一种基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置及方法，包括钻机、钻杆、非金属钻杆、钻孔雷达仪、非金属钻杆、钻头、孔深记录仪和防爆手机；孔深记录仪安装在钻机上，以记录钻孔雷达仪在钻孔内的深度，防爆手机与孔深记录仪和钻孔雷达仪通信，为孔深记录仪和钻孔雷达仪同步时间、下发参数命令和传输数据；钻孔雷达仪包括控制中心模块、数据存储模块、WIFI通信模块、电池、轨迹测量模块、发射天线、接收天线、信号发射机、信号接收机等。本发明专利技术能对煤矿井下的所有钻孔进行探测，可测钻孔深度大于500m，可测钻孔周围1m～10m范围内的地质异常体、含水异常体、煤层顶底板的界面位置，分辨率达0.15m～0.3m，为煤矿井下的智能开采提供精细的指导依据。

A Fine Detection Device and Method of Mine Borehole Radar Based on Drilling Machine Pushing

【技术实现步骤摘要】
一种基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置及方法
本专利技术涉及应用地球物理学雷达波探测
，具体地指一种基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置及方法。
技术介绍
随着煤矿的智能化开采的发展，当前煤矿勘探趋向于寻找小型、隐藏的地质构造，煤矿的瓦斯治理和水害治理从定性到定量的发展，开采工作面的超前探测需求等，对于物探勘探提出了探测精度高并且探测距离远的探测要求。一般的地球物理方法都是在地表或者待测体表面进行的，然而由于地下或者待测体内部的结构比较复杂，仅仅依靠从这些方法中所获得的数据去准确推断诸如岩性、地质体方位等信息就很难，这就给地质学家们提出了一个新的问题，即如何提高解释的精度。然而，井中雷达的最大特点和优势就是高分辨率和高精度，但令人遗憾的是，探测的范围非常有限，探测的地质目标的尺度也很小。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷和不足，本专利技术提供了一种基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置及方法，通过该装置和方法，可以对煤矿井下的所有钻孔进行探测，可测钻孔深度大于500m，可以探测钻孔周围1m～10m范围内的地质异常体、含水异常体、煤层顶底板的界面位置，分辨率达到0.15m～0.3m，为煤矿井下的智能开采提供精细的指导依据。为达到上述目的，本专利技术采取如下的技术方案：一种基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置，包括依次连接的钻机、钻杆、非金属钻杆、钻孔雷达仪、非金属钻杆和钻头；还包括孔深记录仪和防爆手机，所述孔深记录仪安装在钻机上，以记录钻孔雷达仪在钻孔内的深度，所述防爆手机通过WIFI与孔深记录仪和钻孔雷达仪通信，为孔深记录仪和钻孔雷达仪同步时间、下发参数命令和传输数据；所述钻孔雷达仪包括钻孔雷达仪控制中心模块、钻孔雷达仪数据存储模块、钻孔雷达仪WIFI通信模块、钻孔雷达仪电池、轨迹测量模块、发射天线、接收天线、信号发射机、信号接收机、电路板、固定电路板的铜螺钉、用于装配固定各部件的骨架以及套在各部件外的非金属外管。本专利技术还包括如下技术特征：具体的，所述钻孔雷达仪控制中心模块为信号发射机、信号接收机及轨迹测量模块下发工作命令，并将信号接收机采集的直达雷达波和发射雷达波进行数字化，再将其存储在钻孔雷达仪数据存储模块中，将钻孔轨迹测量模块测量的钻孔的倾角、方位数据存储在钻孔雷达仪数据存储模块中；钻孔雷达仪控制中心模块控制钻孔雷达仪WIFI通信模块与防爆手机进行通信、下发接收时间同步命令，并进行内部的时间同步；钻孔雷达仪控制中心模块接收防爆手机下发的参数设置并进行参数设置、接收防爆手机数据传输命令以及向防爆手机发送采集的所有数据。具体的，信号发射机在钻孔雷达仪控制中心模块的控制下根据接收到的信号发射命令，产生电磁波脉冲信号，通过发射天线发射到地层中；信号接收机在钻孔雷达仪控制中心模块的控制下，接收接收天线接收到的信号，并将信号传送至钻孔雷达仪控制中心模块，由钻孔雷达仪控制中心模块进行处理；钻孔轨迹测量模块测量仪器的倾角、方位，根据钻孔雷达仪控制中心模块的控制命令，将测量的数据返回至钻孔雷达仪控制中心模块，钻孔雷达仪控制中心模块对数据进行处理，并将数据存储在钻孔雷达仪数据存储模块中。具体的，钻孔雷达仪WIFI通信模块为钻孔雷达仪控制中心模块与防爆手机连接提供了无线通信方式，钻孔雷达仪WIFI通信模块与钻孔雷达仪控制中心模块连接，钻孔雷达仪控制中心模块为其供电，并且对其进行控制，钻孔雷达仪WIFI通信模块提供WIFI信号的产生源，防爆手机通过手机WIFI寻找该WIFI，建立连接之后二者实现无线通信。具体的，钻孔雷达仪数据存储模块为钻孔雷达仪控制中心模块提供外部存储单元，钻孔雷达仪控制中心模块将测得的轨迹测量数据、雷达返回数据通过时间戳的方式存储在钻孔雷达仪数据存储模块的数据存储单元中，钻孔雷达仪控制中心模块在需要取出数据时再从中取出存储的数据。具体的，所述发射天线和接收天线均由两个圆锥铜管组成，两个圆锥铜管的锥行端之间连接一个馈电电阻组成发射天线或接收天线，两个圆锥铜管锥形端的距离小于5mm；发射天线与信号发射机连接，接收信号发射机发射的脉冲雷达信号，并将雷达信号发射到地层中；接收天线与信号接收机连接，接收雷达信号，并将信号传递给信号接收机；发射天线和接收天线直接装在用于装配固定各部件的骨架中；发射天线末端点与接收天线前端点的距离大于15mm，发射天线和接收天线的整体长度范围为300mm～600mm，直径小于30mm；发射天线和接收天线中心频率为500MHz-1000MHz，带宽为400MHz-1200MHz；非金属外管材质为玻璃纤维材质，具有非金属特性，内径大于30mm，外径最小可达73mm，能应用于钻孔成孔的直径大于73mm钻孔中。具体的，所述孔深记录仪包括孔深记录仪控制中心、孔深记录仪数据存储模块、孔深记录仪WIFI通信模块、孔深记录仪电池、光电编码器、滚轮、分量应力传感器、振动传感器以及状态监测模块。具体的，所述孔深记录仪控制中心为孔深记录仪的主控单元，孔深记录仪控制中心接收光电编码器传回的深度变化量、状态监测模块返回的3分量应力传感器测得的滚轮上的三个方向上的应力和振动传感器监测的振动幅度，然后将接收到的数据进行处理，再将数据存储至孔深记录仪数据存储模块中；所述孔深记录仪控制中心通过孔深记录仪WIFI通信模块与防爆手机建立连接，接收防爆手机下发的参数配置命令，并且根据防爆手机的命令上传孔深记录仪数据存储模块中存储的数据；所述光电编码器与滚轮连接，滚轮转动时，光电编码器计数，滚轮转动2mm光电编码器记录一个脉冲，转动一圈为1024个脉冲；所述状态监测模块控制3分量应力传感器和振动传感器，3分量应力传感器与振动传感器均安装在滚轮表面，3分量应力传感器监测滚轮上的X、Y、Z三个方向的受力情况，以用于判断钻杆是滑动前进或旋转前进，振动传感器主要监测钻杆的振动情况，反应钻孔雷达仪与钻杆连接的整个系统的振动状态；所述孔深记录仪WIFI通信模块为孔深记录仪与防爆手机的连接提供了无线通信方式，孔深记录仪WIFI通信模块与孔深记录仪控制中心连接，孔深记录仪控制中心为其供电，并对其进行控制，孔深记录仪WIFI通信模块为WIFI信号产生源，防爆手机通过WIFI信号寻找该WIFI，建立连接之后二者实现无线通信；所述孔深记录仪数据存储模块为孔深记录仪控制中心提供了外部存储单元，孔深记录仪控制中心将深度信息、应力信息、振动信息以时间戳的方式存储在孔深记录仪数据存储模块中，孔深记录仪控制中心在需要取出存储的数据时从孔深记录仪数据存储模块中取出数据。具体的，所述防爆手机为手持终端，其上安装有基于钻机推送的钻孔雷达的数据采集控制APP，由操作人员在测量之前为钻孔雷达仪和孔深记录仪同步时间，为钻孔雷达仪下发仪器所需参数，在数据采集结束时获取钻孔雷达数据和孔深数据，并且根据钻孔雷达数据的时间戳和孔深数据的时间戳将二者匹配，建立以孔深变化的采集的钻孔雷达数据；并在该防爆手机的APP上，进行钻孔雷达的数据的整体展示、雷达单道数据展示、钻孔轨迹展示、整个测量过程中振动情况的展示、钻杆推送过程中钻杆的运动情况展示，并可将所有数据传递给电脑。本专利技术还提供一种采用所述的基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置的探测方法，该探测方法包括以下步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置，其特征在于，包括依次连接的钻机(1)、钻杆(2)、非金属钻杆(3)、钻孔雷达仪(4)、非金属钻杆(3)和钻头(5)；还包括孔深记录仪(6)和防爆手机(7)，所述孔深记录仪(6)安装在钻机(1)上，以记录钻孔雷达仪(6)在钻孔内的深度，所述防爆手机(7)通过WIFI与孔深记录仪(6)和钻孔雷达仪(4)通信，为孔深记录仪(6)和钻孔雷达仪(4)同步时间、下发参数命令和传输数据；所述钻孔雷达仪(4)包括钻孔雷达仪控制中心模块(401)、钻孔雷达仪数据存储模块(402)、钻孔雷达仪WIFI通信模块(403)、钻孔雷达仪电池(404)、轨迹测量模块(405)、发射天线(406)、接收天线(407)、信号发射机(408)、信号接收机(409)、电路板(410)、固定电路板的铜螺钉(411)、用于装配固定各部件的骨架(412)以及套在各部件外的非金属外管(413)。

【技术特征摘要】
1.一种基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置，其特征在于，包括依次连接的钻机(1)、钻杆(2)、非金属钻杆(3)、钻孔雷达仪(4)、非金属钻杆(3)和钻头(5)；还包括孔深记录仪(6)和防爆手机(7)，所述孔深记录仪(6)安装在钻机(1)上，以记录钻孔雷达仪(6)在钻孔内的深度，所述防爆手机(7)通过WIFI与孔深记录仪(6)和钻孔雷达仪(4)通信，为孔深记录仪(6)和钻孔雷达仪(4)同步时间、下发参数命令和传输数据；所述钻孔雷达仪(4)包括钻孔雷达仪控制中心模块(401)、钻孔雷达仪数据存储模块(402)、钻孔雷达仪WIFI通信模块(403)、钻孔雷达仪电池(404)、轨迹测量模块(405)、发射天线(406)、接收天线(407)、信号发射机(408)、信号接收机(409)、电路板(410)、固定电路板的铜螺钉(411)、用于装配固定各部件的骨架(412)以及套在各部件外的非金属外管(413)。2.如权利要求1所述的基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置，其特征在于，所述钻孔雷达仪控制中心模块(401)为信号发射机(408)、信号接收机(409)及轨迹测量模块(405)下发工作命令，并将信号接收机(409)采集的直达雷达波和发射雷达波进行数字化，再将其存储在钻孔雷达仪数据存储模块(402)中，将钻孔轨迹测量模块(405)测量的钻孔的倾角、方位数据存储在钻孔雷达仪数据存储模块(402)中；钻孔雷达仪控制中心模块(401)控制钻孔雷达仪WIFI通信模块(403)与防爆手机(7)进行通信、下发接收时间同步命令，并进行内部的时间同步；钻孔雷达仪控制中心模块(401)接收防爆手机(7)下发的参数设置并进行参数设置、接收防爆手机(7)数据传输命令以及向防爆手机(7)发送采集的所有数据。3.如权利要求2所述的基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置，其特征在于，所述信号发射机(408)在钻孔雷达仪控制中心模块(401)的控制下根据接收到的信号发射命令，产生电磁波脉冲信号，通过发射天线发射到地层中；信号接收机(409)在钻孔雷达仪控制中心模块(401)的控制下，接收接收天线接(407)收到的信号，并将信号传送至钻孔雷达仪控制中心模块(401)，由钻孔雷达仪控制中心模块(401)进行处理；钻孔轨迹测量模块(405)测量仪器的倾角、方位，根据钻孔雷达仪控制中心模块(401)的控制命令，将测量的数据返回至钻孔雷达仪控制中心模块(401)，钻孔雷达仪控制中心模块(401)对数据进行处理，并将数据存储在钻孔雷达仪数据存储模块(402)中。4.如权利要求2所述的基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置，其特征在于，钻孔雷达仪WIFI通信模块(403)为钻孔雷达仪控制中心模块(401)与防爆手机(7)连接提供了无线通信方式，钻孔雷达仪WIFI通信模块(403)与钻孔雷达仪控制中心模块(401)连接，钻孔雷达仪控制中心模块(401)为其供电，并且对其进行控制，钻孔雷达仪WIFI通信模块(403)提供WIFI信号的产生源，防爆手机(7)通过手机WIFI寻找该WIFI，建立连接之后二者实现无线通信。5.如权利要求2所述的基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置，其特征在于，钻孔雷达仪数据存储模块(402)为钻孔雷达仪控制中心模块(401)提供外部存储单元，钻孔雷达仪控制中心模块(401)将测得的轨迹测量数据、雷达返回数据通过时间戳的方式存储在钻孔雷达仪数据存储模块(402)的数据存储单元中，钻孔雷达仪控制中心模块(401)在需要取出数据时再从中取出存储的数据。6.如权利要求2所述的基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置，其特征在于，所述发射天线(406)和接收天线(407)均由两个圆锥铜管组成，两个圆锥铜管的锥行端之间连接一个馈电电阻组成发射天线(406)或接收天线(407)，两个圆锥铜管锥形端的距离小于5mm；发射天线(406)与信号发射机(408)连接，接收信号发射机(408)发射的脉冲雷达信号，并将雷达信号发射到地层中；接收天线(407)与信号接收机(409)连接，接收雷达信号，并将信号传递给信号接收机(409)；发射天线(406)和接收天线(407)直接装在用于装配固定各部件的骨架(412)中；发射天线(406)末端点与接收天线(407)前端点的距离大于15mm，发射天线(406)和接收天线(407)的整体长度范围为300mm～600mm，直径小于30mm；发射天线(406)和接收天线(407)中心频率为500MHz-1000MHz，带宽为400MHz-1200MHz；非金属外管(413)材质为玻璃纤维材质，具有非金属特性，内径大于30mm，外径最小可达73mm，能应用于钻孔成孔的直径大于73mm钻孔中。7.如权利要求1所述的基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置，其特征在于，所述孔深记录仪(6)包括孔深记录仪控制中心(601)、孔深记录仪数据存储模块(602)、孔深记录仪WIFI通信模块(603)、孔深记录仪电池(604)、光电编码器(605)、滚轮(606)、3分量应力传感器(607)、振动传感器(608)以及状态监测模块(609)。8.如权利要求1所述的基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋必辞，程建远，田小超，汲方林，燕斌，王小龙，丛琳，张鹏，代晨昱，王岚，
申请(专利权)人：中煤科工集团西安研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61