量Q满足公式(3)

式中：F_j为探测钻头钻进过程的剪切力；

v_j为探测钻头钻进过程中的剪切速度；

U为探测钻头压入刃宽度；

Z为探测钻头剪切煤体厚度；

α为探测钻头刀片与煤体的夹角；

探测钻头(1)进过程中产生的热量Q转化为温度满足公式(4)

式中：β为产生热量转化为温度的比率取值为0～1；

c为煤体比热容；

ρ为煤体密度；

将公式(4)进行化简得到公式(5)

探测钻头(1)的实时温度T和钻杆转速n满足公式(6)

式中：μ为安全系数；

此时为了保证探测钻头(1)正常钻进温度不超过T₁档位区间，需要让钻头转速n满足公式如果探测钻头(1)钻进过程中闭锁控制微处理器(16)接收到来自转动传感器(4)的转速信号值闭锁控制微处理器(16)连续发出10s警报声提醒司机降低钻机转速n；如果钻机司机将钻机转速n降低至时，解除警报并发出提示音“可以钻进”提醒钻机司机正常钻进，如果钻机转速n仍然为闭锁控制微处理器(16)将闭锁指令通过控制线缆(8)传输给闭锁杆(5)，使闭锁杆(5)与挡圈(6)配合来堵塞气水通道(7)并持续发出警报声，直至钻机转速n降低至

②若探测钻头(1)的实时温度为T₂挡即T₂≥500℃，则探测钻头(1)的温度过高处于危险值容易引发钻孔火灾事故，此时闭锁控制微处理器(16)将闭锁指令通过控制线缆(8)传输给闭锁杆(5)，使闭锁杆(5)与挡圈(6)配合来堵塞气水通道(7)并持续发出警报声提醒钻机司机停钻，转动传感器(4)将钻机(19)停止转动信号传输给闭锁控制微处理器(16)，闭锁控制微处理器(16)控制闭锁杆(5)解除闭锁，使探测钻头(1)在停钻状态下降温，探测钻头(1)的实时温度降低至T100℃时，闭锁控制微处理器(16)发出提示音“可以钻进”提醒钻机司机正常钻进。