[发明专利]一种用于冲击钻进的钻孔数据智能测量系统及方法

说明书

本发明公开了一种用于冲击钻进的钻孔数据智能测量系统及方法，智能测量系统与钻机支架和重锤配合使用，重锤的后端连接有钢丝绳，钢丝绳穿过钻机支架顶端的导向滑轮后与钻机卷扬机连接；该测量系统包括移动钻孔数据管理平台以及测量装置，移动钻孔数据管理平台用于向测量装置发送冲击钻进的工作模式指令，并存储、显示及共享测量装置传回的钻孔数据；测量装置设置在导向滑轮处，包括压力传感器、声波接收传感器、单片机控制单元、无线通信单元、警示信号单元和供电单元。利用本发明，可以实现锤击及冲击钻探过程中钻孔数据智能自动实时测量及显示，并生成钻孔数据报告；提高钻孔数据测量的效率和精度，也同时提高钻探质量及效率。

技术领域

本发明属于岩土工程钻探领域，尤其是涉及一种用于冲击钻进的钻孔数据智能测量系统及方法。

背景技术

对于钻孔深度等钻孔数据的测量，无论是岩土工程钻探领域还是油气、煤矿资源钻探领域，均没有十分有效、可靠的方法。

在油气、煤矿资源钻探领域，钻孔主要采取回转转进方法，回转转进是借助钻杆带动钻具回转使钻头削磨岩土并使之破碎。回转转进中，主要是通过各种手段来测量钻孔内钻杆长度来间接测量孔深。主要有人工计算钻孔内钻杆长度获得钻孔深度、通过检测钻机推杆液压值来推算钻杆深度及孔深、基于光电编码器测量钻杆的位移得到钻孔深度数据、利用弹性波回波测距原理测量钻杆长度实现钻孔深度的测量等。

公开号为CN202510098U的中国专利文献公开了一种牙轮钻机孔深监控装置，它包括中央控制器、声波收发单元、声波反射件、计数单元、掉电存储单元、继电器和人机对话单元，所述的计数单元、人机对话单元、掉电存储单元和继电器分别与中央控制器连接，所述的声波反射件通过声波与声波收发单元连接，声波收发单元与计数单元连接。

在岩土工程钻探领域，钻孔所采用的钻进方法主要有冲击钻进和回转转进。冲击钻进方法分为锤击钻探和冲击钻探，两者均主要是借助钢丝绳起落重锤并靠重锤下落的冲击力来使钻头破碎岩土，钻进过程中两种钻探方式可以根据地层变化随时切换。现有工程钻探钻机均没有附带的钻孔深度自动测量装置，孔深的测量基本靠人工用米尺或是卷尺测量完成。该方法测量误差大、效率低、人为因素影响大，有时钻探工人为了工作量甚至会谎报、错报钻孔深度数据。而在钻探过程中，编录技术员需要掌握实时的钻孔深度来编录岩土资料、判断采取原状土样及进行原位测试的深度；钻机机长也需要根据地层岩性及地下水位的变化深度来调整钻探步骤、手段。

另一方面，锤击取原状土试样时需要监控取土器的实时贯入度，以免贯入太多对进入取土器衬管内的原状土样形成挤压或贯入太少而不能满足室内土工试验对土试样长度的要求；取土器贯入度应从孔底即最近一个钻探回次最终钻孔深度起算，实际情况是孔底会存在残留浮土，而浮土厚度不应计入取土器贯入度，以保证所采取的试样为原状未扰动土试样。目前的做法是人工在钢丝绳上做记号，观察钢丝绳上所做记号的贯入度来推测钻孔内取土器的贯入度；且无有效手段来测量残留浮土的厚度保证取土器已经下放至孔底。因此传统方法可靠性低、效率低且存在缺陷。

工程钻探领域的钻探设备普遍较为老旧，其结构构造近几十年基本上没有明显的改进。科学技术的不断发展将要求地质钻探设备应不断朝着自动化、智能化的方向发展。因此在工程钻探领域应该根据现有钻探设备及钻探方式的特点结合高新技术进行创新，使得钻孔数据的测量手段及方法更加自动、智能化。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种用于冲击钻进的钻孔数据智能测量系统，可以实现锤击及冲击钻探过程中钻孔深度等数据智能自动实时测量及显示，提高钻孔深度测量的效率和精度，也同时提高钻探质量及效率。

本发明的技术方案如下：