專利名稱：一種煤礦井下防爆型電磁波無(wú)線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，尤其是涉及一種煤礦井下防爆型電磁波無(wú)線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)及其使用方法。
背景技術(shù)：
煤礦井下鉆探施工是我國(guó)鉆探技術(shù)領(lǐng)域的重要組成部分，是煤礦井下瓦斯災(zāi)害、底板突水與沖擊礦壓等礦山建設(shè)與生產(chǎn)過(guò)程中安全災(zāi)害的重要防治措施。煤礦井下鉆探施工初期以回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)和穩(wěn)定組合鉆具定向鉆進(jìn)為主，可以輔以單點(diǎn)測(cè)斜儀或多點(diǎn)測(cè)斜儀對(duì)鉆孔進(jìn)行復(fù)測(cè)，從而在鉆孔完成后對(duì)鉆孔軌跡進(jìn)行掌握，但是由于需要專門購(gòu)置測(cè)斜儀器，目前大部分常規(guī)鉆孔未進(jìn)行鉆孔軌跡復(fù)測(cè)。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，隨著鉆進(jìn)工具、鉆孔彎曲測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，特別是微電子學(xué)、微型計(jì)算機(jī)和航空航天技術(shù)的引用，煤礦井下鉆探技術(shù)得到了迅速發(fā)展，研制開發(fā)出了孔底馬達(dá)隨鉆測(cè)量定向鉆進(jìn)技術(shù)，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)鉆孔軌跡的實(shí)時(shí)測(cè)量和控制。隨鉆測(cè)量系統(tǒng)是孔底馬達(dá)隨鉆測(cè)量定向鉆進(jìn)技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。目前煤礦井下以有線隨鉆測(cè)量方式為主，通過(guò)特制的中心通纜式鉆桿作為信號(hào)傳輸通道，實(shí)現(xiàn)了雙向通訊和信息實(shí)時(shí)上傳。但隨著煤礦井下定向鉆進(jìn)技術(shù)的推廣，現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足逐漸暴露出來(lái)，有線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)信號(hào)長(zhǎng)距離傳輸可靠性差、傳輸距離受到限制，此外對(duì)鉆桿等鉆具要求較高。隨鉆測(cè)量系統(tǒng)按信息傳輸介質(zhì)的不同可分為有線式隨鉆測(cè)量和無(wú)線式隨鉆測(cè)量。無(wú)線傳輸技術(shù)是解決以上問(wèn)題的好辦法，該技術(shù)目前在石油鉆探領(lǐng)域應(yīng)用較多，且主要采用泥漿脈沖作為信號(hào)傳輸方式，相應(yīng)技術(shù)比較成熟。但是由于具有高濕度、大粉塵和瓦斯爆炸性氣體的煤礦井下，施工條件和環(huán)境相對(duì)較差，對(duì)儀器的電氣性能、防爆性能要求更高，施工工藝與鉆探參數(shù)與石油鉆井差別較大，不能直接將地面石油鉆探領(lǐng)域使用的隨鉆測(cè)量系統(tǒng)直接引用到煤礦井下鉆探施工中來(lái)，需要結(jié)合煤礦井下鉆探的特點(diǎn)，研制出相應(yīng)的無(wú)線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)。但是在煤礦井下，隨鉆測(cè)量定向鉆進(jìn)技術(shù)仍處于發(fā)展階段，具有防爆特性的電磁波無(wú)線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的使用，還未見(jiàn)明確報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有有線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)存在的不足及鉆孔軌跡復(fù)測(cè)的需要，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，對(duì)鉆桿等鉆具要求較小，功能齊全，既適合煤礦井下鉆探工藝，又滿足鉆孔軌跡復(fù)測(cè)要求，且整個(gè)系統(tǒng)采用防爆設(shè)計(jì)，能夠在煤礦井下爆炸性氣體環(huán)境下進(jìn)行工作的煤礦井下防爆型 電磁波無(wú)線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)及其使用方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):一種煤礦井下防爆型電磁波無(wú)線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:由孔內(nèi)儀器和孔口儀器組成，所有儀器均為防爆器件，所述孔內(nèi)儀器包括測(cè)量短節(jié)、發(fā)控短節(jié)和充電電池筒；所述孔口儀器包括接收天線和防爆計(jì)算機(jī)。其中，充電電池筒位于測(cè)量短節(jié)與發(fā)控短節(jié)之間，發(fā)控短節(jié)與接收天線無(wú)線連接，接收天線與防爆計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接?？變?nèi)儀器主要功能為實(shí)時(shí)測(cè)量鉆孔孔內(nèi)工程參數(shù)并以無(wú)線電磁波方式將測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)射至孔口 ；孔口儀器主要功能為對(duì)下入鉆孔前的孔內(nèi)儀器進(jìn)行設(shè)置，接收電磁波無(wú)線信號(hào)并進(jìn)行處理、顯示和管理。其中，所述測(cè)量短節(jié)結(jié)構(gòu)上由定位頭、下絕緣環(huán)、測(cè)量電路倉(cāng)和連接頭依次連接組成，定位頭用于與絕緣短節(jié)以下無(wú)磁外管連接固定；連接頭用于與充電電池筒連接，下絕緣環(huán)位于定位頭和測(cè)量電路倉(cāng)之間，長(zhǎng)度不限，用于將儀器本體與定位頭隔開。所述測(cè)量短節(jié)用于檢測(cè)孔內(nèi)工程參數(shù)，即傾角、方位角、工具面向角、磁場(chǎng)強(qiáng)度、電壓和溫度等；作為電磁波信號(hào)發(fā)射的一個(gè)電極，該電極將信號(hào)通過(guò)絕緣短節(jié)下部鉆桿柱傳遞給煤系地層并上傳至孔口。其中，所述發(fā)控短節(jié)電氣上由CPU控制器、壓力檢測(cè)單元、壓力傳感器、驅(qū)動(dòng)單元、發(fā)射單元、發(fā)射限流單元、存儲(chǔ)單元、隔離單元和電池監(jiān)測(cè)單元等組成，所述的CPU控制器分別與壓力檢測(cè)單元、驅(qū)動(dòng)單元、發(fā)射限流單元、存儲(chǔ)單元、隔離單元和電池監(jiān)測(cè)單元連接；所述的壓力傳感器與壓力檢測(cè)單元連接，所述的發(fā)射單元分別與驅(qū)動(dòng)單元和發(fā)射限流單元連接。結(jié)構(gòu)上由連接頭、發(fā)控電路倉(cāng)、上絕緣環(huán)、壓力傳感器倉(cāng)和固定組件依次連接組成，連接頭和固定組件分別位于兩端，連接頭用于與充電電池筒連接，固定組件用于將儀器與絕緣短節(jié)以上無(wú)磁外管連接固定，發(fā)控電路倉(cāng)用于安裝發(fā)控電路板，壓力傳感器倉(cāng)用于安裝壓力傳感器，上絕緣環(huán)用于將發(fā)控電路倉(cāng)與壓力傳感器倉(cāng)隔開，長(zhǎng)度大于10cm，從而使壓力傳感器倉(cāng)和固定組件作為電磁波信號(hào)發(fā)射的一個(gè)電極，儀器使用時(shí)，絕緣環(huán)應(yīng)和外管絕緣短節(jié)徑向位置相同。所述發(fā)控短節(jié)用于控制所有孔內(nèi)儀器的工作狀態(tài)，根據(jù)測(cè)量需要控制測(cè)量短節(jié)和防爆壓力傳感器啟停；在接收到測(cè)量短節(jié)檢測(cè)的孔內(nèi)工程參數(shù)后，按預(yù)定的編碼規(guī)則將數(shù)據(jù)調(diào)制成電流信號(hào)并通過(guò)儀器兩端發(fā)射到鉆桿柱和煤系地層；作為電磁波信號(hào)發(fā)射的一個(gè)電極，該電極將信號(hào)通過(guò)絕緣短節(jié)上部鉆桿柱上傳至孔口鉆探裝備；其中，所述充電電池 筒由兩組鎳氫可充電電池組和各自的保護(hù)電路組成，兩端分別與測(cè)量短節(jié)和發(fā)控短節(jié)連接，用于為測(cè)量短節(jié)和發(fā)控短節(jié)單獨(dú)供電。兩組電池組容量、電壓和工作電流均不相同，可集中進(jìn)行充電。其中，所述接收天線由兩根銅棒組成，其中一根與孔口鉆探裝備連接，另一根插入在離孔口一定距離的煤系地層中，分別用于接收孔內(nèi)儀器通過(guò)鉆桿柱和煤系地層發(fā)射至孔口的電磁波無(wú)線信號(hào)。其中，所述防爆計(jì)算機(jī)通過(guò)安裝在其內(nèi)的信號(hào)采集電路板采集接收天線傳遞來(lái)的電磁波無(wú)線信號(hào)，采用放大、濾波和解碼等方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理后，將解調(diào)后的孔內(nèi)工程參數(shù)按照通訊協(xié)議發(fā)送給數(shù)據(jù)處理軟件，進(jìn)行計(jì)算、顯示、繪圖和管理。其中，所述煤礦井下防爆型電磁波無(wú)線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)具有連續(xù)工作和間歇工作兩種工作模式，當(dāng)用于鉆孔軌跡復(fù)測(cè)時(shí)，可采用連續(xù)工作模式時(shí)；當(dāng)用于煤礦井下鉆探施工時(shí)隨鉆測(cè)量時(shí)，可采用間歇工作模式；當(dāng)先進(jìn)行鉆孔軌跡復(fù)測(cè)，然后進(jìn)行鉆探施工時(shí)隨鉆測(cè)量時(shí)，可混合使用兩種工作模式。本發(fā)明同時(shí)公開了一種煤礦井下防爆型電磁波無(wú)線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的使用方法，其工作步驟包括:步驟一，每次孔內(nèi)儀器下入鉆孔之前，連接防爆計(jì)算機(jī)對(duì)儀器延遲開啟時(shí)間和工作模式切換時(shí)間等進(jìn)行設(shè)置；步驟二，孔內(nèi)儀器下入孔內(nèi)時(shí)先處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)達(dá)到設(shè)置的延遲開啟時(shí)間后進(jìn)入連續(xù)工作狀態(tài):由發(fā)控短節(jié)啟動(dòng)測(cè)量短節(jié)進(jìn)行連續(xù)孔內(nèi)工程參數(shù)測(cè)量，壓力傳感器不開啟；測(cè)量短節(jié)將檢測(cè)到的參數(shù)發(fā)送給發(fā)控短節(jié)，發(fā)控短節(jié)按預(yù)先設(shè)定的編碼規(guī)則將接收到的數(shù)據(jù)由儀器兩端通過(guò)絕緣短節(jié)上部鉆桿柱和絕緣短節(jié)下部鉆桿柱以電磁波無(wú)線方式連續(xù)發(fā)射出去；安裝在孔口附近煤系地層中及孔口鉆探裝備上的接收天線采集上傳的電磁波信號(hào)并通過(guò)有線方式傳遞給防爆計(jì)算機(jī)中的信號(hào)采集板，信號(hào)采集板按預(yù)先設(shè)定的編碼規(guī)則對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，得出正確的孔內(nèi)工程參數(shù)數(shù)據(jù)后，通過(guò)防爆計(jì)算機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)處理軟件在屏幕上進(jìn)行顯示；步驟三，當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)間達(dá)到設(shè)置的工作模式切換時(shí)間時(shí)，關(guān)閉測(cè)量短節(jié)數(shù)據(jù)測(cè)量，停止發(fā)控短節(jié)無(wú)線發(fā)射，打開壓力傳感器，進(jìn)入間歇工作模式工作；步驟四，壓力傳感器連續(xù)檢測(cè)泵壓信號(hào)并傳遞給發(fā)控短節(jié)，發(fā)控短節(jié)根據(jù)泵壓信號(hào)判斷泥漿泵工作狀態(tài)，并控制測(cè)量短節(jié)實(shí)時(shí)采集鉆孔孔內(nèi)工程參數(shù)；測(cè)量短節(jié)將檢測(cè)到的參數(shù)發(fā)送給發(fā)控短節(jié)，發(fā)控短節(jié)按預(yù)先設(shè)定的編碼規(guī)則將接收到的數(shù)據(jù)由儀器兩端通過(guò)絕緣短節(jié)上部鉆桿柱和絕緣短節(jié)下部鉆桿柱以電磁波無(wú)線方式連續(xù)發(fā)射出去；安裝在孔口煤系地層中及孔口鉆探裝備上的接收天線采集上傳的電磁波信號(hào)并通過(guò)有線方式傳遞給防爆計(jì)算機(jī)中的信號(hào)采集板，信號(hào)采集板按預(yù) 先設(shè)定的編碼規(guī)則對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，得出正確的孔內(nèi)工程參數(shù)數(shù)據(jù)后，通過(guò)防爆計(jì)算機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)處理軟件在屏幕上進(jìn)行顯示；發(fā)射次數(shù)達(dá)到設(shè)定次數(shù)值后測(cè)量短節(jié)停止工作，發(fā)控短節(jié)停止發(fā)射，壓力傳感器繼續(xù)連續(xù)檢測(cè)泵壓情況，等待下一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)射命令。其中，孔內(nèi)儀器處于連續(xù)工作狀態(tài)時(shí)，測(cè)量短節(jié)連續(xù)測(cè)量孔內(nèi)工程參數(shù)，發(fā)控短節(jié)連續(xù)發(fā)射數(shù)據(jù)，壓力傳感器不開啟；孔內(nèi)儀器處于連續(xù)工作狀態(tài)時(shí)，壓力傳感器一直工作，發(fā)控短節(jié)和測(cè)量短節(jié)間歇工作。連續(xù)工作模式開始時(shí)間和持續(xù)時(shí)間，可根據(jù)鉆孔軌跡復(fù)測(cè)需要確定；當(dāng)設(shè)置的延遲開啟時(shí)間等于工作模式切換時(shí)間時(shí)，相當(dāng)于直接進(jìn)入間歇工作模式；當(dāng)設(shè)置的延遲開啟時(shí)間略小于工作模式切換時(shí)間時(shí)，可用該時(shí)間進(jìn)行孔口工具面校正或鉆孔開新孔操作；當(dāng)時(shí)間達(dá)到工作模式切換時(shí)間時(shí)，儀器進(jìn)行狀態(tài)切換，進(jìn)入間歇工作模式。有益效果本發(fā)明的煤礦井下防爆型電磁波無(wú)線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，對(duì)鉆桿等鉆具要求較小，功能齊全，既適合煤礦井下鉆探工藝，又滿足鉆孔軌跡復(fù)測(cè)要求，且整個(gè)系統(tǒng)采用防爆設(shè)計(jì)，能夠在煤礦井下爆炸性氣體環(huán)境下進(jìn)行工作。


圖1為本發(fā)明的防爆型電磁波無(wú)線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2為測(cè)量短節(jié)的結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖3為發(fā)控短節(jié)的電氣原理示意圖；圖4為發(fā)控短節(jié)的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
其中，I為測(cè)量短節(jié)；2為充電電池筒；3為發(fā)控短節(jié)；4為接收天線；5為防爆計(jì)算機(jī)；6為定位頭；7為下絕緣環(huán)；8為測(cè)量電路倉(cāng)；9為連接頭；10為CPU控制器；11為壓力檢測(cè)單元；12為壓力傳感器；13為驅(qū)動(dòng)單元；14為發(fā)射單元；15為發(fā)射限流單元；16為存儲(chǔ)單元；17為隔離單元；18為電池監(jiān)測(cè)單元；19為連接頭；20為發(fā)控電路倉(cāng)；21為上絕緣環(huán)；22為壓力傳感器倉(cāng)；23為固定組件。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例:參見(jiàn)圖1，本發(fā)明由測(cè)量短節(jié)1、充電電池筒2、發(fā)控短節(jié)3、接收天線4、防爆計(jì)算機(jī)5組成，全部采用防爆設(shè)計(jì)，可應(yīng)用于煤礦井下爆炸性氣體環(huán)境中。孔內(nèi)儀器(測(cè)量短節(jié)1、充電電池筒2和發(fā)控短節(jié)3)下入鉆孔前進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；下入鉆孔后先處于關(guān)閉狀態(tài)，然后根據(jù)設(shè)置情況進(jìn)入連續(xù)工作模式，該模式主要用于鉆孔軌跡復(fù)測(cè):發(fā)控短節(jié)3控制測(cè)量短節(jié)I測(cè)量孔內(nèi)工程參數(shù)，發(fā)控短節(jié)3讀取孔內(nèi)工程參數(shù)數(shù)據(jù)并以無(wú)線電磁波方式進(jìn)行發(fā)射，壓力傳感器12不開啟，此過(guò)程循環(huán)進(jìn)行至達(dá)到設(shè)定的連續(xù)工作時(shí)間為止；當(dāng)儀器連續(xù)工作時(shí)間達(dá)到設(shè)定值后，進(jìn)入間歇工作模式，該模式主要用于鉆探施工時(shí)隨鉆測(cè)量:壓力傳感器12 —直工作，發(fā)控短節(jié)3根據(jù)壓力傳感器12檢測(cè)的泵壓情況判斷泥漿泵工作狀態(tài)，開啟測(cè)量短節(jié)I測(cè)量孔內(nèi)工程參數(shù)，并進(jìn)行電磁波發(fā)射孔內(nèi)工程參數(shù)數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)射次數(shù)達(dá)到設(shè)定`次數(shù)時(shí)，停止測(cè)量短節(jié)I數(shù)據(jù)測(cè)量和發(fā)控短節(jié)3數(shù)據(jù)發(fā)射，壓力傳感器繼續(xù)連續(xù)檢測(cè)泵壓情況，等待下一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)射命令。連續(xù)工作模式和間歇工作模式無(wú)線電磁波發(fā)射時(shí)，發(fā)控短節(jié)3按預(yù)先設(shè)定的編碼規(guī)則將接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)與上部鉆桿連接的儀器端和與下部鉆桿連接的儀器端以電磁波無(wú)線方式發(fā)射出去；安裝在孔口煤系地層中及孔口鉆探裝備上的接收天線采集上傳的電磁波信號(hào)并通過(guò)有線方式傳遞給防爆計(jì)算機(jī)中的信號(hào)采集板，信號(hào)采集板按預(yù)先設(shè)定的編碼規(guī)則對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，得出正確的孔內(nèi)工程參數(shù)數(shù)據(jù)后，通過(guò)防爆計(jì)算機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)處理軟件在屏幕上進(jìn)行顯示。參見(jiàn)圖2，測(cè)量短節(jié)采用無(wú)磁銅或無(wú)磁不銹鋼材料為外殼，結(jié)構(gòu)上由定位頭6、下絕緣環(huán)7、測(cè)量電路倉(cāng)8和連接頭9依次連接組成，定位頭6用于與絕緣短節(jié)以下無(wú)磁外管連接固定，連接頭9用于與充電電池筒3連接，下絕緣環(huán)7位于定位頭6和測(cè)量電路倉(cāng)8之間，長(zhǎng)度不限，用于將儀器主體與定位頭隔開，從而使定位頭作為電磁波信號(hào)發(fā)射的一個(gè)電極。數(shù)據(jù)發(fā)射時(shí)，發(fā)控短節(jié)3上的發(fā)射信號(hào)由測(cè)量短節(jié)I和充電電池筒2中預(yù)設(shè)的電纜線到達(dá)定位頭后通過(guò)絕緣短節(jié)以下無(wú)磁外管和鉆桿柱發(fā)射至煤系地層中，并上傳至孔口。參見(jiàn)圖3，發(fā)控短節(jié)3采用防爆設(shè)計(jì)，電氣上由CPU控制器10、壓力檢測(cè)單元11、壓力傳感器12、驅(qū)動(dòng)單元13、發(fā)射單元14、發(fā)射限流單元15、存儲(chǔ)單元16、隔離單元17和電池監(jiān)測(cè)單元18等組成。發(fā)控短節(jié)3通過(guò)壓力傳感器12檢測(cè)鉆桿內(nèi)環(huán)空間中泥漿壓力脈動(dòng)情況，由壓力檢測(cè)單元11采集壓力傳感器信號(hào)并傳遞給CPU控制器10判斷出泥漿泵的工作狀態(tài)；然后根據(jù)泥漿泵工作狀態(tài)通過(guò)隔離單元17控制測(cè)量短節(jié)I進(jìn)行參數(shù)測(cè)量和數(shù)據(jù)交換；接收到測(cè)量探管發(fā)送的孔內(nèi)工程參數(shù)數(shù)據(jù)后，控制驅(qū)動(dòng)單元13和發(fā)射單元14以電磁波方式將數(shù)據(jù)發(fā)射出去，數(shù)據(jù)無(wú)線發(fā)射時(shí)，發(fā)射限流單元15監(jiān)控發(fā)射電流使其不超過(guò)煤安要求。存儲(chǔ)單元16用于存儲(chǔ)儀器設(shè)置信息和測(cè)量短節(jié)發(fā)送過(guò)來(lái)的鉆孔孔內(nèi)工程參數(shù)等；電池監(jiān)測(cè)單元18用于監(jiān)測(cè)充電電池筒的電量，以了解儀器工作狀態(tài)。參見(jiàn)圖4，發(fā)控短節(jié)3結(jié)構(gòu)上由連接頭19、發(fā)控電路倉(cāng)20、上絕緣環(huán)21、壓力傳感器倉(cāng)22和固定組件23依次連接組成，連接頭19和固定組件23分別位于兩端，連接頭19用于與充電電池筒2連接，固定組件23用于將儀器與無(wú)磁外管連接固定；發(fā)控電路倉(cāng)20用于安裝發(fā)控電路板；壓力傳感器倉(cāng)22用于安裝壓力傳感器；上絕緣環(huán)21用于將儀器主體與壓力傳感器倉(cāng)22隔開，長(zhǎng)度大于10cm，從而使壓力傳感器倉(cāng)22和固定組件23作為電磁波信號(hào)發(fā)射的一個(gè)電極，儀器使用時(shí)，絕緣環(huán)21應(yīng)和外管絕緣短節(jié)徑向位置相同。盡管本文較多地使用了測(cè)量短節(jié)1、充電電池筒2、發(fā)控短節(jié)3、接收天線4、防爆計(jì)算機(jī)5、定位頭6，下絕緣環(huán)7、測(cè)量電路倉(cāng)8、連接頭9、CPU控制器10、壓力檢測(cè)單元11、壓力傳感器12、驅(qū)動(dòng)單元13、發(fā)射單元14、發(fā)射限流單元15、存儲(chǔ)單元16、隔離單元17、電池監(jiān)測(cè)單元18、連接頭19、發(fā)控電路倉(cāng)20、上絕緣環(huán)21、壓力傳感器倉(cāng)22、固定組件23等術(shù)語(yǔ)，但并不排除使用其它術(shù)語(yǔ)的可能性。使用這些術(shù)語(yǔ)僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。最后應(yīng)說(shuō)明的是:顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易 見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種煤礦井下防爆型電磁波無(wú)線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:由孔內(nèi)儀器和孔口儀器組成，所有儀器均為防爆器件，所述孔內(nèi)儀器包括測(cè)量短節(jié)(I)、發(fā)控短節(jié)(3)和充電電池筒(2)，所述孔口儀器包括接收天線(4)和防爆計(jì)算機(jī)(5);其中，充電電池筒(2)位于測(cè)量短節(jié)(I)與發(fā)控短節(jié)(3)之間，發(fā)控短節(jié)(3)與接收天線(4)無(wú)線連接，接收天線(4)與防爆計(jì)算機(jī)(5)進(jìn)行連接。
2.如權(quán)利要求1所述的煤礦井下防爆型電磁波無(wú)線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的測(cè)量短節(jié)(I)由定位頭(6)、下絕緣環(huán)(7)、測(cè)量電路倉(cāng)(8)和連接頭(9)依次連接組成，定位頭(6)用于與絕緣短節(jié)以下無(wú)磁外管連接固定，并作為電磁波信號(hào)發(fā)射的一個(gè)電極；連接頭(9)用于與充電電池筒(3)連接；下絕緣環(huán)(7)位于定位頭(6)和測(cè)量電路倉(cāng)(8)之間，長(zhǎng)度不限，用于將儀器本體與定位頭隔開。
3.如權(quán)利要求1所述的煤礦井下防爆型電磁波無(wú)線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的發(fā)控短節(jié)(3)由CPU控制器(10)、壓力檢測(cè)單元(11)、壓力傳感器(12)、驅(qū)動(dòng)單元(13)、發(fā)射單元(14)、發(fā)射限流單元(15)、存儲(chǔ)單元(16)、隔離單元(17)和電池監(jiān)測(cè)單元(18)組成，所述的CPU控制器(10)分別與壓力檢測(cè)單元(11)、驅(qū)動(dòng)單元(13)、發(fā)射限流單元(15)、存儲(chǔ)單元(16)、隔離單元(17)和電池監(jiān)測(cè)單元(18)連接；所述的壓力傳感器(12)與壓力檢測(cè)單元(11)連接，所述的發(fā)射單元(14)分別與驅(qū)動(dòng)單元(13)和發(fā)射限流單元(15)連接；結(jié)構(gòu)上由連接頭(19)、發(fā)控電路倉(cāng)(20)、上絕緣環(huán)(21)、壓力傳感器倉(cāng)(22)和固定組件(23)依次連接組成，連接頭(19)和固定組件(23)分別位于兩端，連接頭(19)用于與充電電池筒(2)連接，固定組件(23)用于將儀器與絕緣短節(jié)以上無(wú)磁外管連接固定，發(fā)控電路倉(cāng)(20)用于安裝發(fā)控電路板，壓力傳感器倉(cāng)(22)用于安裝壓力傳感器(12)，上絕緣環(huán)(21)用于將發(fā)控電路倉(cāng)(20)與壓力傳感器倉(cāng)(22)隔開，長(zhǎng)度大于10cm，從而使壓力傳感器倉(cāng)(22)和固定組件(23)作為電磁波信號(hào)發(fā)射的一個(gè)電極；儀器使用時(shí)，上絕緣環(huán)(21)應(yīng)和外管絕緣短節(jié)徑向位置相同。
4.如權(quán)利要求1所述的煤礦井下防爆型電磁波無(wú)線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述充電電池筒(2)由兩組鎳氫可充電電池組和各自的保護(hù)電路組成，兩端分別與測(cè)量短節(jié)(I)和發(fā)控短節(jié)(3 )連接，兩組電池組容量、電壓和工作電流均不相同，可集中進(jìn)行充電。
5.如權(quán)利要求1所述的煤礦井下防爆型電磁波無(wú)線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述接收天線(4)由兩根銅棒組成，其中一根與孔口鉆探裝備連接，另一根插入在離孔口一定距離的煤系地層中。
6.如權(quán)利要求1所述的煤礦井下防爆型電磁波無(wú)線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)具有連續(xù)工作和間歇工作兩種工作模式。
7.權(quán)利要求1所述煤礦井下防爆型電磁波無(wú)線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的使用方法，其特征在于:工作步驟包括， 步驟一，每次孔內(nèi)儀器下入鉆孔之前，連接防爆計(jì)算機(jī)(5)對(duì)儀器延遲開啟時(shí)間和工作模式切換時(shí)間進(jìn)行設(shè)置； 步驟二，孔內(nèi)儀器下入孔內(nèi)時(shí)先處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)達(dá)到設(shè)置的延遲開啟時(shí)間后進(jìn)入連續(xù)工作狀態(tài):由發(fā)控短節(jié)(3)啟動(dòng)測(cè)量短節(jié)(I)進(jìn)行連續(xù)孔內(nèi)工程參數(shù)測(cè)量，壓力傳感器(12)不開啟；測(cè)量短節(jié)(I)將檢測(cè)到的參數(shù)發(fā)送給發(fā)控短節(jié)(3)，發(fā)控短節(jié)(3)按預(yù)先設(shè)定的編碼規(guī)則將接收到 的數(shù)據(jù)由儀器兩端通過(guò)絕緣短節(jié)上部鉆桿柱和絕緣短節(jié)下部鉆桿柱以電磁波無(wú)線方式連續(xù)發(fā)射出去；安裝在孔口附近煤系地層中及孔口鉆探裝備上的接收天線(4)采集上傳的電磁波信號(hào)并通過(guò)有線方式傳遞給防爆計(jì)算機(jī)(5)中的信號(hào)采集板，信號(hào)采集板按預(yù)先設(shè)定的編碼規(guī)則對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，得出正確的孔內(nèi)工程參數(shù)數(shù)據(jù)后，通過(guò)防爆計(jì)算機(jī)(5)內(nèi)數(shù)據(jù)處理軟件在屏幕上進(jìn)行顯示； 步驟三，當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)間達(dá)到設(shè)置的工作模式切換時(shí)間時(shí)，關(guān)閉測(cè)量短節(jié)(I)數(shù)據(jù)測(cè)量，停止發(fā)控短節(jié)(3)無(wú)線發(fā)射，打開壓力傳感器(12)，進(jìn)入間歇工作模式工作； 步驟四，壓力傳感器(12 )連續(xù)檢測(cè)泵壓信號(hào)并傳遞給發(fā)控短節(jié)(3 )，發(fā)控短節(jié)(3 )根據(jù)泵壓信號(hào)判斷泥漿泵工作狀態(tài)，并控制測(cè)量短節(jié)(I)實(shí)時(shí)采集鉆孔孔內(nèi)工程參數(shù)；測(cè)量短節(jié)(I)將檢測(cè)到的參數(shù)發(fā)送給發(fā)控短節(jié)(3)，發(fā)控短節(jié)(3)按預(yù)先設(shè)定的編碼規(guī)則將接收到的數(shù)據(jù)由儀器兩端通過(guò)絕緣短節(jié)上部鉆桿柱和絕緣短節(jié)下部鉆桿柱以電磁波無(wú)線方式連續(xù)發(fā)射出去；安裝在孔口煤系地層中及孔口鉆探裝備上的接收天線(4)采集上傳的電磁波信號(hào)并通過(guò)有線方式傳遞給防爆計(jì)算機(jī)(5)中的信號(hào)采集板，信號(hào)采集板按預(yù)先設(shè)定的編碼規(guī)則對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，得出正確的孔內(nèi)工程參數(shù)數(shù)據(jù)后，通過(guò)防爆計(jì)算機(jī)(5)內(nèi)數(shù)據(jù)處理軟件在屏幕上進(jìn)行顯示；發(fā)射次數(shù)達(dá)到設(shè)定次數(shù)值后測(cè)量短節(jié)(I)停止工作，發(fā)控短節(jié)(3)停止發(fā)射，壓力 傳感器(12)繼續(xù)連續(xù)檢測(cè)泵壓情況，等待下一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)射命令。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，尤其是涉及一種煤礦井下防爆型電磁波無(wú)線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)及其使用方法。本發(fā)明的煤礦井下防爆型電磁波無(wú)線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)由孔內(nèi)儀器和孔口儀器組成，其中孔內(nèi)儀器包括測(cè)量短節(jié)1、充電電池筒2和發(fā)控短節(jié)3，孔口儀器包括接收天線4和防爆計(jì)算機(jī)5。系統(tǒng)工作時(shí)，利用孔內(nèi)儀器實(shí)時(shí)測(cè)量鉆孔孔內(nèi)工程參數(shù)，然后采用電磁波無(wú)線傳輸方式通過(guò)鉆桿柱和煤系地層將數(shù)據(jù)傳輸至孔口，由孔口接收天線接收后交由防爆計(jì)算機(jī)5進(jìn)行處理和顯示。本系統(tǒng)具有連續(xù)工作和間歇工作兩種工作模式，以電磁波作為信號(hào)載體，采用電磁波脈沖作為數(shù)據(jù)傳輸方式，不需要通訊電纜即可對(duì)鉆孔軌跡復(fù)測(cè)或鉆孔孔內(nèi)工程參數(shù)隨鉆測(cè)量，具有多用性、實(shí)時(shí)性和防爆特性。
文檔編號(hào)E21B47/13GK103233722SQ20131015664
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月28日
發(fā)明者石智軍, 董浩斌, 方俊, 王家豪, 溫榕, 李泉新, 高珺 申請(qǐng)人:中煤科工集團(tuán)西安研究院