[发明专利]煤矿井下有线陀螺随钻测量仪器及工控方法

说明书

本发明公开了一种煤矿井下有线陀螺测量仪器及工控方法，包括陀螺测量仪器外管以及安装在所述陀螺测量仪器外管内的陀螺测量探管；陀螺测量探管分为中空的通信段、测控段和陀螺测量段，通信段前端安装固定环，固定环与陀螺测量仪器外管连接；通信段和测控段通过绝缘连接头连接，测控段和陀螺测量段通过中间连接头连接，中间连接头上安装橡胶扶正器；陀螺测量段的后端设堵头；堵头上安装支撑环，支撑环与陀螺测量仪器外管相连；在通信段、测控段、陀螺测量段内设置通信组件、测控组件、陀螺测量组件；陀螺测量组件与测控组件、通信组件有线电连接。本发明的方位角测量不受外界磁干扰，无需设置无磁钻杆，实现钻孔全孔段轨迹测量，显著提高了时效性。

技术领域

本发明属于煤矿井下坑道钻探领域，具体涉及一种煤矿井下有线陀螺随钻测量仪器及工控方法。

背景技术

随钻测量仪器作为煤矿井下定向钻进技术装备的关键构成，通过随钻实时监测和控制钻孔轨迹，可使钻孔轨迹沿设计方向长距离延伸，实现空间范围内精准定向钻进，是煤矿井下瓦斯抽采、水害治理、隐蔽致灾因素探查和防灭火工程等领域关键装备保障。目前，煤矿井下成熟的随钻测量包括有线随钻测量、泥浆脉冲无线随钻测量和电磁波无线随钻测量。有线随钻测量依靠中心通缆钻杆形成的有线通道传输信号；泥浆脉冲无线随钻测量以压力脉冲为信号载体，通过钻柱内冲洗液通道传输无线泥浆脉冲信号；电磁波无线随钻测量以无线电磁波为信号载体，利用钻柱和煤系地层为通道传输无线电磁波信号。现有常用的三种随钻测量仪器测量钻孔倾角、方位角和螺杆钻具工具面向角等钻孔轨迹参数的原理相同，即：采用固联在探管管芯上的传感器组进行参数测量，传感器组由加速度传感器和磁传感器组成，加速度传感器用于钻孔倾角和螺杆钻具工具面向角的测量，磁传感器用于钻孔方位角的测量。其中，磁传感器可以测量地磁场在三个方向上的分量，通过公式计算获取地磁场正北方向和钻孔轨迹水平投影切线之间的夹角，即钻孔方位角。然而，现有随钻测量仪器受到磁传感器测量地磁场和外界磁性干扰的限制，在钻孔轨迹随钻测量过程中存下以下问题：

(1)方位角测量滞后，降低了钻孔轨迹测量的时效性。定向钻进过程中，随钻测量仪器两侧分别连接有螺杆钻具和钻杆，为了避免螺杆钻具和钻杆中铁磁性材料对磁传感器方位角测量的影响，需将随钻测量仪器安装在无磁外管内，同时两侧分别连接长度约3m无磁钻杆，以保证磁传感器测量的精度。随钻测量仪器和螺杆钻具之间无磁钻杆的使用增加了随钻测量仪器磁传感器到钻头的距离，加剧了方位角测量的滞后性，不利于钻孔轨迹随钻监测。

(2)方位角测量受外界磁干扰影响大，无法实现钻孔全孔段轨迹测量。钻孔开孔段一般需要下入钢制套管封固孔口，长度短则10m以内，长则达到数10m以上，受钢制套管铁磁性干扰，无法获取套管孔段准确的方位角数据；钻进过程中，如果局部孔段存在地磁异常时也会干扰方位角的测量，造成钻孔轨迹测量存在一定距离的盲区。因此，受孔口和孔中磁干扰的影响，无法实现钻孔全孔段轨迹测量。

(3)磁方位角和真方位角转化存在误差，降低了钻孔利用效果。钻孔设计和实钻轨迹导入到矿井采掘平面图前，需要利用磁偏角将磁方位角转换为真方位角，然而由于同一区域不同地点磁偏角可能存在一定的偏差，利用同一数值的磁偏角进行磁方位角和真方位角转换存在一定的误差，影响钻孔设计质量和钻孔利用效果。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合从事相关产业的经验和成果，针对现有测量仪器存在的钻孔轨迹测量时效性低、无法实现钻孔全孔段轨迹测量和钻孔利用效果差等问题，研究设计出一种煤矿井下有线陀螺随钻测量仪器及工控方法，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的是针对现有测量仪器存在的钻孔轨迹测量时效性低、无法实现钻孔全孔段轨迹测量和钻孔利用效果差等问题，提供一种煤矿井下有线陀螺随钻测量仪器及工控方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种煤矿井下有线陀螺测量仪器，包括陀螺测量仪器外管以及安装在所述陀螺测量仪器外管内的陀螺测量探管；