[发明专利]一种钻孔轨迹测量与可视化系统及方法

说明书

本发明公开一种钻孔轨迹测量与可视化系统与方法，该系统包括姿态数据采集设备、密封保护装置、测量设备推进机构、牵引装置和钻孔轨迹可视化软件；该方法包括以下步骤：一、将钻孔轨迹测量设备打开电源开关后塞入钻杆中的注水孔；二、将钻孔轨迹测量设备推入钻杆前端钻头附近；三、使用连接线拽出钻孔轨迹测量设备；步骤四、采用钻孔轨迹可视化软件分析处理数据得到钻孔轨迹；所述推进机构包括水力推进、高压气体推进和钛合金软杆推进这三种。本发明能准确测量钻孔轨迹，提高钻孔施工质量，保障矿山安全。

技术领域

本发明属于钻孔轨迹测量及可视化技术领域，尤其是涉及一种矿用防尘注水钻机钻孔轨迹测量与可视化系统及方法。

背景技术

在煤炭采掘业中，钻进技术在煤层基础参数测定、瓦斯抽放、探放水、地质勘探等方面有着非常广泛的应用。实际钻进作业中，由于煤岩体的各向异性、受载状态的复杂性以及施工过程中钻机的操作不规范等问题，一方面容易造成钻头方向难以控制，钻孔轨迹曲率大，钻进阻力大，常常发生掉钻、钻杆折断等问题，另一方面钻孔轨迹偏离设计轨迹严重，达不到预期打钻目标，造成工期延误或探灾、防灾技术效果差。研究钻孔轨迹精确测量、分析及可视化技术，能够提高钻进作业质量，确保钻孔符合设计要求，对于提高煤矿中各类使用钻孔的探灾、防灾技术措施的效果，减少事故及保障煤矿的安全生产，都具有重要的意义。

目前，矿井常用的随钻测斜的钻孔轨迹测量技术受钻杆快速旋转和井下磁环境的影响，使用条件苛刻、测量精度较低，难以满足现场钻孔轨迹的测量要求。因此，现如今缺少一种尺寸较小，精度较高，且能够将装置直接送入钻孔内部，并对钻孔轨迹直接进行测量并可视化的系统及方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种钻孔轨迹测量与可视化系统，其测量精度高、使用方便、尺寸较小、功耗较低，能够在钻孔完成后快速测量钻孔轨迹，从而评估钻孔质量，确保煤矿中各类使用钻孔的探灾、防灾技术措施的效果，保障煤矿安全生产。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种钻孔轨迹测量与可视化系统，包括姿态数据采集设备、密封保护装置、能够推动所述姿态数据采集设备在钻杆注水孔中运动的推进机构、能够将所述姿态数据采集设备由钻杆中拽出的牵引装置、对姿态数据进行分析并可视化的钻孔轨迹可视化软件。

所述姿态数据采集设备包括电源模块、姿态数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块；所述电源模块包括能够对设备进行供电的电池及变压模块，所述姿态数据采集模块包括传感器和外部配合使用的一些阻容原件等接插件，所述数据处理模块为主处理器，所述数据存储模块为对姿态数据进行存储的存储设备；所述姿态数据采集模块中的传感器可以为9轴传感器，所述姿态数据采集模块将采集到的数据通过I2C接口传输到数据处理模块，所述数据处理模块通过自带的I2C接口接收姿态数据采集模块发送过来的数据，所述数据存储模块通过SPI接口将数据处理模块发出的姿态数据进行存储。

所述密封保护装置包括能够将数据采集设备装入其中的金属保护筒，金属保护筒后端的金属尾翼，方便拽出数据采集设备的连接线，金属尾翼后端有便于固定连接线的连接孔，包裹在金属保护筒周围的橡胶保护套，用于固定橡胶保护套的固定键帽，用于密封的金属盖和橡胶保护盖。

上述的一种钻孔轨迹测量与可视化系统，所述钻杆为矿用防尘注水钻机使用的钻杆。

上述的一种钻孔轨迹测量与可视化系统，所述姿态数据采集设备中的传感器可能够分别输出3轴加速度信号、3轴陀螺仪角速度信号、以及3轴磁力信号。

上述的一种钻孔轨迹测量与可视化系统，所述姿态数据采集设备中的姿态数据采集模块在进行传输时每一帧数据并不是实时传输的，这样可以降低设备的功耗。

上述的一种钻孔轨迹测量与可视化系统，所述姿态数据采集设备各模块高度集成在宽度不大于20mm的电路板上，使得钻孔轨迹测量设备能够在钻杆中部的孔中运动。