礦用隨鉆式鉆孔軌跡測量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種礦用隨鉆式鉆孔軌跡測量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]煤礦在進行采煤作業(yè)前，通常會先進行地質(zhì)勘探，以查明煤層、巖石、水的地質(zhì)分布，有瓦斯的煤礦通常需要進行瓦斯抽放；進行這些作業(yè)主要是靠在煤層或巖層中打入一定數(shù)量的鉆孔；鉆孔的角度，位置是否與設(shè)計目標一致關(guān)系到后期地質(zhì)勘探準確性，瓦斯抽放的效果，所以鉆孔的角度和位置(空間上稱為軌跡)是煤礦鉆孔作業(yè)的重要考核項目。
[0003]鉆孔軌跡考核對多數(shù)煤礦來說，目前還是一項缺失的管理項目。有技術(shù)實力的煤礦，會采購具有定向功能的定向鉆進鉆機，在鉆孔階段按照設(shè)計目標實施。由于定向鉆機體積龐大，成本高，很多煤礦巷道無法應(yīng)用，更多煤礦采用的是無定向功能的普通液壓鉆機(圖一)，此類鉆機形成鉆孔的軌跡通常難以考核。
[0004]普通液壓鉆機鉆孔時主要工作過程如下:動力頭具有旋轉(zhuǎn)功能、推進、拉拔功能，在動力頭驅(qū)動下，鉆桿被逐個打入煤層或巖層中，每一鉆桿定長，打入一定數(shù)量的鉆桿后，逐個拉拔退出。
[0005]目前市場上存在的鉆孔軌跡測量系統(tǒng)，測量操作模式基本上都是按以下方法進行:在鉆孔作業(yè)完成后，把測量探桿(內(nèi)裝用于測量空間姿態(tài)的角度傳感器)作為鉆桿重新進行一次鉆進過程。在這個過程中，測量探桿會定時記錄自身每一時刻的姿態(tài)角度和對應(yīng)時間；操作者人工計數(shù)每一次加裝鉆桿停止時的鉆桿個數(shù)(通常是在測量裝置主機上有按鍵)，時間(自動記錄)。這種二次鉆進完成后，取出測量探桿，主機和探桿進行通訊以讀取測量過程中的角度數(shù)據(jù)，主機把自身記錄的鉆桿個數(shù)(乘以單個鉆桿長度后作為深度)，和探桿內(nèi)的姿態(tài)角度數(shù)據(jù)依照時間進行一一對應(yīng)，最后形成一個鉆孔的空間軌跡。
[0006]但上述的這種測量鉆孔空間軌跡的方法一方面測量方法效率低，操作復(fù)雜，另一方面，測量探桿內(nèi)部的角度傳感器在測量時，鉆桿可能在運動，也可能在靜止，難以保證角度傳感器所測參數(shù)的準確性，最終影響空間軌跡的精確度。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]本實用新型提供一種礦用隨鉆式鉆孔軌跡測量系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中測量探桿中的角度傳感器測量參數(shù)不準確的技術(shù)問題。
[0008]本實用新型所提供的礦用隨鉆式鉆孔軌跡測量系統(tǒng)的技術(shù)方案是:礦用隨鉆式鉆孔軌跡測量系統(tǒng)，包括測量探桿，測量探桿中設(shè)有用于測量空間姿態(tài)的角度傳感器，所述的測量探桿中設(shè)有用于檢測測量探桿處于運動、靜止狀態(tài)的運動狀態(tài)測量器，測量探桿中還設(shè)有用于根據(jù)運動狀態(tài)測量器輸出的表示測量探桿由運動狀態(tài)轉(zhuǎn)為完全靜止狀態(tài)時測量信號控制所述角度傳感器進行空間姿態(tài)測量的主控制器，所述主控制器與所述運動狀態(tài)測量器及角度傳感器對應(yīng)信號連接。
[0009]所述的運動狀態(tài)測量器為加速度計或電子陀螺儀或振動傳感器；所述角度傳感器為電子羅盤。
[0010]所述的測量系統(tǒng)還包括用于測量鉆孔深度的非接觸式測量探頭，測量探頭包括用于非接觸的套裝在首尾對接的標準鉆桿上的永磁體，測量探頭還包括設(shè)置于永磁體旁側(cè)、用于在鉆桿對接處通過該永磁體時輸出相應(yīng)信號的磁感應(yīng)傳感器。
[0011]所述的磁感應(yīng)傳感器為由沿標準鉆桿周向均布的多個霍爾電壓傳感器構(gòu)成的霍爾傳感器組，所述的永磁體為環(huán)形結(jié)構(gòu)。
[0012]所述的永磁體沿標準鉆桿運動方向間隔分布有兩個，所述磁感應(yīng)傳感器對應(yīng)兩永磁體間隔設(shè)定間距布置有兩個。
[0013]所述測量探頭包括用于非接觸的套裝在首尾對接的標準鉆桿上的導(dǎo)磁銜鐵架，導(dǎo)磁銜鐵架上設(shè)有供標準鉆桿穿過的內(nèi)穿孔，兩永磁體沿標準鉆桿運動方向間隔固設(shè)在導(dǎo)磁銜鐵架上，兩磁感應(yīng)傳感器沿標準鉆桿運動方向間隔固設(shè)在導(dǎo)磁銜鐵架上。
[0014]所述的測量系統(tǒng)還包括用于測量鉆孔深度的非接觸式測量探頭，該測量探頭包括用于產(chǎn)生交變電流的激勵電路，激勵電路包括用于非接觸的套裝在標準鉆桿上的激勵線圈，測量探頭還包括用于在標準鉆桿穿過所述激勵線圈的過程中檢測激勵線圈內(nèi)部信號變化的檢測電路，檢測電路包括用于非接觸的套裝在標準鉆桿上的檢測所述激勵線圈內(nèi)部信號變化的檢測線圈，檢測線圈與激勵線圈相互靠近布置以與所述激勵線圈形成電磁耦合。
[0015]所述的激勵電路包括依次連接的交變激勵源、信號放大單元和所述的激勵線圈。
[0016]所述的交變激勵源為幅值不變的正弦激勵源。
[0017]所述的檢測電路包括依次連接的所述檢測線圈和對檢測線圈輸出的檢測信號進行處理并將檢測信號與設(shè)定閾值進行比較且根據(jù)比較結(jié)果輸出脈沖信號的信號處理單元，所述測量裝置還包括用于與信號處理單元的輸出端信號連接以對所述脈沖信號進行計數(shù)的檢測主機。
[0018]本實用新型的有益效果是:本實用新型所提供的礦用隨鉆式鉆孔軌跡測量系統(tǒng)中，測量探桿內(nèi)部安裝有用于檢測測量探桿狀態(tài)的運動狀態(tài)測量器，該運動狀態(tài)測量器在檢測測量探桿由運動狀態(tài)轉(zhuǎn)為完全靜止狀態(tài)時，由主控制器控制角度傳感器啟動進行空間姿態(tài)測量，保證空間姿態(tài)測量的準確性，提高測量精度。
[0019]進一步的，在使用本實用新型所提供的鉆桿鉆孔深度測量裝置對鉆孔深度進行測量時，有鉆桿的桿體部位和首尾對接部位的結(jié)構(gòu)不同，在首尾對接的標準鉆桿穿過測量探頭時，標準鉆桿的桿體部位及對接處對整個永磁體的磁場的磁阻不同，磁阻的變化反應(yīng)在磁場的磁感應(yīng)強度的變化上，在相鄰標準鉆桿的首尾對接處穿過永磁體并經(jīng)過磁感應(yīng)傳感器時，磁感應(yīng)傳感器感應(yīng)到因鉆桿對接處穿過永磁體時磁路磁阻突變導(dǎo)致磁路磁感應(yīng)強度發(fā)生突變，輸出脈沖檢測信號，對脈沖檢測信號進行計數(shù)，將脈沖檢測信號的個數(shù)乘以標準鉆桿的長度即可得到鉆孔深度。整個測量裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。而本實用新型所提供的測量方法中通過磁感應(yīng)傳感器輸出的檢測信號判斷標準鉆桿的對接處是否通過測量探頭，可有效降低工人的勞動強度，提高工人的勞動效率。
[0020]進一步的，永磁體采用永磁環(huán)，磁場效果好，可以提高檢測精度。
[0021]進一步的，在本實用新型所提供的測量裝置在使用時，使首尾對接的標準鉆桿連續(xù)性的通過測量探頭，非接觸的套裝在標準鉆桿上的激勵線圈會向標準鉆桿施加感應(yīng)磁場，該感應(yīng)磁場會在首尾對接的標準鉆桿內(nèi)部產(chǎn)生渦流，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，渦流產(chǎn)生的磁場會反抗原來激勵線圈自身磁場的變化，等效于激勵線圈自身阻抗的變化，激勵線圈內(nèi)部信號發(fā)生變化，通過與激勵線圈電磁耦合的檢測線圈檢測到激勵線圈內(nèi)部信號變化，因為首尾對接的標準鉆桿在對接處不僅存在接縫，而且接縫處的金屬橫截面積也遠大于標準鉆桿桿體的其他部位，在首尾對接的標準鉆桿連續(xù)性的穿過激勵線圈時，標準鉆桿的對接處所產(chǎn)生的渦流和中部桿體處所產(chǎn)生的渦流對激勵線圈的內(nèi)部信號的影響不同，激勵線圈的內(nèi)部信號變化也不相同，即當標準鉆桿的對接處通過激勵線圈時所造成的影響大于標準鉆桿桿體的其他部位對激勵線圈所造成的影響，與激勵線圈形成電磁耦合的檢測線圈會檢測到激勵線圈內(nèi)部信號變化，進而可通過檢測線圈輸出的檢測信號判斷標準鉆桿的對接處是否通過，可有效降低工人的勞動強度，提高工人的勞動效率。
【附圖說明】
[0022]圖1是本實用新型提供的礦用隨鉆式鉆孔軌跡測量系統(tǒng)中測量探桿內(nèi)部器件框圖；
[0023]圖2是測量探桿中電子羅盤所測方位角及俯仰角示意圖(圖中X軸指向正北方向，Y軸指向正西方向，Z軸指向豎直向上，α為俯仰角(-90° -90° )，β為方位角(0-360° ))；
[0024]圖3是為現(xiàn)有技術(shù)中標準鉆桿連接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4是本實用新型提供的礦用隨鉆式鉆孔軌跡測量系統(tǒng)中非接觸式測量裝置實施例I安裝在鉆機上進行孔深測量的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖5是圖4中測量探頭的電氣原理框圖；
[0027]圖6是圖禍流效應(yīng)原理圖；
[0028]圖7是本實用新型提供的礦用隨鉆式鉆孔軌跡測量系統(tǒng)中非接觸式測量裝置實施例2安裝在鉆機上進行孔深測量的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖8是圖7中測量探頭結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖9是圖8中A-A剖視圖；
[0031]圖10是鉆桿正向運動時兩磁感應(yīng)