一种非开挖钻探系统的钻头深度的计算方法技术方案

本发明专利技术公开了一种非开挖钻探系统的钻头深度的计算方法，所述非开挖钻探系统包括能够接收卫星的GPS数据的导向仪和用于钻进的钻头，其特征在于：所述计算方法包括如下步骤：1)利用导向仪的GPS数据计算钻头当前位置对应的地面上的当前点和钻头前一个位置对应的地面上的前一点的水平距离d；2)利用导向仪的GPS数据计算当前点和钻头钻进路线的起点的高度差，a＝A–A

【技术实现步骤摘要】
一种非开挖钻探系统的钻头深度的计算方法
本专利技术涉及非开挖
，尤其是一种非开挖钻进系统的钻头深度的计算方法。
技术介绍
随着城市建设的大规模发展，需要在城市中铺设截污管或能源(液化气、天然气等)供应管，较常用的方法是开挖槽来埋管埋线，这会造成环境污染，引起交通堵塞，并且存在施工安全隐患。因此，目前也已开发使用了非开挖铺管技术，即一种利用岩土钻掘手段，在路面不挖沟、不破坏大面积地表层的情况下，铺设、修复和更换地下管线的施工技术。使用非开挖技术具有周期短、成本低、污染少、安全性能好等优点，而且不会影响正常的交通秩序。非开挖铺管技术应用较广的为水平导向前进法，其是利用非开挖导向仪引导装有钻头的钻杆进行定向前进来实现。非开挖导向仪包括提供钻头实时的工况-深度、倾角以及钟点方向，让地面的操作人员实时掌握钻孔轨迹以便对后续的操作进行及时的修正，以保证按既定的路线轨迹精确定向，完成非开挖铺管。由此可见，非开挖铺管技术对于非开挖导向仪的精确测量有着很高的要求。由上可知，在非开挖行业中，需要检测和记录钻头在地下的深度，现有的技术是采用地下碳棒和地面接收仪之间的电磁感应来检测的。如申请号为201720303118.0的中国专利公开的一种松散破碎地层非开挖定向钻进导向系统，包括钻机、与钻机连接的钻杆以及设置于钻杆端部的钻头，钻头上设有信号探棒，信号探棒通过电磁波信号传输装置与遥显仪连接，电磁波信号传输装置为无线电磁波信号传输装置，通过地下信号探棒发出钻头位置和角度的电磁波信号，并通过地面导向仪接显示钻头深度、倾斜度、工具面向角等参数，从而供操作人员掌握孔内情况。在无干扰源、较浅的地土中，上述这种通过电磁感应来检测的技术是可行的。但随着钻探深度的增加，以及不可预测的干扰源(如地下金属管线，钢筋水泥等)，现行技术便无法准确地判断碳棒(钻头)在地下的深度。目前还有利用GPS的方案，但只涉及两点(或两根钻杆间)之间的相对落差计算，不涉及深度，落差计算是一种近似算法。参见图4，把钻杆的弧形长度作为斜边的长度使用。之所以这样做，有两个前提：1、每完成一个钻杆的推进，钻杆的弯曲是有限的，即图中的弧长和斜边长很接近，因此，可以用弧长结合两杆的倾角平均值来计算落差；2、数据记录只能，且必须在完成一杆后进行，也就是说，每次计算落差时，弧长已知且不变，只有倾角变化。这种落差算法有两个缺点：1、因为两点的弧长总是大于两点的直线长度，因此，当涉及长距离作业时，算法便会产生积累误差，使记录/计算所得数据不能正确的反映地下实际的路线；2、记录数据必须、且只能在完成一整杆进度后进行，任何其他点记录的数据都会引起计算错误。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，提供一种非开挖钻进系统的钻头深度的计算方法，能获得钻头离地面的实际深度，提高测量精度，避免外界干扰。本专利技术解决上述技术问题所采用的第一个技术方案为：一种非开挖钻探系统的钻头深度的计算方法，所述非开挖钻探系统包括能够接收卫星的GPS数据的导向仪和用于钻进的钻头，其特征在于：所述计算方法包括如下步骤：1)利用导向仪的GPS数据计算钻头当前位置对应的地面上的当前点和钻头前一个位置对应的地面上的前一点的水平距离d：前一点的GPS坐标是(La-1,Lo-1,A-1)，当前点的GPS坐标是(La,Lo,A)，计算这两点之间水平距离的方法如下：1.1)把前一点的GPS高度用当前点的高度替换，使得前一点和当前点处在同一高度，得到新的GPS坐标(La-1,Lo-1,A)；1.2)把同一高度的两点(La-1,Lo-1,A)和(La,Lo,A)换成大地坐标(X-1,Y-1,Z-1)和(X,Y,Z)；1.3)计算大地坐标上两点的距离：d＝SQRT((X–X-1)2+(Y-Y-1)2+(Z–Z-1)2)；2)利用导向仪的GPS数据计算当前点和钻头钻进路线的起点的高度差，a＝A–A0，A0表示起点的GPS高度；3)计算当前点和前一点的平均倾角β＝(α+α-1)/2，其中α-1是前一点的倾角，α是当前点的倾角；4)计算当前点相对于前一点的落差l＝d×tanβ；5)计算当前点相对于起点的落差L＝L-1+l；6)计算钻头的深度H，H＝L+a。为使得导向仪的GPS数据精准，提高后续深度计算的准确性，所述非开挖钻探系统还包括固定基点矫正器，所述地面定位器包括第一GPS接收器、差分数据接收器和GPS矫正计算模块，第一GPS接收器差分数据接收器的输出端还与GPS矫正计算模块的输入端连接；所述导向装置还包括固定基点矫正器，所述固定基点矫正器包括第二GPS接收器、差分计算模块、能够向导向仪的差分数据接收器发送信号的差分数据发射器和基点位置输入模块，所述第二GPS接收器和基点位置输入模块的输出端均连接到差分计算模块的输入端，所述差分计算模块的输出端连接差分数据发射器的输入端；在步骤1)和2)中，所述GPS矫正计算模块能够通过第一GPS接收器和差分数据接收器接收到的数据计算矫正后导向仪的GPS数据。优选的，在步骤3)中，导向仪通过设置在钻头上的碳棒获得前一点的和当前点的倾角。本专利技术解决上述技术问题所采用的第二个技术方案为：一种非开挖钻探系统的钻头深度的计算方法，所述非开挖钻探系统包括能够接收卫星的GPS数据的导向仪和用于钻进的钻头，其特征在于：所述计算方法包括如下步骤：1)利用导向仪的GPS数据计算钻头当前位置对应的地面上的当前点和钻头的钻进路线的起点的高度差：当前点*GPS坐标是(La,Lo,A)，起点(O0)的GPS坐标是(La0,Lo0,A0)，a＝A–A0；2)计算当前点和钻头前一个位置对应的地面上的前一点的平均倾角β＝(α+α-1)/2，其中α-1是前一点的倾角，α是当前点的倾角；3)计算当前点相对于前一点的落差l＝R×sinβ，R为钻探系统的钻杆的长度；4)计算当前点相对于起点的落差L＝L-1+l；5)计算钻头的深度H，H＝L+a。为使得导向仪的GPS数据精准，提高后续深度计算的准确性，所述非开挖钻探系统还包括固定基点矫正器，所述地面定位器包括第一GPS接收器、差分数据接收器和GPS矫正计算模块，第一GPS接收器差分数据接收器的输出端还与GPS矫正计算模块的输入端连接；所述导向装置还包括固定基点矫正器，所述固定基点矫正器包括第二GPS接收器、差分计算模块、能够向导向仪的差分数据接收器发送信号的差分数据发射器和基点位置输入模块，所述第二GPS接收器和基点位置输入模块的输出端均连接到差分计算模块的输入端，所述差分计算模块的输出端连接差分数据发射器的输入端；在步骤1)和2)中，所述GPS矫正计算模块能够通过第一GPS接收器和差分数据接收器接收到的数据计算矫正后导向仪的GPS数据。优选的，在步骤3)中，导向仪通过设置在钻头上的碳棒获得前一点的和当前点的倾角。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：通过使用通过精准GPS位置所得的两点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非开挖钻探系统的钻头深度的计算方法，所述非开挖钻探系统包括能够接收卫星(6)的GPS数据的导向仪(3)和用于钻进的钻头(2)，其特征在于：所述计算方法包括如下步骤：/n1)利用导向仪(3)的GPS数据计算钻头(2)当前位置对应的地面上的当前点(O

【技术特征摘要】
1.一种非开挖钻探系统的钻头深度的计算方法，所述非开挖钻探系统包括能够接收卫星(6)的GPS数据的导向仪(3)和用于钻进的钻头(2)，其特征在于：所述计算方法包括如下步骤：
1)利用导向仪(3)的GPS数据计算钻头(2)当前位置对应的地面上的当前点(O1)和钻头(2)前一个位置对应的地面上的前一点(O-1)的水平距离d：前一点(O-1)的GPS坐标是(La-1,Lo-1,A-1)，当前点(O1)的GPS坐标是(La,Lo,A)，计算这两点之间水平距离的方法如下：
1.1)把前一点(O-1)的GPS高度用当前点(O1)的高度替换，使得前一点(O-1)和当前点(O1)处在同一高度，得到新的GPS坐标(La-1,Lo-1,A)；
1.2)把同一高度的两点(La-1,Lo-1,A)和(La,Lo,A)换成大地坐标(X-1,Y-1,Z-1)和(X,Y,Z)；
1.3)计算大地坐标上两点的距离：d＝SQRT((X–X-1)2+(Y-Y-1)2+(Z–Z-1)2)；
2)利用导向仪(3)的GPS数据计算当前点(O1)和钻头(2)钻进路线的起点(O0)的高度差，a＝A–A0，A0表示起点(O0)的GPS高度；
3)计算当前点(O1)和前一点(O-1)的平均倾角β＝(α+α-1)/2，其中α-1是前一点(O-1)的倾角，α是当前点(O1)的倾角；
4)计算当前点(O1)相对于前一点(O-1)的落差l＝d×tanβ；
5)计算当前点(O1)相对于起点(O0)的落差L＝L-1+l；
6)计算钻头(2)的深度H，H＝L+a。


2.根据权利要求1所述的非开挖钻探系统的钻头深度的计算方法，其特征在于：所述非开挖钻探系统还包括固定基点矫正器(5)，所述导向仪(3)包括地面定位器(32)，所述地面定位器(32)包括第一GPS接收器(321)、差分数据接收器(322)和GPS矫正计算模块(325)，第一GPS接收器(321)和差分数据接收器(322)的输出端还与GPS矫正计算模块(325)的输入端连接；所述固定基点矫正器(5)包括第二GPS接收器(51)、差分计算模块(52)、能够向导向仪(3)的差分数据接收器(322)发送信号的差分数据发射器(53)和基点位置输入模块(54)，所述第二GPS接收器(51)和基点位置输入模块(54)的输出端均连接到的输入端，所述差分计算模块(52)的输出端连接差分数据发射器(53)的输入端；在步骤1)和2)中，所述GPS矫正计算模块(325)能够通过第一GPS接收器(321)和差分数据接...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志余，金宇鹏，
申请(专利权)人：黄山金地电子有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34