矿用随钻式钻孔轨迹测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种矿用随钻式钻孔轨迹测量系统。
【背景技术】
[0002]煤矿在进行采煤作业前，通常会先进行地质勘探，以查明煤层、岩石、水的地质分布，有瓦斯的煤矿通常需要进行瓦斯抽放；进行这些作业主要是靠在煤层或岩层中打入一定数量的钻孔；钻孔的角度，位置是否与设计目标一致关系到后期地质勘探准确性，瓦斯抽放的效果，所以钻孔的角度和位置(空间上称为轨迹)是煤矿钻孔作业的重要考核项目。
[0003]钻孔轨迹考核对多数煤矿来说，目前还是一项缺失的管理项目。有技术实力的煤矿，会采购具有定向功能的定向钻进钻机，在钻孔阶段按照设计目标实施。由于定向钻机体积庞大，成本高，很多煤矿巷道无法应用，更多煤矿采用的是无定向功能的普通液压钻机(图一)，此类钻机形成钻孔的轨迹通常难以考核。
[0004]普通液压钻机钻孔时主要工作过程如下:动力头具有旋转功能、推进、拉拔功能，在动力头驱动下，钻杆被逐个打入煤层或岩层中，每一钻杆定长，打入一定数量的钻杆后，逐个拉拔退出。
[0005]目前市场上存在的钻孔轨迹测量系统，测量操作模式基本上都是按以下方法进行:在钻孔作业完成后，把测量探杆(内装用于测量空间姿态的角度传感器)作为钻杆重新进行一次钻进过程。在这个过程中，测量探杆会定时记录自身每一时刻的姿态角度和对应时间；操作者人工计数每一次加装钻杆停止时的钻杆个数(通常是在测量装置主机上有按键)，时间(自动记录)。这种二次钻进完成后，取出测量探杆，主机和探杆进行通讯以读取测量过程中的角度数据，主机把自身记录的钻杆个数(乘以单个钻杆长度后作为深度)，和探杆内的姿态角度数据依照时间进行一一对应，最后形成一个钻孔的空间轨迹。
[0006]但上述的这种测量钻孔空间轨迹的方法一方面测量方法效率低，操作复杂，另一方面，测量探杆内部的角度传感器在测量时，钻杆可能在运动，也可能在静止，难以保证角度传感器所测参数的准确性，最终影响空间轨迹的精确度。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型提供一种矿用随钻式钻孔轨迹测量系统，以解决现有技术中测量探杆中的角度传感器测量参数不准确的技术问题。
[0008]本实用新型所提供的矿用随钻式钻孔轨迹测量系统的技术方案是:矿用随钻式钻孔轨迹测量系统，包括测量探杆，测量探杆中设有用于测量空间姿态的角度传感器，所述的测量探杆中设有用于检测测量探杆处于运动、静止状态的运动状态测量器，测量探杆中还设有用于根据运动状态测量器输出的表示测量探杆由运动状态转为完全静止状态时测量信号控制所述角度传感器进行空间姿态测量的主控制器，所述主控制器与所述运动状态测量器及角度传感器对应信号连接。
[0009]所述的运动状态测量器为加速度计或电子陀螺仪或振动传感器；所述角度传感器为电子罗盘。
[0010]所述的测量系统还包括用于测量钻孔深度的非接触式测量探头，测量探头包括用于非接触的套装在首尾对接的标准钻杆上的永磁体，测量探头还包括设置于永磁体旁侧、用于在钻杆对接处通过该永磁体时输出相应信号的磁感应传感器。
[0011]所述的磁感应传感器为由沿标准钻杆周向均布的多个霍尔电压传感器构成的霍尔传感器组，所述的永磁体为环形结构。
[0012]所述的永磁体沿标准钻杆运动方向间隔分布有两个，所述磁感应传感器对应两永磁体间隔设定间距布置有两个。
[0013]所述测量探头包括用于非接触的套装在首尾对接的标准钻杆上的导磁衔铁架，导磁衔铁架上设有供标准钻杆穿过的内穿孔，两永磁体沿标准钻杆运动方向间隔固设在导磁衔铁架上，两磁感应传感器沿标准钻杆运动方向间隔固设在导磁衔铁架上。
[0014]所述的测量系统还包括用于测量钻孔深度的非接触式测量探头，该测量探头包括用于产生交变电流的激励电路，激励电路包括用于非接触的套装在标准钻杆上的激励线圈，测量探头还包括用于在标准钻杆穿过所述激励线圈的过程中检测激励线圈内部信号变化的检测电路，检测电路包括用于非接触的套装在标准钻杆上的检测所述激励线圈内部信号变化的检测线圈，检测线圈与激励线圈相互靠近布置以与所述激励线圈形成电磁耦合。
[0015]所述的激励电路包括依次连接的交变激励源、信号放大单元和所述的激励线圈。
[0016]所述的交变激励源为幅值不变的正弦激励源。
[0017]所述的检测电路包括依次连接的所述检测线圈和对检测线圈输出的检测信号进行处理并将检测信号与设定阈值进行比较且根据比较结果输出脉冲信号的信号处理单元，所述测量装置还包括用于与信号处理单元的输出端信号连接以对所述脉冲信号进行计数的检测主机。
[0018]本实用新型的有益效果是:本实用新型所提供的矿用随钻式钻孔轨迹测量系统中，测量探杆内部安装有用于检测测量探杆状态的运动状态测量器，该运动状态测量器在检测测量探杆由运动状态转为完全静止状态时，由主控制器控制角度传感器启动进行空间姿态测量，保证空间姿态测量的准确性，提高测量精度。
[0019]进一步的，在使用本实用新型所提供的钻杆钻孔深度测量装置对钻孔深度进行测量时，有钻杆的杆体部位和首尾对接部位的结构不同，在首尾对接的标准钻杆穿过测量探头时，标准钻杆的杆体部位及对接处对整个永磁体的磁场的磁阻不同，磁阻的变化反应在磁场的磁感应强度的变化上，在相邻标准钻杆的首尾对接处穿过永磁体并经过磁感应传感器时，磁感应传感器感应到因钻杆对接处穿过永磁体时磁路磁阻突变导致磁路磁感应强度发生突变，输出脉冲检测信号，对脉冲检测信号进行计数，将脉冲检测信号的个数乘以标准钻杆的长度即可得到钻孔深度。整个测量装置结构简单，使用方便。而本实用新型所提供的测量方法中通过磁感应传感器输出的检测信号判断标准钻杆的对接处是否通过测量探头，可有效降低工人的劳动强度，提高工人的劳动效率。
[0020]进一步的，永磁体采用永磁环，磁场效果好，可以提高检测精度。
[0021]进一步的，在本实用新型所提供的测量装置在使用时，使首尾对接的标准钻杆连续性的通过测量探头，非接触的套装在标准钻杆上的激励线圈会向标准钻杆施加感应磁场，该感应磁场会在首尾对接的标准钻杆内部产生涡流，根据电磁感应定律，涡流产生的磁场会反抗原来激励线圈自身磁场的变化，等效于激励线圈自身阻抗的变化，激励线圈内部信号发生变化，通过与激励线圈电磁耦合的检测线圈检测到激励线圈内部信号变化，因为首尾对接的标准钻杆在对接处不仅存在接缝，而且接缝处的金属横截面积也远大于标准钻杆杆体的其他部位，在首尾对接的标准钻杆连续性的穿过激励线圈时，标准钻杆的对接处所产生的涡流和中部杆体处所产生的涡流对激励线圈的内部信号的影响不同，激励线圈的内部信号变化也不相同，即当标准钻杆的对接处通过激励线圈时所造成的影响大于标准钻杆杆体的其他部位对激励线圈所造成的影响，与激励线圈形成电磁耦合的检测线圈会检测到激励线圈内部信号变化，进而可通过检测线圈输出的检测信号判断标准钻杆的对接处是否通过，可有效降低工人的劳动强度，提高工人的劳动效率。
【附图说明】
[0022]图1是本实用新型提供的矿用随钻式钻孔轨迹测量系统中测量探杆内部器件框图；
[0023]图2是测量探杆中电子罗盘所测方位角及俯仰角示意图(图中X轴指向正北方向，Y轴指向正西方向，Z轴指向竖直向上，α为俯仰角(-90° -90° )，β为方位角(0-360° ))；
[0024]图3是为现有技术中标准钻杆连接结构示意图；
[0025]图4是本实用新型提供的矿用随钻式钻孔轨迹测量系统中非接触式测量装置实施例I安装在钻机上进行孔深测量的结构示意图；
[0026]图5是图4中测量探头的电气原理框图；
[0027]图6是图祸流效应原理图；
[0028]图7是本实用新型提供的矿用随钻式钻孔轨迹测量系统中非接触式测量装置实施例2安装在钻机上进行孔深测量的结构示意图；
[0029]图8是图7中测量探头结构示意图；
[0030]图9是图8中A-A剖视图；
[0031]图10是钻杆正向运动时两磁感应