煤礦井下鉆孔無線隨鉆軌跡和孔深測量裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種煤礦井下鉆孔無線隨鉆軌跡和孔深測量裝置，它包括現(xiàn)場主機(jī)、鉆桿、第一無磁鉆桿、第二無磁鉆桿、第三無磁鉆桿、鉆頭、鉆機(jī)、設(shè)置在第二無磁鉆桿中的探頭、第一應(yīng)力波信號發(fā)射器和第一應(yīng)力波信號接收器，現(xiàn)場主機(jī)連接第一應(yīng)力波信號發(fā)射器和第一應(yīng)力波信號接收器；探頭包括探頭殼體、設(shè)置在探頭殼體內(nèi)的第二應(yīng)力波信號發(fā)射器、第二應(yīng)力波信號發(fā)射器驅(qū)動(dòng)模塊、第二應(yīng)力波信號接收器、第二應(yīng)力波信號處理模塊、單片機(jī)和三維羅盤，第一應(yīng)力波信號發(fā)射器與第二應(yīng)力波信號接收器無線通信，第一應(yīng)力波信號接收器與第二應(yīng)力波信號發(fā)射器無線通信。本發(fā)明可在鉆孔鉆進(jìn)過程中進(jìn)行隨鉆鉆孔方向、傾角和孔深的測量。
【專利說明】煤礦井下鉆孔無線隨鉆軌跡和孔深測量裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及煤礦井下鉆孔隨鉆測量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地指一種煤礦井下鉆孔無線隨 鉆軌跡和孔深測量裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 煤礦井下鉆孔軌跡和孔深測量是煤礦探放水孔（用于探測前方有無隱藏的水體， 若有就抽放出來）和抽瓦斯孔施工質(zhì)量檢查的重要工作，是保障煤礦安全的重要手段。傳 統(tǒng)的鉆孔軌跡測量是等鉆孔鉆好后，拔出鉆桿，再將軌跡測量探頭推入孔中，但由于煤礦都 是軟巖，極易塌孔堵塞，致使測量探頭不能推進(jìn)，造成鉆孔軌跡無法測量。傳統(tǒng)的鉆孔深度 檢測方式是利用拔鉆桿時(shí)數(shù)鉆桿數(shù)量來計(jì)算鉆孔的深度，而對于較深的孔需要鉆孔的時(shí)間 較長，技術(shù)人員往往容易遺忘放入鉆孔中的鉆桿的個(gè)數(shù)，造成鉆孔深度無法準(zhǔn)確獲得。一些 采用定向鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔的煤礦，雖然可以實(shí)現(xiàn)鉆孔軌跡隨鉆測量，但定向鉆機(jī)價(jià)格昂貴，還 需配合使用專用的通纜鉆桿，同時(shí)也不能進(jìn)行鉆孔深度測量，因此，定向鉆機(jī)也無法在煤礦 廣泛推廣應(yīng)用。另外，石油鉆井用的泥漿液傳遞測井技術(shù)，因煤礦井下鉆孔均為水平孔或傾 角較小的孔而無法應(yīng)用。
[0003] 參考文獻(xiàn)：《檢測技術(shù)及鉆井儀表》P198頁2009年、中國地質(zhì)大學(xué)出版社，鄢泰寧 著，介紹了上述隨鉆測量技術(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是要提供一種煤礦井下鉆孔無線隨鉆軌跡和孔深測量裝置及方 法，該設(shè)備和方法可對煤礦井下探放水孔、瓦斯抽放孔和地質(zhì)孔等，在鉆孔鉆進(jìn)過程中進(jìn)行 隨鉆鉆孔方向、傾角和孔深的測量。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的煤礦井下鉆孔無線隨鉆軌跡和孔深測量裝置，其 特征在于：它包括現(xiàn)場主機(jī)、鉆桿、第一無磁鉆桿、第二無磁鉆桿、第三無磁鉆桿、鉆頭、驅(qū)動(dòng) 鉆桿的鉆機(jī)、設(shè)置在第二無磁鉆桿中的探頭、設(shè)置在鉆桿尾端的第一應(yīng)力波信號發(fā)射器和 第一應(yīng)力波信號接收器，其中，所述第一無磁鉆桿的尾端與鉆桿的頭端螺紋連接，第二無磁 鉆桿的尾端與第一無磁鉆桿的頭端螺紋連接，第三無磁鉆桿的尾端與第二無磁鉆桿的頭端 螺紋連接，三無磁鉆桿的頭端設(shè)有鉆頭，所述現(xiàn)場主機(jī)的信號輸出端連接第一應(yīng)力波信號 發(fā)射器的信號輸入端，現(xiàn)場主機(jī)的信號輸入端連接第一應(yīng)力波信號接收器的信號輸出端； [0006] 所述探頭包括探頭殼體、設(shè)置在探頭殼體內(nèi)的第二應(yīng)力波信號發(fā)射器、第二應(yīng)力 波信號發(fā)射器驅(qū)動(dòng)模塊、第二應(yīng)力波信號接收器、第二應(yīng)力波信號處理模塊、單片機(jī)和三維 羅盤，三維羅盤的數(shù)據(jù)通信端連接單片機(jī)的數(shù)據(jù)通信端，單片機(jī)的信號輸出端通過第二應(yīng) 力波信號發(fā)射器驅(qū)動(dòng)模塊連接第二應(yīng)力波信號發(fā)射器的控制信號通信端，單片機(jī)的信號輸 入端通過第二應(yīng)力波信號處理模塊連接第二應(yīng)力波信號接收器的控制信號通信端；
[0007] 所述第一應(yīng)力波信號發(fā)射器能與第二應(yīng)力波信號接收器之間進(jìn)行無線通信，第一 應(yīng)力波信號接收器能與第二應(yīng)力波信號發(fā)射器之間進(jìn)行無線通信。
[0008] -種利用上述煤礦井下鉆孔無線隨鉆軌跡和孔深測量裝置進(jìn)行隨鉆軌跡和孔深 測量的方法，它包括如下步驟：
[0009] 步驟1 :控制由鉆桿、第一無磁鉆桿、第二無磁鉆桿、第三無磁鉆桿和鉆頭構(gòu)成的 鉆孔機(jī)構(gòu)在鉆孔內(nèi)鉆進(jìn)一個(gè)深度；
[0010] 步驟2 :現(xiàn)場主機(jī)通過第一應(yīng)力波信號發(fā)射器向所述鉆孔機(jī)構(gòu)發(fā)射應(yīng)力波信號；
[0011] 步驟3 :探頭的第二應(yīng)力波信號接收器接收上述應(yīng)力波信號，并將該應(yīng)力波信號 發(fā)送到探頭的第二應(yīng)力波信號處理模塊，第二應(yīng)力波信號處理模塊對該應(yīng)力波信號進(jìn)行濾 波、放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，并將處理后的應(yīng)力波數(shù)字信號傳送給探頭的單片機(jī)，單片機(jī)接收 到應(yīng)力波數(shù)字信號后，控制探頭的三維羅盤工作；
[0012] 步驟4:所述三維羅盤感應(yīng)得到此時(shí)鉆孔的方向和傾角數(shù)據(jù)，并將該方向和傾角 數(shù)據(jù)返回給單片機(jī)；
[0013] 步驟5 :單片機(jī)將此時(shí)鉆孔的方向和傾角數(shù)據(jù)編碼入反饋應(yīng)力波信號中，并依次 通過第二應(yīng)力波信號發(fā)射器驅(qū)動(dòng)模塊和第二應(yīng)力波信號發(fā)射器向第一應(yīng)力波信號接收器 發(fā)射；
[0014] 步驟6 :所述第一應(yīng)力波信號接收器接收到上述反饋應(yīng)力波信號，并將該反饋應(yīng) 力波信號發(fā)送到現(xiàn)場主機(jī)的第一應(yīng)力波信號處理模塊，第一應(yīng)力波信號處理模塊對該反饋 應(yīng)力波信號進(jìn)行濾波、放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，并將處理后的反饋應(yīng)力波數(shù)字信號傳送給現(xiàn) 場主機(jī)的中央處理器；
[0015] 步驟7 :現(xiàn)場主機(jī)的中央處理器從反饋應(yīng)力波數(shù)字中解碼出鉆孔的方向和傾角數(shù) 據(jù)，現(xiàn)場主機(jī)的中央處理器通過第二應(yīng)力波信號發(fā)射器發(fā)射反饋應(yīng)力波信號與第一應(yīng)力波 信號接收器接收反饋應(yīng)力波信號的時(shí)間之差，求出第一應(yīng)力波信號接收器與第二應(yīng)力波信 號發(fā)射器之間的距離，所述第一應(yīng)力波信號接收器與第二應(yīng)力波信號發(fā)射器之間的距離加 上第二無磁鉆桿和第三無磁鉆桿以及鉆頭的長度再減去位于鉆孔外的鉆桿尾部的長度，即 得到了鉆孔的深度；
[0016] 步驟8 :現(xiàn)場主機(jī)的中央處理器將上述得到的鉆孔的方向和傾角數(shù)據(jù)以及鉆孔的 深度發(fā)送給現(xiàn)場主機(jī)的人機(jī)交互設(shè)備進(jìn)行顯示；
[0017] 步驟9 :隨著鉆孔不斷鉆進(jìn)的過程中，每隔一定深度距離重復(fù)步驟2至步驟8的操 作，現(xiàn)場主機(jī)的中央處理器通過不同孔深對應(yīng)的鉆孔的方向和傾角數(shù)據(jù)得到鉆孔過程中的 鉆孔軌跡和實(shí)時(shí)孔深；
[0018] 步驟10 :現(xiàn)場主機(jī)的中央處理器將鉆孔過程中的鉆孔軌跡和實(shí)時(shí)孔深發(fā)送給現(xiàn) 場主機(jī)的人機(jī)交互設(shè)備進(jìn)行顯示。
[0019] 應(yīng)用本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)煤礦井下鉆孔在鉆進(jìn)過程中對鉆孔的軌跡和深度進(jìn)行隨鉆 測量相比于現(xiàn)有的煤礦井下鉆孔軌跡和孔深測量設(shè)備及方法，本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn) 在：
[0020] (1)采用本發(fā)明，將探頭安裝于鉆孔鉆進(jìn)的無磁鉆桿中，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)鉆孔的軌跡和 深度的同時(shí)測量，對普通鉆機(jī)和鉆桿的結(jié)構(gòu)無任何改變。同時(shí)，不存在【背景技術(shù)】中指出的傳 統(tǒng)煤礦井下鉆孔軌跡測量方法會(huì)出現(xiàn)的塌孔問題。并且本發(fā)明與專業(yè)的定向鉆機(jī)相比具有 結(jié)構(gòu)簡單，測量成本較低的優(yōu)點(diǎn)，且還能進(jìn)行專業(yè)定向鉆機(jī)不能測量的鉆孔深度測量。
[0021] (2)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了鉆孔深度的實(shí)時(shí)測量，克服了傳統(tǒng)靠讀取鉆桿數(shù)量來計(jì)量鉆孔 孔深時(shí)，由鉆桿數(shù)量讀取不準(zhǔn)確所造成的孔深測量結(jié)果不準(zhǔn)確的問題。利用本發(fā)明準(zhǔn)確得 到鉆孔的軌跡和深度，有利于技術(shù)人員準(zhǔn)確掌握鉆孔的施工質(zhì)量和要求是否達(dá)到設(shè)計(jì)要 求，為煤礦的安全管理提供保障。
[0022] (3)采用本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場主機(jī)探測時(shí)實(shí)時(shí)顯示測量結(jié)果，自動(dòng)分析成圖并進(jìn) 行預(yù)報(bào)，無需復(fù)雜的人工數(shù)據(jù)分析和處理階段。因此，本發(fā)明的裝置具備可操作性、有效性 和實(shí)用性等優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖2為本發(fā)明中現(xiàn)場主機(jī)、第一應(yīng)力波信號發(fā)射器和第一應(yīng)力波信號接收器部分 的結(jié)構(gòu)框圖；
[0025] 圖3為本發(fā)明中探頭的結(jié)構(gòu)框圖；
[0026] 其中，1 一現(xiàn)場主機(jī)、1. 1 一系統(tǒng)總線、1.2 -中央處理器、1.3-存儲(chǔ)器、1.4 一人機(jī) 交互設(shè)備、1. 5-USB通信接口、1. 6-第一應(yīng)力波信號發(fā)射器驅(qū)動(dòng)模塊、L 7-第一應(yīng)力波信 號處理模塊、2-探頭、2. 1-探頭殼體、2. 2-第二應(yīng)力波彳目號發(fā)射器、2. 3-第二應(yīng)力波/[目 號發(fā)射器驅(qū)動(dòng)模塊、2. 4-第二應(yīng)力波信號接收器、2. 5-第二應(yīng)力波信號處理模塊、2. 6- 單片機(jī)、2. 7-三維羅盤、3-鉆桿、4一第一應(yīng)力波信號發(fā)射器、5-第一應(yīng)力波信號接收器、 6一第一無磁鉆桿、7-鉆機(jī)、8-鉆孔、9 一第二無磁鉆桿、10-第二無磁鉆桿、11 一鉆頭。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明：
[0028] 如圖1?3所示的煤礦井下鉆孔無線隨鉆軌跡和孔深測量裝置，它包括現(xiàn)場主機(jī) 1、 鉆桿3、第一無磁鉆桿6、第二無磁鉆桿9、第三無磁鉆桿10、鉆頭11、驅(qū)動(dòng)鉆桿3的鉆機(jī) 7、設(shè)置在第二無磁鉆桿9中的探頭2、設(shè)置在鉆桿3尾端的第一應(yīng)力波信號發(fā)射器4和第一 應(yīng)力波信號接收器5,其中，所述第一無磁鉆桿6的尾端與鉆桿3的頭端螺紋連接，第二無磁 鉆桿9的尾端與第一無磁鉆桿6的頭端螺紋連接，第三無磁鉆桿10的尾端與第二無磁鉆桿 9的頭端螺紋連接，三無磁鉆桿10的頭端設(shè)有鉆頭11，所述現(xiàn)場主機(jī)1的信號輸出端連接 第一應(yīng)力波信號發(fā)射器4的信號輸入端，現(xiàn)場主機(jī)1的信號輸入端連接第一應(yīng)力波信號接 收器5的信號輸出端；
[0029] 所述探頭2包括探頭殼體2. 1、設(shè)置在探頭殼體2. 1內(nèi)的第二應(yīng)力波信號發(fā)射器 2. 2、第二應(yīng)力波信號發(fā)射器驅(qū)動(dòng)模塊2. 3、第二應(yīng)力波信號接收器2. 4、第二應(yīng)力波信號處 理模塊2. 5、單片機(jī)2. 6和三維羅盤2. 7,三維羅盤2. 7的數(shù)據(jù)通信端連接單片機(jī)2. 6的數(shù) 據(jù)通信端，單片機(jī)2. 6的信號輸出端通過第二應(yīng)力波信號發(fā)射器驅(qū)動(dòng)模塊2. 3連接第二應(yīng) 力波信號發(fā)射器2. 2的控制信號通信端，單片機(jī)2. 6的信號輸入端通過第二應(yīng)力波信號處 理模塊2. 5連接第二應(yīng)力波信號接收器2. 4的控制信號通信端，上述三維羅盤2. 7用于感 應(yīng)鉆孔8的方向和傾角數(shù)據(jù)；
[0030] 所述第一應(yīng)力波信號發(fā)射器4能與第二應(yīng)力波信號接收器2. 4之間進(jìn)行無線通信 (傳遞應(yīng)力信號），第一應(yīng)力波信號接收器5能與第二應(yīng)力波信號發(fā)射器2. 2之間進(jìn)行無線 通信（傳遞反饋應(yīng)力波信號）。
[0031] 上述技術(shù)方案中，第一無磁鉆桿6和第三無磁鉆桿10分別用于隔離鉆桿3和鉆頭 11的鐵磁場干擾，減小探頭2內(nèi)發(fā)射和接收的信號受到的干擾。所述第一無磁鉆桿6和第 三無磁鉆桿10選用鈦合金或銅等無磁材料制成。
[0032] 上述技術(shù)方案中，所述現(xiàn)場主機(jī)1包括系統(tǒng)總線1. 1、中央處理器1.2、存儲(chǔ)器1.3、 人機(jī)交互設(shè)備1. 4、USB (Universal Serial Bus，通用串行總線）通信接口 1.5、第一應(yīng)力波 信號發(fā)射器驅(qū)動(dòng)模塊1. 6和第一應(yīng)力波信號處理模塊1. 7,其中，所述中央處理器1. 2、存儲(chǔ) 器1. 3、人機(jī)交互設(shè)備1. 4、USB通信接口 1. 5、第一應(yīng)力波信號發(fā)射器驅(qū)動(dòng)模塊1. 6和第一 應(yīng)力波信號處理模塊1. 7的數(shù)據(jù)通信端分別接入系統(tǒng)總線1. 1，第一應(yīng)力波信號發(fā)射器驅(qū) 動(dòng)模塊1. 6的信號輸出端為現(xiàn)場主機(jī)1的信號輸出端，第一應(yīng)力波信號處理模塊1. 7的信 號輸入端為現(xiàn)場主機(jī)1的信號輸入端。上述人機(jī)交互設(shè)備1. 4包括觸摸屏、顯示屏和光電 旋鈕（相當(dāng)于電腦鼠標(biāo)）。上述存儲(chǔ)器1. 3用于將得到的鉆孔8的方向和傾角數(shù)據(jù)以及鉆 孔的軌跡和實(shí)時(shí)孔深數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。上述USB通信接口 1.5用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的現(xiàn)場主機(jī)1 與外圍設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信。
[0033] 上述技術(shù)方案中，所述第一應(yīng)力波信號發(fā)射器4的信號輸出端朝向鉆桿3的頭端 設(shè)置，第一應(yīng)力波信號接收器5的信號接收端也朝向鉆桿3的頭端設(shè)置，所述第二應(yīng)力波信 號發(fā)射器2. 2的信號輸出端朝向鉆桿3的尾端設(shè)置，第二應(yīng)力波信號接收器2. 4的信號接 收端也朝向鉆桿3的尾端設(shè)置。
[0034] 上述技術(shù)方案中，所述探頭殼體2. 1外壁與第二無磁鉆桿9內(nèi)壁固定連接。保證 探頭2與第二無磁鉆桿9同步運(yùn)動(dòng)。
[0035] 上述技術(shù)方案中，所述第一應(yīng)力波信號處理模塊L 7和第二應(yīng)力波信號處理模塊 2. 5用于對應(yīng)力波信號進(jìn)行濾波、放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換處理。
[0036] 上述技術(shù)方案中，所述第二應(yīng)力波信號發(fā)射器2. 2和第二應(yīng)力波信號接收器2. 4 均位于第二無磁鉆桿9的尾端。
[0037] 上述技術(shù)方案中，第一應(yīng)力波信號發(fā)射器4和第二應(yīng)力波信號接收器2. 4均由超 磁致伸縮材料做成，它能發(fā)射出較大功率的應(yīng)力波。
[0038] 上述技術(shù)方案中所述的各個(gè)設(shè)備本身均為成熟的現(xiàn)有設(shè)備。
[0039] 一種利用上述煤礦井下鉆孔無線隨鉆軌跡和孔深測量裝置進(jìn)行隨鉆軌跡和孔深 測量的方法，它包括如下步驟：
[0040] 步驟1 :控制由鉆桿3、第一無磁鉆桿6、第二無磁鉆桿9、第三無磁鉆桿10和鉆頭 11構(gòu)成的鉆孔機(jī)構(gòu)在鉆孔8 (該鉆孔8可以為煤礦井下探放水孔或瓦斯抽放孔或地質(zhì)孔） 內(nèi)鉆進(jìn)一個(gè)深度；
[0041] 步驟2 :現(xiàn)場主機(jī)1通過第一應(yīng)力波信號發(fā)射器4向所述鉆孔機(jī)構(gòu)發(fā)射應(yīng)力波信 號；
[0042] 步驟3 :探頭2的第二應(yīng)力波信號接收器2. 4接收上述應(yīng)力波信號，并將該應(yīng)力波 信號發(fā)送到探頭2的第二應(yīng)力波信號處理模塊2. 5,第二應(yīng)力波信號處理模塊2. 5對該應(yīng)力 波信號進(jìn)行濾波、放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，并將處理后的應(yīng)力波數(shù)字信號傳送給探頭2的單 片機(jī)2. 6,單片機(jī)2. 6接收到應(yīng)力波數(shù)字信號后，控制探頭2的三維羅盤2. 7工作；
[0043] 步驟4 :所述三維羅盤2. 7感應(yīng)得到此時(shí)鉆孔8的方向和傾角數(shù)據(jù)，并將該方向和 傾角數(shù)據(jù)返回給單片機(jī)2. 6;
[0044] 步驟5 :單片機(jī)2. 6將此時(shí)鉆孔8的方向和傾角數(shù)據(jù)編碼入反饋應(yīng)力波信號中，并 依次通過第二應(yīng)力波信號發(fā)射器驅(qū)動(dòng)模塊2. 3和第二應(yīng)力波信號發(fā)射器2. 2向第一應(yīng)力波 信號接收器5發(fā)射；
[0045] 步驟6 :所述第一應(yīng)力波信號接收器5接收到上述反饋應(yīng)力波信號，并將該反饋應(yīng) 力波信號發(fā)送到現(xiàn)場主機(jī)1的第一應(yīng)力波信號處理模塊1. 7,第一應(yīng)力波信號處理模塊1. 7 對該反饋應(yīng)力波信號進(jìn)行濾波、放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，并將處理后的反饋應(yīng)力波數(shù)字信號 傳送給現(xiàn)場主機(jī)1的中央處理器1. 2 ;
[0046] 步驟7 :現(xiàn)場主機(jī)1的中央處理器1. 2從反饋應(yīng)力波數(shù)字中解碼出鉆孔8的方向 和傾角數(shù)據(jù)，現(xiàn)場主機(jī)1的中央處理器1. 2通過第二應(yīng)力波信號發(fā)射器2. 2發(fā)射反饋應(yīng)力 波信號與第一應(yīng)力波信號接收器5接收反饋應(yīng)力波信號的時(shí)間之差，求出第一應(yīng)力波信號 接收器5與第二應(yīng)力波信號發(fā)射器2. 2之間的距離，所述第一應(yīng)力波信號接收器5與第二 應(yīng)力波信號發(fā)射器2. 2之間的距離加上第二無磁鉆桿9和第三無磁鉆桿10以及鉆頭11的 長度再減去位于鉆孔8外的鉆桿3尾部的長度，即得到了鉆孔8的深度；
[0047] 步驟8 :現(xiàn)場主機(jī)1的中央處理器1. 2將上述得到的鉆孔8的方向和傾角數(shù)據(jù)以 及鉆孔8的深度發(fā)送給現(xiàn)場主機(jī)1的人機(jī)交互設(shè)備1. 4進(jìn)行顯示；
[0048] 步驟9 :隨著鉆孔8不斷鉆進(jìn)的過程中，每隔一定深度距離重復(fù)步驟2至步驟8的 操作，現(xiàn)場主機(jī)1的中央處理器1. 2通過不同孔深對應(yīng)的鉆孔8的方向和傾角數(shù)據(jù)得到鉆 孔過程中的鉆孔軌跡和實(shí)時(shí)孔深；
[0049] 步驟10 :現(xiàn)場主機(jī)1的中央處理器1. 2將鉆孔過程中的鉆孔軌跡和實(shí)時(shí)孔深發(fā)送 給現(xiàn)場主機(jī)1的人機(jī)交互設(shè)備1. 4進(jìn)行顯示。
[0050] 本說明書未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1. 一種煤礦井下鉆孔無線隨鉆軌跡和孔深測量裝置，其特征在于：它包括現(xiàn)場主機(jī) (1)、鉆桿（3)、第一無磁鉆桿（6)、第二無磁鉆桿（9)、第三無磁鉆桿（10)、鉆頭（11)、驅(qū)動(dòng)鉆 桿⑶的鉆機(jī)（7)、設(shè)置在第二無磁鉆桿（9)中的探頭（2)、設(shè)置在鉆桿（3)尾端的第一應(yīng) 力波信號發(fā)射器（4)和第一應(yīng)力波信號接收器（5)，其中，所述第一無磁鉆桿（6)的尾端與 鉆桿（3)的頭端螺紋連接，第二無磁鉆桿（9)的尾端與第一無磁鉆桿（6)的頭端螺紋連接， 第三無磁鉆桿（10)的尾端與第二無磁鉆桿（9)的頭端螺紋連接，三無磁鉆桿（10)的頭端 設(shè)有鉆頭（11)，所述現(xiàn)場主機(jī)（1)的信號輸出端連接第一應(yīng)力波信號發(fā)射器（4)的信號輸 入端，現(xiàn)場主機(jī)（1)的信號輸入端連接第一應(yīng)力波信號接收器（5)的信號輸出端； 所述探頭（2)包括探頭殼體（2. 1)、設(shè)置在探頭殼體（2. 1)內(nèi)的第二應(yīng)力波信號發(fā)射 器（2. 2)、第二應(yīng)力波信號發(fā)射器驅(qū)動(dòng)模塊（2. 3)、第二應(yīng)力波信號接收器（2. 4)、第二應(yīng)力 波信號處理模塊（2. 5)、單片機(jī)（2. 6)和三維羅盤（2. 7)，三維羅盤（2. 7)的數(shù)據(jù)通信端連 接單片機(jī)（2.6)的數(shù)據(jù)通信端，單片機(jī)（2.6)的信號輸出端通過第二應(yīng)力波信號發(fā)射器驅(qū) 動(dòng)模塊（2.3)連接第二應(yīng)力波信號發(fā)射器（2.2)的控制信號通信端，單片機(jī)（2.6)的信號 輸入端通過第二應(yīng)力波信號處理模塊（2. 5)連接第二應(yīng)力波信號接收器（2. 4)的控制信號 通信端； 所述第一應(yīng)力波信號發(fā)射器（4)能與第二應(yīng)力波信號接收器（2.4)之間進(jìn)行無線通 信，第一應(yīng)力波信號接收器（5)能與第二應(yīng)力波信號發(fā)射器（2.2)之間進(jìn)行無線通信。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦井下鉆孔無線隨鉆軌跡和孔深測量裝置，其特征在于： 所述現(xiàn)場主機(jī)（1)包括系統(tǒng)總線（1.1)、中央處理器（1.2)、存儲(chǔ)器（1.3)、人機(jī)交互設(shè)備 (1. 4)、USB通信接口（1. 5)、第一應(yīng)力波信號發(fā)射器驅(qū)動(dòng)模塊（1. 6)和第一應(yīng)力波信號處理 模塊（1.7)，其中，所述中央處理器（1.2)、存儲(chǔ)器（1.3)、人機(jī)交互設(shè)備（1.4)、USB通信接 口（1.5)、第一應(yīng)力波信號發(fā)射器驅(qū)動(dòng)模塊（1.6)和第一應(yīng)力波信號處理模塊（1.7)的數(shù) 據(jù)通信端分別接入系統(tǒng)總線（1.1)，第一應(yīng)力波信號發(fā)射器驅(qū)動(dòng)模塊（1.6)的信號輸出端 為現(xiàn)場主機(jī)（1)的信號輸出端，第一應(yīng)力波信號處理模塊（1.7)的信號輸入端為現(xiàn)場主機(jī) (1)的信號輸入端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦井下鉆孔無線隨鉆軌跡和孔深測量裝置，其特征在于： 所述第一應(yīng)力波信號發(fā)射器（4)的信號輸出端朝向鉆桿（3)的頭端設(shè)置，第一應(yīng)力波信號 接收器（5)的信號接收端也朝向鉆桿（3)的頭端設(shè)置，所述第二應(yīng)力波信號發(fā)射器（2.2) 的信號輸出端朝向鉆桿（3)的尾端設(shè)置，第二應(yīng)力波信號接收器（2.4)的信號接收端也朝 向鉆桿⑶的尾端設(shè)置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦井下鉆孔無線隨鉆軌跡和孔深測量裝置，其特征在于： 所述探頭殼體（2. 1)外壁與第二無磁鉆桿（9)內(nèi)壁固定連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤礦井下鉆孔無線隨鉆軌跡和孔深測量裝置，其特征在于： 所述第一應(yīng)力波信號處理模塊（1. 7)和第二應(yīng)力波信號處理模塊（2. 5)用于對應(yīng)力波信號 進(jìn)行濾波、放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換處理。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦井下鉆孔無線隨鉆軌跡和孔深測量裝置，其特征在于： 所述第二應(yīng)力波信號發(fā)射器（2.2)和第二應(yīng)力波信號接收器（2.4)均位于第二無磁鉆桿 (9)的尾端。
7. -種利用權(quán)利要求1所述煤礦井下鉆孔無線隨鉆軌跡和孔深測量裝置進(jìn)行隨鉆軌 跡和孔深測量的方法，其特征在于，它包括如下步驟： 步驟1 :控制由鉆桿（3)、第一無磁鉆桿（6)、第二無磁鉆桿（9)、第三無磁鉆桿（10)和 鉆頭（11)構(gòu)成的鉆孔機(jī)構(gòu)在鉆孔（8)內(nèi)鉆進(jìn)一個(gè)深度； 步驟2 :現(xiàn)場主機(jī)（1)通過第一應(yīng)力波信號發(fā)射器（4)向所述鉆孔機(jī)構(gòu)發(fā)射應(yīng)力波信 號； 步驟3 :探頭（2)的第二應(yīng)力波信號接收器（2.4)接收上述應(yīng)力波信號，并將該應(yīng)力波 信號發(fā)送到探頭（2)的第二應(yīng)力波信號處理模塊（2. 5)，第二應(yīng)力波信號處理模塊（2.5) 對該應(yīng)力波信號進(jìn)行濾波、放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，并將處理后的應(yīng)力波數(shù)字信號傳送給探 頭（2)的單片機(jī)（2. 6)，單片機(jī)（2.6)接收到應(yīng)力波數(shù)字信號后，控制探頭（2)的三維羅盤 (2. 7)工作； 步驟4 :所述三維羅盤（2. 7)感應(yīng)得到此時(shí)鉆孔（8)的方向和傾角數(shù)據(jù)，并將該方向和 傾角數(shù)據(jù)返回給單片機(jī)（2.6); 步驟5 :單片機(jī)（2.6)將此時(shí)鉆孔（8)的方向和傾角數(shù)據(jù)編碼入反饋應(yīng)力波信號中，并 依次通過第二應(yīng)力波信號發(fā)射器驅(qū)動(dòng)模塊（2. 3)和第二應(yīng)力波信號發(fā)射器（2. 2)向第一應(yīng) 力波信號接收器（5)發(fā)射； 步驟6 :所述第一應(yīng)力波信號接收器（5)接收到上述反饋應(yīng)力波信號，并將該反饋應(yīng)力 波信號發(fā)送到現(xiàn)場主機(jī)（1)的第一應(yīng)力波信號處理模塊（1.7)，第一應(yīng)力波信號處理模塊 (1. 7)對該反饋應(yīng)力波信號進(jìn)行濾波、放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，并將處理后的反饋應(yīng)力波數(shù)字 信號傳送給現(xiàn)場主機(jī)（1)的中央處理器（1.2); 步驟7 :現(xiàn)場主機(jī)（1)的中央處理器（1. 2)從反饋應(yīng)力波數(shù)字中解碼出鉆孔（8)的方 向和傾角數(shù)據(jù)，現(xiàn)場主機(jī)（1)的中央處理器（1.2)通過第二應(yīng)力波信號發(fā)射器（2.2)發(fā)射 反饋應(yīng)力波信號與第一應(yīng)力波信號接收器（5)接收反饋應(yīng)力波信號的時(shí)間之差，求出第一 應(yīng)力波信號接收器（5)與第二應(yīng)力波信號發(fā)射器（2.2)之間的距離，所述第一應(yīng)力波信號 接收器（5)與第二應(yīng)力波信號發(fā)射器（2. 2)之間的距離加上第二無磁鉆桿（9)和第三無磁 鉆桿（10)以及鉆頭（11)的長度再減去位于鉆孔⑶外的鉆桿⑶尾部的長度，即得到了 鉆孔⑶的深度； 步驟8 :現(xiàn)場主機(jī)（1)的中央處理器（1.2)將上述得到的鉆孔（8)的方向和傾角數(shù)據(jù) 以及鉆孔（8)的深度發(fā)送給現(xiàn)場主機(jī)（1)的人機(jī)交互設(shè)備（1. 4)進(jìn)行顯示； 步驟9 :隨著鉆孔（8)不斷鉆進(jìn)的過程中，每隔一定深度距離重復(fù)步驟2至步驟8的操 作，現(xiàn)場主機(jī)（1)的中央處理器（1.2)通過不同孔深對應(yīng)的鉆孔（8)的方向和傾角數(shù)據(jù)得 到鉆孔過程中的鉆孔軌跡和實(shí)時(shí)孔深； 步驟10 :現(xiàn)場主機(jī)（1)的中央處理器（1. 2)將鉆孔過程中的鉆孔軌跡和實(shí)時(shí)孔深發(fā)送 給現(xiàn)場主機(jī)（1)的人機(jī)交互設(shè)備（1.4)進(jìn)行顯示。
【文檔編號】E21B47/022GK104088625SQ201410214911
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月21日
【發(fā)明者】武強(qiáng), 劉春生, 劉鎏, 陶鳳娟 申請人:武漢長盛煤安科技有限公司