[发明专利]一种井下小型超前定向探放水装置及方法

摘要

本发明公开了一种井下小型超前定向探放水装置及方法，它通过现场钻孔轨迹控制主机、钻机、钻杆、探测钻杆、螺杆马达、钻头和泥浆泵对巷道前方围岩进行超前定向探放水；现场钻孔轨迹控制主机根据预设的定向超前探放水钻孔的轨迹路线进行钻孔；并接收探测钻杆自动测试的钻孔三维姿态数据，同时计算出钻孔实际轨迹，并将该钻孔实际轨迹与设计轨迹数据进行对比，根据钻孔实际偏差值计算出调整螺杆马达弯曲面的面向角值，使钻孔钻进轨迹向钻孔设计轨迹修正，并最终使实际钻孔轨迹到达设计目标。本发明可对掘进巷道或隧道迎头及工作面进行可控的定向钻孔探测并进行放水，确保巷道掘进前方及巷道周围一定距离范围内没有富水体，保障巷道掘进安全。

主权项

一种利用井下小型超前定向探放水装置进行井下超前定向探放水的方法，所述井下小型超前定向探放水装置包括现场钻孔轨迹控制主机(7)、钻机(2.1)、设置在钻机(2.1)上的钻杆(2.2)、一端与钻杆(2.2)螺纹连接的探测钻杆(8)、通过螺杆马达(9)安装在探测钻杆(8)另一端的钻头(2.3)、与钻头(2.3)配合的泥浆泵(2.4)，其中，所述探测钻杆(8)的探测数据通信端连接现场钻孔轨迹控制主机(7)的探测数据通信端，所述现场钻孔轨迹控制主机(7)的钻机控制信号输出端连接钻机(2.1)的控制端，现场钻孔轨迹控制主机(7)的螺杆马达控制信号输出端连接螺杆马达(9)的控制端，其特征在于，利用井下小型超前定向探放水装置进行井下超前定向探放水的方法，包括如下步骤：步骤1：将钻机(2.1)设置在巷道(5)掘进工作面后方侧壁的洞中作为钻场(1)；步骤2：现场钻孔轨迹控制主机(7)根据预设的超前定向探放水钻孔(3)钻孔轨迹，通过控制钻机(2.1)和螺杆马达(9)来操作钻杆(2.2)、探测钻杆(8)和钻头(2.3)，并配合泥浆泵(2.4)对巷道(5)前方围岩(6)进行钻孔(3)钻进；步骤3：在对巷道(5)前方围岩(6)进行钻孔(3)钻进的过程中，现场钻孔轨迹控制主机(7)向探测钻杆(8)发射弹性波控制信号，探测钻杆(8)接收到上述弹性波控制信号后，控制探测钻杆(8)内部的三维罗盘(8.7)工作，三维罗盘(8.7)自动测试巷道(5)前方围岩(6)钻进过程的实时三维姿态数据，探测钻杆(8)将得到的上述实时三维姿态数据以弹性波信号的方式传输给现场钻孔轨迹控制主机(7)，现场钻孔轨迹控制主机(7)根据上述实时三维姿态数据并依据现有定向钻孔轨迹计算方式，计算出巷道(5)前方围岩(6)钻进过程的实时钻孔轨迹；步骤4：现场钻孔轨迹控制主机(7)将上述实时钻孔轨迹与预设的超前定向探放水钻孔(3)钻孔轨迹进行数据比对，计算出钻孔实际偏差值，现场钻孔轨迹控制主机(7)根据该钻孔实际偏差值来调整螺杆马达(9)弯曲面的面向角值，使钻孔(3)钻进轨迹向钻孔设计轨迹修正，并最终使实际钻孔(3)轨迹到达设计目标轨迹，实现钻孔超前探放水处理，探测前方围岩(6)是否存在富水体、有害地质构造或导水通道，若有水则通过钻孔(3)进行放水；步骤3中，所述现场钻孔轨迹控制主机(7)的控制器(7.1)通过第一弹性波信号发射器驱动模块(7.2)控制第一弹性波信号发射器(7.3)向外发送弹性波控制信号，弹性波控制信号经过钻杆(2.2)传播后由第二弹性波信号接收器(8.4)接收，第二弹性波信号处理模块(8.5)将接收到的弹性波控制信号进行滤波、放大和模数转换处理，并将处理后的弹性波控制信号传送给探测钻杆(8)的单片机(8.6)，单片机(8.6)接收到弹性波控制信号后，控制探测钻杆(8)的三维罗盘(8.7)工作；三维罗盘(8.7)测得上述实时三维姿态数据后，传输给单片机(8.6)，单片机(8.6)通过第二弹性波信号发射器驱动模块(8.3)控制第二弹性波信号发射器(8.2)向外发送三维姿态弹性波信号，三维姿态弹性波信号经过钻杆(2.2)传播后由第一弹性波信号接收器(7.4)接收，第一弹性波信号处理模块(7.5)将接收到的三维姿态弹性波信号进行滤波、放大和模数转换处理，并将处理后的三维姿态弹性波信号传送给现场钻孔轨迹控制主机(7)的控制器(7.1)，控制器(7.1)根据上述实时三维姿态数据并依据现有定向钻孔轨迹计算方式，计算出巷道(5)前方围岩(6)钻进过程的实时钻孔轨迹；所述现场钻孔轨迹控制主机(7)的控制器(7.1)根据该钻孔实际偏差值来调整螺杆马达(9)弯曲面的面向角值。