煤层气车载钻机孔深在线测量装置及方法
【专利摘要】一种煤层气车载钻机孔深在线测量装置及方法，该装置包括：滑轮支架、起拔钢丝绳、动力头、给进钢丝绳、张紧轮、张紧油缸、锁紧螺母、二级给进机身、一级给进机身和给进油缸，滑轮支架、起拔钢丝绳、动力头、锁紧螺母、一级给进机身、给进油缸等组成了起拔倍速机构；动力头、给进钢丝绳、张紧轮、张紧油缸、二级给进机身、给进油缸等组成了给进倍速机构；在二级给进机身的顶端安装有一个CCD相机，还包含有编码器测量组件，由此，本发明能应用于煤层气车载钻机及其它具有钻孔作业的施工机械上，具有钻孔施工的同时进行在线测量孔深的能力，精度高，能减轻工人劳动强度，协助司钻人员完成钻孔施工作业。
【专利说明】煤层气车载钻机孔深在线测量装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及煤气层钻探的测量领域，具体涉及一种煤层气车载钻机孔深在线测量 装置及方法。
【背景技术】
[0002] 我国是煤炭资源大国，煤层气资源相当丰富，但开发煤层气投入成本高、风险高、 技术要求高，要掌握它的基本赋存规律和开发技术，必须有前期投入较大并且较先进的装 备。因此，开发具有自主知识产权的煤层气车载钻机至关重要。车载式煤层气车载钻机将 空压机、泥浆粟等全部集成在可移动车辆上，可实现泥浆钻进和空气钻进等多种钻进工艺， 不仅能进行地面煤层气抽采孔施工而且还可W进行地面矿山应急救援孔施工。在钻孔施工 过程中，孔深测量一般通过人工对孔中钻杆进行计数的方法获得，但该种方法误差大，不利 于管理。
[0003] 目前对于相关领域的孔深测量，现有技术主要包含：中国专利 狂L201120317082. 4)涉及到钻机孔深测量，但其主要应用于旋挖钻机孔深测量，而且采用 接近开关与编码盘的方式。该方法并不适用煤层气车载钻机，因为如何检测动力头上是否 有钻杆是一个难题。如果采用安装接近开关的方法来检测，煤层气车载钻机驱动的钻具直 径不同，接近开关检测距离近，旋转的动力头带动不同粗细的钻杆，容易造成打坏接近开关 或者检测距离不够导致不能检测，而且接近开关容易受外围杂物等影响检测效果。另外，编 码器安装在给进装置上，但给进装置运动时不一定连接有钻杆，会造成孔深的无效测量。 所W此方法并不适用于煤层气车载钻机。
[0004] 中国专利狂L201310568983. 4)涉及到轮式钻孔深度测量仪和钻孔深度测量方 法。其采用角度传感器采集轮架转动的角度信号，用位移传感器采集转轮转动的位移信 号，换算获得设定时间段的转轮跟随钻杆转动的螺旋线展开长度A L W及该时间段转轮轴 线与钻杆轴线的夹角a,通过L=ALXsina计算钻深L。现有的该类技术，转轮的传动 轴线与轮架的转动轴线垂直并存在设定的偏也距离，而且轮架转动轴线与钻杆轴线垂直相 交，该两个垂直度对安装精度要求很高，该两个垂直度涉及到转轮、钻杆和轮架在空间上的 两两垂直，如果安装有误差，则该专利中的H角定律正弦计算值误差很大，累积误差将更进 一步放大。另外，该专利还要求转轮压紧贴合在钻杆上，而且转轮轴线与钻杆轴线垂直，钻 杆在施工过程中会在空间中W轴线为中也进行振动和摇晃，由于转轮与钻杆的贴合面实际 上是一条切线而不是一个面接触，所W该种结构不稳定。另外，转轮运动过程中会产生径向 力和沿圆周方向的切向力，会对结构产生磨损和损坏。
[0005] 中国专利（CN202325482U)涉及到一种钻孔深度计量装置，该装置的圆柱转动体 一直受到钻杆旋转方向上的作用力，该力将使转动体受到偏转扭矩而使轴线产生不稳定， 所W其测量精度较差，而且长时间的磨损影响其使用寿命。
[0006] 中国专利狂L201310326673. 1)涉及一种煤矿井下钻杆长度及故障检测装置及其 使用方法，利用初始声波信号和反射声波信号之间的时间差及声波在钻杆中的传播速度 计算出钻杆长度，该方法只适用于离线测量单根钻杆的长度，无法在线测量孔深。
[0007] 其它专利多涉及爆破孔深测量、机床加工孔深测量及管道开孔深度测量，不在工 程孔范围内。
[0008] 电荷禪合器件（简称CCD,化arge Coupled Devices)是一种用于探测光的娃片， 由时钟脉冲电压来产生和控制半导体势阱的变化，实现存储和传递电荷信息的固态电子器 件，比传统的底片更能敏感的探测到光的变化。由于CCD具有体积小、高分辨率、高精度、稳 定性好、抗震动和电磁干扰等优点，目前广泛应用于工业尺寸测量、表面质量检测，特别是 智能传感器、图像传感器、摄像机等领域的发展更为迅速。
[0009] 因此，研究钻机如何在钻孔施工的同时能进行在线测量孔深，实现测量孔深不影 响钻孔施工，并提高钻孔深度测量精度，成为本领域的技术人员亟待解决的技术难题。
[0010] 为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜也研究和设计，综合长期多年从事 相关产业的经验和成果，研究设计出一种煤煤层气车载钻机孔深在线测量装置及方法，W 克服上述缺陷。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的就在于克服上述现有技术的不足，提供一种煤层气车载钻机孔深在 线测量装置及方法，能应用于煤层气车载钻机及其它具有钻孔作业的施工机械上，具有钻 孔施工的同时进行在线测量孔深的能力，精度高，能减轻工人劳动强度，协助司钻人员完成 钻孔施工作业。
[0012] 为实现上述目的，本发明公开了一种煤层气车载钻机孔深在线测量装置，包括：滑 轮支架、起拔钢丝绳、动力头、给进钢丝绳、张紧轮、张紧油缸、锁紧螺母、二级给进机身、一 级给进机身和给进油缸，其特征在于：
[0013] 所述一级给进机身套于所述二级给进机身的外缘，所述二级给进机身的上端固定 所述滑轮支架，下端固定所述张紧轮；
[0014] 所述起拔钢丝绳的一端用锁紧螺母固定于一级给进机身，另一端绕过所述滑轮支 架后连接至动力头的上端，所述给进油缸垂直固定于所述一级给进机身的上端，且所述给 进油缸的活塞杆末端连接于滑轮支架，由此，滑轮支架、起拔钢丝绳、动力头、锁紧螺母、一 级给进机身、给进油缸等组成了起拔倍速机构；
[0015] 所述给进钢丝绳的一端较接于张紧油缸的缸杆耳座，所述张紧油缸较接于所述一 级给进机身，所述给进钢丝绳的另一端绕过张紧轮后连接于动力头的下部，动力头、给进钢 丝绳、张紧轮、张紧油缸、二级给进机身、给进油缸等组成了给进倍速机构；
[0016] 在二级给进机身的顶端安装有一个CCD相机，还包含有编码器测量组件，所述编 码器测量组件包括编码器、联轴器和滑动胶轮，编码器与滑动胶轮同轴并通过联轴器连接 在一起，所述滑动胶轮紧贴二级给进机身的一面，从而二级给进机身给进或起拔运动时，编 码器可通过滑动胶轮得到二级给进机身的移动距离。
[0017] 其中；所述滑动胶轮上设有压紧构件，其中，所述压紧构件包含一个预紧弹黃，W 及一调紧手柄，所述调节手柄螺合于压紧盖，且预紧弹黃的一端抵靠于调紧手柄，另一端抵 靠于滑动胶轮，从而通过调节手柄进行预紧力的调节，W确保滑动胶轮不打滑。
[0018] 其中；所述滑动胶轮的表面设有摩擦层。
[0019] 还公开了一种煤层气车载钻机孔深在线测量方法，通过权利要求1-3中任一测量 装置实现，该测量方法中测量的孔深L为：
[0020]
【权利要求】
1. 一种煤层气车载钻机孔深在线测量装置，包括：滑轮支架、起拔钢丝绳、动力头、给 进钢丝绳、张紧轮、张紧油缸、锁紧螺母、二级给进机身、一级给进机身和给进油缸，其特征 在于： 所述一级给进机身套于所述二级给进机身的外缘，所述二级给进机身的上端固定所述 滑轮支架，下端固定所述张紧轮； 所述起拔钢丝绳的一端用锁紧螺母固定于一级给进机身，另一端绕过所述滑轮支架后 连接至动力头的上端，所述给进油缸垂直固定于所述一级给进机身的上端，且所述给进油 缸的活塞杆末端连接于滑轮支架，由此，滑轮支架、起拔钢丝绳、动力头、锁紧螺母、一级给 进机身、给进油缸等组成了起拔倍速机构； 所述给进钢丝绳的一端铰接于张紧油缸的缸杆耳座，所述张紧油缸铰接于所述一级 给进机身，所述给进钢丝绳的另一端绕过张紧轮后连接于动力头的下部，动力头、给进钢丝 绳、张紧轮、张紧油缸、二级给进机身、给进油缸等组成了给进倍速机构； 在二级给进机身的顶端安装有一个CCD相机，还包含有编码器测量组件，所述编码器 测量组件包括编码器、联轴器和滑动胶轮，编码器与滑动胶轮同轴并通过联轴器连接在一 起，所述滑动胶轮紧贴二级给进机身的一面，从而二级给进机身给进或起拔运动时，编码器 可通过滑动胶轮得到二级给进机身的移动距离。
2. 如权利要求1所述的煤层气车载钻机孔深在线测量装置，其特征在于：所述滑动胶 轮上设有压紧构件，其中，所述压紧构件包含一个预紧弹簧，以及一调紧手柄，所述调节手 柄螺合于压紧盖，且预紧弹簧的一端抵靠于调紧手柄，另一端抵靠于滑动胶轮，从而通过调 节手柄进行预紧力的调节，以确保滑动胶轮不打滑。
3. 如权利要求2所述的煤层气车载钻机孔深在线测量装置，其特征在于：所述滑动胶 轮的表面设有摩擦层。
4. 一种煤层气车载钻机孔深在线测量方法，通过权利要求1-3中任一测量装置实现， 该测量方法中测量的孔深L为：
式中：Ltl--原始孔深；Lg--上次二级给进机身运动的位移；ANi--读取的脉冲 变化量；D--顶部滑轮直径;M为编码器分辨率，单位为脉冲/圈。
【文档编号】E21B47/04GK104389517SQ201410541932
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年10月14日 优先权日:2014年10月14日
【发明者】翁寅生, 凡东, 田宏亮, 常江华, 赵良, 祁玉宁, 鲁飞飞, 王贺剑 申请人:中煤科工集团西安研究院有限公司