[发明专利]一种钻孔轨迹测量装置

说明书

本发明公开一种钻孔轨迹测量装置，钻孔轨迹测量装置安装在首节钻杆中，包括外壳及设置在外壳中的钻孔信息采集单元，钻孔信息采集单元与信号处理单元连接，信号处理单元与存储单元连接，存储单元与通讯电路连接，通讯电路用于与终端设备连接；钻孔信息采集单元用于采集钻孔信息，信号处理单元用于利用钻孔信息，获取钻孔轨迹信息，并对钻孔轨迹信息进行修正处理；存储单元用于存储修正后的钻孔轨迹信息；本发明通过满足在无磁环境，无需对钻杆进行无磁处理，钻孔施工过程能够同时完成测量，使用方便，避免了对钻孔进行冲洗，减少了施工作业环节，降低了操作难度，使用方便，测量结果准确，应用范围广，满足便捷和智能化的钻孔轨迹测量要求。

技术领域

本发明属于矿井下钻孔施工工程技术领域，特别涉及一种钻孔轨迹测量装置。

背景技术

在煤矿生产及施工过程中，由于煤岩层强度不一或地层结构变化等原因，容易造成钻孔偏移量大，进而引起的瓦斯抽放孔施工不到位导致瓦斯抽放效果差、探放水钻孔终孔位置不精准导致放不出水、注浆孔目标层位不准确、防灭火孔探测不到位及钻孔工程量统计繁琐等煤矿生产实际问题，在具体作业中无法准确知道钻孔的实际方位角、倾角、深度及其偏移量大小，因此难以掌握钻孔设计参数与实际参数之间的差距。

目前，已有的钻孔参数测量或者监测设备采用磁性传感器的，需要无磁环境，由于测量或监测设备位于钻杆内部，因此对钻杆需要进行无磁处理，造成了生产成本的提升和设备操作难度加大；同时，煤矿井下设备如锚索、支架、电器、管路、钻杆等钢制产品均会对其测量准确度产生严重影响，另外一些测量或监测设备需要在钻孔施工完成后，对钻孔进行冲洗再向钻孔内部送入设备，增加了施工作业环节和工人操作难度，应用推广范围有限，难以满足便捷、智能化的要求。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种钻孔轨迹测量装置及测量方法，以解决现有技术中钻孔参数测量难度大，成本较高，测量准确度较低的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供了一种钻孔轨迹测量装置，钻孔轨迹测量装置安装在首节钻杆中，包括外壳及设置在外壳中的钻孔信息采集单元、信号处理单元、存储单元、通讯电路及电源，钻孔信息采集单元的输出端与信号处理单元的输入端连接，信号处理单元的输出端与存储单元连接，存储单元的输出端与通讯电路连接，通讯电路用于与终端设备连接；

钻孔信息采集单元用于采集钻孔施工信息，并将采集钻孔施工信息传输至信号处理单元，钻孔施工信息包括钻杆动作信息、钻孔环境磁场信息及钻杆内部压力信息；信号处理单元用于利用钻孔施工信息，获取钻孔轨迹信息，并对钻孔轨迹信息进行修正处理，得到修正后的钻孔轨迹信息；存储单元用于存储修正后的钻孔轨迹信息。

进一步的，钻孔信息采集单元包括六轴惯性传感器、三轴磁力计及压力传感器，六轴惯性传感器及三轴磁力计均设置在外壳中，并均与信号处理单元连接；压力传感器设置在外壳的端部，且位于首节钻杆与钻头的连接处；六轴惯性传感器包括三轴陀螺仪传感器及三轴加速度传感器，三轴陀螺仪传感器用于获取钻杆转向角速度信息，三轴加速度传感器用于获取钻杆转向角速度增量信息；三轴磁力计用于获取施工钻孔所在环境的地磁场信息；压力传感器用于钻杆内部压力信息。

进一步的，通讯电路的接线端设置在外壳的端部，通讯电路的接线端上设置有防水体。

进一步的，首节钻杆采用短节钻杆，短节钻杆的长度为0.4-1.0m。

进一步的，信号处理单元获取钻孔轨迹信息，并对钻孔轨迹信息进行降噪及滤波处理过程，具体包括以下步骤：

步骤1、根据设定的钻杆转向顺序，建立欧拉角姿态运动学方程；

步骤2、利用在积分步进内点，关于钻杆转向角速度增量信息的多步算法，计算得到钻头的方位角ψ、滚转角γ和俯仰角θ；