[发明专利]一种矿用离线式随钻测斜系统及其测斜方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种离线式矿用随钻测斜方法，具体而言，是给矿用小型回转钻机配套使用，用于钻孔轨迹参数的测量以及轨迹曲线绘制的一种矿用离线式随钻测斜方法。

背景技术

在煤矿的开采过程中，透水和瓦斯是煤矿频发的主要事故。在巷道开采进行掘进的工作前，首先要对煤层进行地下水防治、瓦斯抽采及排放等工作，保证巷道内采煤工作人员的安全。具体方法是采用钻机沿水平方向打钻孔，通过钻孔来探放瓦斯和水。另外为了指导掘进工作，需要获得钻孔轨迹图，目前国内外主要用有线式随钻测量方式，即钻杆中心穿缆，是一种在线测量，通常也称作千米定向钻，但是这种钻机成本较高，而且因为体积较大，不适合掘进工作面；另外千米定向钻机系统适合煤层气开采、或者瓦斯开采的长距离钻进，对于探放水或者排放瓦斯需要的短距离钻进工况来说，千米定向钻机显得有点大牛拉小车，同时千米定向钻机的在线随钻测量系统还有价格昂贵，维修不便等缺点，而且由于是中心穿缆，对于高瓦斯矿具有一定的安全隐患，所以中小型的普通回转钻机就成为首选，本发明在于给中小型回转钻机配套一种离线式随钻测斜装置，目的在于使得矿用小型回转钻机也能实现钻孔轨迹精确绘制。公开号为CN103104250A的专利只强调了随钻测斜系统的基本构成，并没有阐述系统的工作流程以及测斜数据处理方式，而且也不能再井下直接显示钻孔轨迹，不方便煤矿使用。公开号为CN103939388A的专利描述了随钻测斜装置的结构，并没有给出测斜方法以及轨迹绘制方法。公开号为CN101343997A的发明专利只强调测斜仪的逻辑电路结构，没有给出具体传感器的使用以及配套的测斜方法。

综上所述，目前仍然没有一套能够很好配套于煤矿中小型普通回转钻机的，方便煤矿工人使用和煤矿技术人员分析钻孔轨迹的随钻测斜系统和测斜方法。

发明内容

为了弥补现有技术的缺陷，针对普通常规回转钻机，本发明提供一种矿用离线式随钻测斜系统及其测斜方法。

一种矿用离线式随钻测斜方法的技术方案如下。

一种矿用离线式随钻测斜系统，包括探管、同步仪和上位机软件；其特征在于：所述探管、同步仪和上位机软件是通过通讯线路连接构成；所述探管是测量实时钻头姿态；同步仪是提取和存储有效测量点数据，上传和绘制指定钻孔轨迹；上位机软件是读取有效点数据，以及绘制二维、三维钻孔轨迹和统筹分析基于同一坐标系下多个钻孔轨迹，同时同步探管和同步仪的时间。

进一步的附加技术方案如下。

所述探管是包括三轴重力加速度传感器模块、三轴磁阻传感器模块、存储模块、实时时钟模块、温度模块、供电模块、RS-232通讯模块以及CPU最小系统，其中三轴重力加速度传感器模块用于测量地球重力加速度矢量在载具三轴的分量；三轴磁阻传感器用于测量地磁场矢量在载具三轴的分量；实时时钟模块用于标定测点时间；存储模块用于存储间隔为12s的测点数据；供电模块用于给整个探管电路系统提供5V和3.3V电源。

所述同步仪是包括存储模块、实时时钟模块、显示屏模块、按键模块、USB模块、RS232-通讯模块、以及供电模块和CPU最小系统模块；其中按键模块用于采集钻杆编号和钻孔编号；实时时钟模块永不标定钻杆和钻孔数据采集时间；存储模块用于存储上传的探管数据和同步仪采集数据；USB模块用于通过U盘导出有效点数据到上位机；显示模块用于显示当前钻杆和钻孔数据以及工作状态，以及当司钻完成后还可显示钻孔轨迹。

所述上位机软件是收集钻孔有效数据进行分析，包括二维或者三维显示同一坐标系下的多个钻孔轨迹。

一种用于上述的矿用离线式随钻测斜系统的随钻测斜方法，所述测斜方法包括探管采数据方法、同步仪采数据方法以及数据的组合提取有效点数据方法，并将有效点绘制钻孔轨迹的方法；

其中的探管采数据方法是探管是每隔12s采集一个姿态数据点，点位数据包括实时时间、磁场三轴分量、重力加速度三轴分量以及钻头处环境温度；其中的同步仪采数据方法是每添加一根钻杆采集一个钻杆数据点，该点位数据包括实时时间、钻孔编号以及钻杆编号；其中的数据的组合提取有效点数据方法是司钻完成后按照钻杆数据点的时间±6s来寻找探管数据点，然后融合为有效数据点，再将每个有效点点位数据按空间坐标系旋转理论解算三个姿态角：倾角、方位角和工具面角，最后结合钻杆长度依据平衡正切法绘制出钻孔轨迹，包括二维轨迹和三维轨迹。

进一步的随钻测斜方法的技术方案如下。

所述测斜方法是基于同一坐标系下的单钻孔或多钻孔测斜，并进行同一坐标系下绘制三维钻孔轨迹。