[发明专利]一种电阻率超前成像智能掘进钻头及掘进方法

说明书

本发明公开了一种电阻率超前成像智能掘进钻头及掘进方法，其中钻头包括：钻铤，其一端连接有钻头；信号接收装置，包括间隔设置于钻铤靠近钻头一端的第一信号接收装置及第二信号接收装置；探测针，设置于钻头前端中心，其内壁设置有多个纽扣电极，且其内部还设置有与多个纽扣电极连接的发射控制电路；伸缩装置，设置于钻头内，用于驱动探测针进行伸缩运动；中控装置，设置于钻铤远离钻头的一端，信号接收装置、发射控制电路、伸缩装置均与中控装置电连接。实现了探测装置和钻头为一体化，能够将探测针获取的岩体信息实时反馈到钻头的动态工作中，并且在钻头进行掘进工作的同时获取较高精度的开采岩体信息，实现了头的智能化作业和实时化响应。

技术领域

本发明涉及矿山开采掘进技术领域，尤其涉及一种电阻率超前成像智能掘进钻头及掘进方法。

背景技术

随着矿产资源开采深度的逐渐增加，开采的矿产种类越来越多，所面临的开采环境也越来越复杂。不同岩样在不同环境下的开采模式不同，不匹配的开采模式不仅会导致掘进速率下降，也可能导致开采部位周边的环境稳定性下降，加快钻头的磨损，影响矿产资源的安全、可持续开采。

目前，已有多种近钻电阻率测量装置，能够测量岩层的电阻率数据，电阻率是地层重要的物理性质，通过电阻率数据可以反演出待开采区域的岩体结构。

但是，目前多数随钻测量电阻率装置与钻头是相互独立的，反演出的岩体结构信息对于控制钻头的掘进工作具有一定的延迟，因此当需要更换掘进模式或者钻头角度时，钻头可能响应不及时。

发明内容

针对上述现有技术的不足之处，本发明提供了一种电阻率超前成像智能掘进钻头及掘进方法，可通过快速测量待开采区域的电阻率，反演出待开采区域的岩体结构，根据成像结果智能对掘进作业进行调整。

第一方面，提供了一种电阻率超前成像智能掘进钻头，包括：

钻铤，其一端连接有钻头；

信号接收装置，包括间隔设置于所述钻铤靠近所述钻头一端的第一信号接收装置及第二信号接收装置；

探测针，设置于所述钻头前端中心，其内壁设置有多个纽扣电极，且其内部还设置有与所述多个纽扣电极连接的发射控制电路；

伸缩装置，设置于所述钻头内，用于驱动所述探测针进行伸缩运动；

中控装置，设置于所述钻铤远离所述钻头的一端，所述信号接收装置、发射控制电路、伸缩装置均与所述中控装置电连接。

进一步地，所述钻铤位于所述中控装置与所述信号接收装置之间设置有绝缘保护层。绝缘保护层保证中控装置处于良好的工作环境，不会受到外界异常电流的影响。

进一步地，所述中控装置还用于根据所述信号接收装置采集的数据进行钻头前方及周围的岩体的电阻率成像，并根据电阻率成像结果选择掘进模式，以及设置预掘进距离及预掘进路线。

进一步地，还包括与所述中控装置电连接的通信模块，用于与地表调度系统相互通信。

进一步地，所述第一信号接收装置及第二信号接收装置均包括依次连接的电流放大器、数据采集器、AD转换器、滤波器及计算处理器。

进一步地，所述多个纽扣电极按环形均匀布置于所述探测针内壁上。能够向各个方向发射电流，确保能够反演钻头前方以及周围精确、完整的岩体结构。

进一步地，所述发射控制电路用于接收所述中控装置的指令依次产生两种不同频段的电流。一种频段主要用于钻头前方岩体结构的电阻率成像，另一种频段主要用于钻头周围岩体结构的电阻率成像。

第二方面，提供了一种基于如上所述的电阻率超前成像智能掘进钻头实现的掘进方法，包括：

S1：根据开采方案确定钻头初始掘进位置和倾角并据此调整钻头位置；