矿用钻孔轨迹随钻测量系统20140306

开发普通回 转钻进钻孔 测量系统
保障煤矿安全 生产 降低突出事故的 发生率
具有巨大的社 会和经济效益
北京科利安
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系统组成及工作原理
矿用钻孔轨迹随钻测量系统由探管、主机和上位机软件三 部分组成。随钻测量探管的外保护筒由铍青铜合金管材加工 而成，合缝处采用能防水、防尘的橡胶密封圈密封。数据处 理仪不锈钢材加工而成，合缝处采用能防水、防尘的橡胶密 封条密封。 施工时将随钻测量探管安装在无磁钻杆内，在钻进过程 中，随钻测量探管采集钻孔倾角、方位角、工具面角等数据 ，存储在 flash芯片中， 与此同时主机接受操作工人的按键 操作，进行有效测点数据采集并存储。最后由上位机软件对 测量探管和数据处理仪中的数据进行合成，并绘制钻孔的空 间轨迹曲线。
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仪器精度、工作参数及单套配置：
倾 方 角： 位： ±0.2° （-90 ～ 90°） ±1.5° （ 0 ～ 360°）
仪器工作温度： -10 ～ 125℃ 仪器最大耐压： 60MPa 探管外形尺寸： Φ 32×1488mm 测量探管重量： 6.5kg 数据处理仪重量：5.6kg
电池工作时间： ≥30h
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（4）、探管和无磁钻杆可存放在钻场，只需将数据处理仪 和需充电的充电电池带回地面，方便钻工携带。 （5）、软件可以生成实钻与设计轨迹在各测点的左右和上 下偏差；还可以根据客户实际施工需要，增加个性化功能 ，满足不同需求。
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4、上位机软Байду номын сангаас界面
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孔眼轨迹示意图
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2.551 3.556 4.47 4.393 3.792 2.982
1.80
2.40 3.30 4.40 5.00 3.70 2.80
-0.07
0.15 0.26 0.07 -0.61 0.09 0.18
188.575
188.157 188.719 189.189 188.858 188.558 188.697
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测 量 探 管
双轴加速 度传感器
测量X Y Z 三 轴 方 向上加速度分量
钻孔倾角 A/D采样 CPU计算 钻孔方位角 与同步器 时间合成
磁阻传感器
测量磁 场 分 量
计时器
记录测量时间
有效测点
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加速度测量部分提供Gx、 Gy、Gz三个分量
磁场测量板提供Mx、 My、Mz三个分量
1）充电器为同步器电池充电，充电时间约为4小 时 2）充电器输入为220V/50Hz交流电，输出为输出 为7.2V直流电压。
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系统工作性能稳定 与定向钻进相比，采用回转钻进工艺进行钻孔时，工况 复杂，且钻杆要随着钻头一直处于高速旋转状态，转速 最高可达100~200r/min。这将对测量系统造成较大的震 动。为解决这一问题，该套测量系统优选军工品质的传 感器，同时在内部抗震结构设计上也做了极大的优化， 使测量系统具有较高的抗震性，保证测量系统在回转钻 进钻孔作业中稳定运行。
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测量仪器具有小型化和低能耗 为满足回转钻进钻孔测斜仪应用的普遍性，回转钻进钻孔测 斜仪采用Φ32mm的小尺寸测量探管。小尺寸测量探管具有 过流面积大，阻力小，损耗小，便于携带等优点。同时，可 将该套系统用于井下探放水钻孔的施工中，实现探放水钻孔 的合理布置，防止出现探放水的盲区。 回转钻进钻孔测斜仪采用充电电池对系统进行供电，为了提 高电池的使用时间，对测量系统内部的电路进行了优化设计， 可保证测量探管、同步器工作时间大于30h，减少了充电时 间，提高了工作效率。
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矿用钻孔轨迹随钻
测量系统
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概述
霍州煤电集团隶属于山西焦煤集团，近年来，集团公司积极响应 安全生产的号召，在瓦斯抽放、探放水领域配置了一系列的设备。根 据统计数据，集团公司目前共拥有172台钻机，其中钻距大于200米的 钻机有138台，小于200米的有34台。通过对李雅庄、干河、三交河、 团柏、辛置等煤矿进行调研，了解到钻孔现场普遍存在钻孔轨迹无法 测量、钻孔位置不确定等情况，造成瓦斯抽放盲区、探放水盲区等现 象。钻孔的施工很多情况下依赖于现场工作人员的经验与技术，对钻 孔情况缺乏一种科学、有效的评估方式。
184.518
183.92 183.69 183.723 183.467 181.857 181.967
184.70
184.30 183.30 184.00 182.60 181.20 182.10
-0.18
-0.38 0.39 -0.28 0.87 0.66 -0.13
54
57
5.219
6.026

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概述
轨迹无法 测量
必要性
测量精确
实钻与 设计轨迹 偏差大
普通回转钻进 易形成 瓦斯抽放 盲区及 探放水盲区
霍州煤电集团 现状：回转钻 机使用量大
轨迹测量 回转钻进
实现科学 钻孔
瓦斯抽放 效果好
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提高钻孔设计 、布置合理性 降低钻孔费用 成本 扫除瓦斯抽放、探 放水钻孔盲区
规范煤矿瓦斯抽 放、探放水作业 的标准化
倾角、方位角、 工具面向角等参数
存储到FLASH
系统线路控制原理图
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同步器
同步器 电池 同步器
与测量探管时间同步，记录有 效测量点存储测量探管中数据
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1 2 3
同步器的电源设备与测量探管同为本安型镍氢电池组
电池电量供应能够保证同步器正常工作30小时
只需将更换下的电池带至地面通过专用的充电器充电
184.295
183.877 184.439 184.909 184.578 184.278 184.417
184.50
183.80 184.60 185.40 184.50 184.10 184.40
-0.21
0.08 -0.16 -0.49 0.08 0.18 0.02
33
36 39 42 45 48 51
2米
2米
根
根 根 个
2
2 1 1 8
20*3.55
个
11
12
沉头螺钉
十字改锥
M3*8
个
把
8
1
13
14 15 16
应用软件及使用手册（ U 盘）
便携式牛皮包 仪器箱 合格证
份
个 个 份
1
1 1 1
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仪器主要特点
（1）、仪器可以按照传统测斜仪在终孔后重新下钻测斜的 方式进行测量；更具有边打边测的新功能，利用接钻杆的 时间完成测斜，不影响钻孔施工；即使是按照传统方式在 终孔后重新下钻来测量，仪器也能够接上钻头，当遇到坍 塌孔段，可以开泵打钻将渣返出，继续测量，保证测斜成 功率（所测即所打）。 （2）、每一次测斜，钻杆静止时间仅需20秒（利用接钻杆 的时间完成测斜，不影响钻孔施工），提高测斜效率；测 斜过程操作简单，只需按数据处理仪上的“采集”按钮即 可完成。 （3）、探管在井下即可更换电池，只用钻机现场已配备的 活扳手（不需专用工具）打紧即可，非常方便。
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探管
数据采集部分
探管电池
特点：随钻测量、存储钻孔轨迹数据
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橡胶减震块
测量探管固定结构设计
测量探管减震结构设计
1）三翼结构和双台肩结构，实现了轴向和径向的同时固定，克服螺 钉易掉、滑扣、固定不牢靠、拆卸不便等问题 2）测量短节上设计安装有橡胶减震块，对钻孔过程中的震动起缓冲 作用，保护测量探管内部电子元件
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序号 1 2 3 4 5 无磁钻杆 探管 探管电源 主机 主机电源 YHX7.2-Z 产品名称 产品型号 Φ73/63mm YHX7.2-T 单位 米 根 节 台 节 数量 1.5 1 2 1 2 备 注
外径尺寸及形状可根据用户要求调整。
6
7 8 9 10
通讯线
连接线 串口转USB口线 专用充电器 “O”型密封圈
5、部分现场试验数据
（1）本系统与澳钻测斜数据比较试验
与澳钻数据比较
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孔深 9 SQ倾角 1.211 奥钻倾角 1.30 倾角差值 -0.09 SQ磁方位 188.548 SQ真方位 184.268 奥钻真方位 184.50 方位差值 -0.23
12
15 18 21 24 27 30
1.727
和澳钻数据比较
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通过与澳钻测斜数据比较可以看出，在所复测的120米 井段中，同一孔深，倾角最大偏差-0.42°，方位最大偏差 0.87°，两家数据吻合，井眼轨迹图重合，达到预期试验 效果。
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谢 谢
5.20
6.20
0.02
-0.17
186.127
185.197
181.847
180.917
182.20
180.90
-0.35
0.02
和澳钻数据比较
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孔深 60 63 66 69 72 75 78 81 84 87 90 93 96 99 102 105 108 111 114 117 120 SQ倾角 4.926 3.681 3.426 4.032 3.398 2.668 2.631 1.849 1.165 1.462 2.837 3.918 4.985 5.795 5.373 3.827 2.668 2.774 1.741 0.71 -0.009 奥钻倾角 5.20 4.10 3.60 4.30 3.40 2.60 2.80 1.80 1.00 1.50 2.80 4.10 4.70 5.60 5.40 3.80 2.50 2.60 1.80 0.70 -0.10 倾角差值 -0.27 -0.42 -0.17 -0.27 0.00 0.07 -0.17 0.05 0.17 -0.04 0.04 -0.18 0.29 0.20 -0.03 0.03 0.17 0.17 -0.06 0.01 0.09 SQ磁方位 183.785 183.709 184.601 185.805 185.085 185.792 186.649 186.761 187.36 188.176 189.666 190.359 191.762 193.003 194.39 194.56 195.585 196.351 198.695 200.754 200.73 SQ真方位 179.505 179.429 180.321 181.525 180.805 181.512 182.369 182.481 183.08 183.896 185.386 186.079 187.482 188.723 190.11 190.28 191.305 192.071 194.415 196.474 196.45 奥钻真方位 179.60 179.40 180.80 181.40 180.50 181.40 182.30 182.80 182.60 184.20 185.00 185.60 186.90 188.10 189.90 190.00 190.50 191.90 193.80 195.60 196.00 方位差值 -0.09 0.03 -0.48 0.13 0.31 0.11 0.07 -0.32 0.48 -0.30 0.39 0.48 0.58 0.62 0.21 0.28 0.81 0.17 0.61 0.87 0.45
2.765
2.515 3.039 3.776 4.218 4.002 4.227
2.80
2.50 2.90 3.90 4.10 4.00 4.10
-0.03
0.02 0.14 -0.12 0.12 0.00 0.13
188.798
188.2 187.97 188.003 187.747 186.137 186.247