礦用鉆孔軌跡隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，尤其涉及礦用鉆孔軌跡隨鉆測(cè)量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前隨鉆測(cè)量系統(tǒng)主要應(yīng)用在石油鉆探領(lǐng)域和煤礦井下鉆探領(lǐng)域。其中石油鉆探領(lǐng)域以無(wú)線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用最多，且主要采用泥漿脈沖作為信號(hào)傳輸方式，相應(yīng)技術(shù)比較成熟；電磁波隨鉆測(cè)量系統(tǒng)在欠平衡鉆井中有大量應(yīng)用，主要以購(gòu)買國(guó)外產(chǎn)品為主，國(guó)內(nèi)技術(shù)還處于發(fā)展階段。但由于無(wú)線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)無(wú)線傳輸困難、結(jié)構(gòu)尺寸大、工作電壓和電流較大，煤安設(shè)計(jì)困難，因此在煤礦井下鉆探施工領(lǐng)域中主要應(yīng)用有線隨鉆測(cè)量方式。
[0003]提供實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的鉆進(jìn)姿態(tài)角并對(duì)鉆具進(jìn)行相應(yīng)控制是鉆具實(shí)現(xiàn)按既定軌跡鉆進(jìn)的關(guān)鍵。鉆進(jìn)姿態(tài)系統(tǒng)以較強(qiáng)的自主性、全程實(shí)時(shí)性和抗干擾能力成為鉆進(jìn)姿態(tài)系統(tǒng)發(fā)展的主流，特別是隨著微慣性傳感技術(shù)的發(fā)展，其很好地滿足用戶對(duì)鉆進(jìn)姿態(tài)系統(tǒng)小型化、低成本、低功耗、高精度和空間全姿態(tài)測(cè)量的要求，并成為當(dāng)前研宄的熱點(diǎn)。
[0004]市場(chǎng)現(xiàn)有為數(shù)不多的礦用隨鉆測(cè)量系統(tǒng)大多存在如下問題:供電時(shí)間大多在20h左右，存儲(chǔ)容量為測(cè)量點(diǎn)數(shù)為1000個(gè)左右，姿態(tài)測(cè)量大多適用用于水平井和豎直井測(cè)量，軟件功能簡(jiǎn)單，操作復(fù)雜，成本高。本發(fā)明所涉及的礦用鉆孔軌跡隨鉆測(cè)量系統(tǒng)能夠很好地解決以上存在冋題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的針對(duì)現(xiàn)有礦用隨鉆測(cè)量系統(tǒng)存在的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、操作流程簡(jiǎn)單，人機(jī)交互軟件功能齊全，整個(gè)系統(tǒng)遵循本安設(shè)計(jì)，能夠在煤礦井下爆炸性氣體環(huán)境下進(jìn)行工作的礦用鉆孔軌跡隨鉆測(cè)量系統(tǒng)。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
礦用鉆孔軌跡隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:由孔內(nèi)儀器和孔口儀器組成，所有器件均遵循國(guó)家本安標(biāo)準(zhǔn)，所述孔內(nèi)儀器主要是由測(cè)量鉆桿、姿態(tài)測(cè)量管、姿態(tài)測(cè)量裝置組成；孔口儀器主要由防爆計(jì)算機(jī)組成。
[0007]其中所述姿態(tài)測(cè)量裝置由卡圈、圓柱堵頭、O型密封圈、傳感器組、測(cè)量電路板、基座板、本安可充電電源組、通纜接頭、固定組件等組成。姿態(tài)測(cè)量裝置實(shí)時(shí)測(cè)量鉆孔內(nèi)工程參數(shù)，并通過通纜鉆桿傳輸至孔口儀器。
[0008]其中所述防爆計(jì)算機(jī)可對(duì)孔內(nèi)姿態(tài)測(cè)量裝置上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示和存儲(chǔ)，并具有相關(guān)工作參數(shù)的設(shè)置、故障和報(bào)警自診斷功能。防爆計(jì)算機(jī)上所運(yùn)行的監(jiān)控軟件采用虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)軌跡3D曲線顯示、鉆孔軌跡的設(shè)計(jì)、孔內(nèi)工況動(dòng)態(tài)三維重構(gòu)顯示，后臺(tái)專業(yè)報(bào)表及前臺(tái)數(shù)據(jù)表的生成顯示，孔內(nèi)儀器的參數(shù)及工作模式的設(shè)置，測(cè)量點(diǎn)姿態(tài)參數(shù)二維圖像顯示，姿態(tài)參數(shù)的虛擬儀表顯示和本地時(shí)間的顯示。
[0009]礦用鉆孔軌跡隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:姿態(tài)測(cè)量裝置內(nèi)的6自由度傳感器集成I個(gè)3軸加速度計(jì)和I個(gè)3軸陀螺儀，可測(cè)得沿鉆具坐標(biāo)系中的X、Y、Z軸的重力加速度分量和旋轉(zhuǎn)角速度分量，3軸磁阻傳感器測(cè)得沿鉆具坐標(biāo)系中的X、Y、Z軸的地磁分量，經(jīng)6自由度傳感器處理電路、3軸磁阻傳感器處理電路傳送給單片機(jī)最小系統(tǒng)，利用旋轉(zhuǎn)矩陣解算獲得傾角和工具面向角參數(shù)，并對(duì)沿鉆具軸向進(jìn)行干擾磁場(chǎng)處理和數(shù)據(jù)融合算法，解算出較高精度的方位角參數(shù)。孔內(nèi)儀器參數(shù)信號(hào)經(jīng)存儲(chǔ)電路實(shí)時(shí)存儲(chǔ)并由通纜接頭經(jīng)通纜鉆桿與防爆計(jì)算機(jī)上的監(jiān)控軟件進(jìn)行雙向通信，實(shí)時(shí)顯示和進(jìn)一步處理鉆孔軌跡。
[0010]其中所述礦用鉆孔軌跡隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的本安要求主要是將可充電電池組電源通過本安保護(hù)電路轉(zhuǎn)化為本安電源，并經(jīng)過開關(guān)電源電路為測(cè)量電路板工作提供本安電源?？沙潆婋姵亟M由一組可充電電池組串聯(lián)組成，并且可進(jìn)行在線充電。
[0011]其中所述礦用鉆孔軌跡隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的低功耗、高精度、寬范圍要求主要通過采用高精度的6自由度傳感器和3軸磁阻傳感器，以及測(cè)量電路和姿態(tài)解算算法聯(lián)合測(cè)量實(shí)現(xiàn)。
[0012]本發(fā)明有益效果為:礦用鉆孔軌跡隨鉆測(cè)量系統(tǒng)可以低功耗、高精度、寬范圍實(shí)時(shí)測(cè)量鉆孔內(nèi)姿態(tài)參數(shù)、支持孔口內(nèi)外雙向通信、數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)上傳和卡式存儲(chǔ)，操作界面采用虛擬可視化技術(shù)，具有良好的人機(jī)交互能力，操作方便。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明的礦用鉆孔軌跡隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的原理示意圖；
圖2為本發(fā)明的礦用鉆孔軌跡隨鉆測(cè)量系統(tǒng)孔內(nèi)儀器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為測(cè)量電路板的測(cè)量原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面通過實(shí)施例，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0015]實(shí)施例:
參見圖1，本發(fā)明的礦用鉆孔軌跡隨鉆測(cè)量系統(tǒng)由孔內(nèi)儀器和孔口儀器組成。其中孔內(nèi)儀器主要由姿態(tài)測(cè)量裝置(3)內(nèi)的6自由度傳感器、3軸磁阻傳感器進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)的采集，經(jīng)6自由度傳感器處理電路(5)、3軸磁阻傳感器處理電路(6)傳送給單片機(jī)最小系統(tǒng)(7)，利用旋轉(zhuǎn)矩陣解算獲得傾角和工具面向角、方位角等參數(shù)。孔內(nèi)儀器所測(cè)姿態(tài)參數(shù)信號(hào)由通纜接頭(3-8)經(jīng)通纜鉆桿與防爆計(jì)算機(jī)(4)上的監(jiān)控軟件進(jìn)行雙向通信，實(shí)時(shí)顯示和進(jìn)一步處理鉆孔軌跡。
[0016]參見圖2，本發(fā)明的礦用鉆孔軌跡隨鉆測(cè)量系統(tǒng)孔內(nèi)儀器包括測(cè)量鉆桿(1)、姿態(tài)測(cè)量管(2)、姿態(tài)測(cè)量裝置(3)。姿態(tài)測(cè)量裝置(3)由卡圈(3-1)、圓柱堵頭(3-2)、0型密封圈(3-3 )、傳感器組(3-4 )、測(cè)量電路板(3-5 )、本安可充電電源組(3-6 )、基座板(3_7 )、通纜接頭(3-8 )、支撐環(huán)(3-9 )等組成。在姿態(tài)測(cè)量裝置(3 )的兩個(gè)圓柱堵頭(3-2 )上分別鉆有四個(gè)沿周向均布的螺紋孔，姿態(tài)測(cè)量管(2)兩端也分別鉆有四個(gè)均布孔，用4個(gè)緊釘螺釘將姿態(tài)測(cè)量裝置(3)在固定姿態(tài)測(cè)量管(2)內(nèi)，姿態(tài)測(cè)量管(2)通過其兩端卡圈(3-1)固定在測(cè)量鉆桿(I)相應(yīng)的凹槽內(nèi)，測(cè)量鉆桿(I)通過其兩端的公、母螺紋接頭分別與鉆頭與通纜鉆桿相聯(lián)接。
[0017]參見圖3，測(cè)量電路板(3-4)由6自由度傳感器處理電路(5)、3軸磁阻傳感器處理電路(6)、單片機(jī)最小系統(tǒng)(7)、開關(guān)電源電路(8)、電源監(jiān)測(cè)電路(9)、通信電路(10)、存儲(chǔ)電路(11)等組成。單片機(jī)最小系統(tǒng)(7)分別與6自由度傳感器處理電路(5)、3軸磁阻傳感器處理電路(6)、開關(guān)電源電路(8)、電源監(jiān)測(cè)電路(9)、通信電路(10)、存儲(chǔ)電路(11)