一种煤矿钻孔深度测量短节及钻孔深度确定方法技术

本发明专利技术公开一种煤矿钻孔深度测量短节，包括测量短节外管，所述测量短节外管内设置有数据采集单元、微控制单元、存储单元、无线通信单元、时钟同步单元和供电单元，测量短节外管内套装有无磁钻杆，当钻机加压时，与无磁钻杆连接的压力开关闭合，数据采集单元开始采集数据；当钻机泄压时，压力开关打开，数据采集单元停止采集数据。本发明专利技术还公开了一种钻孔深度确定方法，远端服务器对接收到的每根钻杆对应的多组采集数据进行处理得到每根钻杆对应的轴向钻进位移和轴向钻进速度，然后，对得到的每根钻杆对应的轴向钻进位移进行判定得到每根钻杆的对应钻进深度，最后，每根钻杆的对应钻进深度进行累加得到钻孔深度。进深度进行累加得到钻孔深度。进深度进行累加得到钻孔深度。

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿钻孔深度测量短节及钻孔深度确定方法


[0001]本专利技术属于煤矿钻探
，涉及一种煤矿钻孔深度测量短节及钻孔深度确定方法。

技术介绍

[0002]煤矿井下探放水和煤层瓦斯抽放施工时，通常采用定向钻进或回转钻进的方式来实现井下钻探探查。在井下钻孔施工工程中，通常利用钻孔测斜装置实现钻孔轨迹测量和判断，轨迹参数包括钻孔的倾角、方位角、工具面向角和钻孔深度。其中钻孔的倾角、方位角、工具面向角可通过钻孔测斜装置进行测量，钻孔深度测量是制约钻孔轨迹精确测量的重要因素之一。
[0003]目前，在井下定向钻孔施工时，往往采用人工计数的方法进行钻孔深度计量，这种方法存在着计量误差大，可能出现工人误报、漏报的情况，造成钻孔深度与钻孔姿态角度不匹配，最终导致钻孔轨迹测量偏差大、终孔位置测量不准确。
[0004]此外，现有钻孔深度测量方法还包括声波测量方法、基于机器的视觉识别方法、基于钻孔液压力的测量方法，这些方法的缺陷在于：声波测量法受环境影响较大，声波在孔内发散严重，并存在大量杂波，测量效果不理想；基于机器的视觉识别方法由于需在施工现场安装摄像机并铺设光缆，所以成本较高，并且当钻场能见度低或有遮挡时，测量效果会大打折扣；基于钻孔液压力的测量方法，对于上斜孔的测量效果较好，但对于近水平钻孔或下斜钻孔就不再适用。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷和不足，本专利技术提供一种煤矿钻孔深度测量短节及钻孔深度确定方法，以克服现有技术中存在的矿井下钻孔由于采用人工技术进行钻孔深度计量而导致的孔深测量误差大的技术问题。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采取如下的技术方案：
[0007]一种煤矿钻孔深度测量短节，包括测量短节外管，所述测量短节外管内设置有数据采集单元、微控制单元、存储单元、无线通信单元、时钟同步单元和供电单元；
[0008]所述数据采集单元与微控制单元相连，用于采集钻进数据并将采集到的数据传送给微控制单元，所述数据采集单元包括用于测量三轴加速度的三轴加速度计、用于测量地磁分量的三轴地磁场传感器、用于测量三轴角速度的三轴陀螺；
[0009]所述存储单元用于存储微控制单元发送的采集数据，并将存储的数据发送给微控制单元；
[0010]所述微控制单元可分别与数据采集单元、存储单元、无线通讯单元、时钟同步单元进行通讯，用于控制存储单元进行数据存储以及接收存储单元发送的数据，还用于为数据采集单元同步时间和下发参数命令；
[0011]所述供电单元用于为所述的数据采集单元、微控制单元、存储单元、无线通讯单
元、时钟同步单元供电；
[0012]所述无线通信单元可与微控制单元进行通讯，用于将接收到的数据传送给远端服务器，并接收远端服务器下发的参数命令传送给微控制单元
[0013]本专利技术还具有以下技术特征：
[0014]具体的，所述三轴加速度传感器、三轴地磁场传感器、三轴陀螺和时钟同步单元分别连接微控制单元。
[0015]更进一步的，所述测量短节外管为中空结构，所述测量外管的一端设置有与供电单元相连的压力开关；当钻机加压时，压力开关闭合，数据采集单元开始采集数据；当钻机泄压时，压力开关打开，数据采集单元停止采集数据。
[0016]更进一步的，所述测量短节外管外还套装有无磁钻杆，所述无磁钻杆经多个中空结构的普通钻杆与送水器连通，所述送水器经管道连接高压送水装置，所述高压送水装置上设置有用于采集钻机水压的压力传感器，所述压力传感器还连接远端服务器。
[0017]一种钻孔深度确定方法，通过上述煤矿钻孔深度测量短节实现，包括以下步骤：
[0018]步骤1、通过无线通信单元连接数据采集单元、存储单元、微控制单元和压力传感器，采集单元、存储单元、微控制单元和压力传感器进行同步计时；
[0019]步骤2、将煤矿钻孔深度测量短节装入无磁钻杆中随钻钻进，钻进过程中，每加一根钻杆，煤矿钻孔深度测量短节对应采集和存储多组测量数据，所述测量数据包括轴向钻进三轴加速度、地磁分量和三轴角速度；压力传感器按照预定的时间间隔采集钻机水压，并将采集到的钻机水压传送给远端服务器进行存储，远端服务器还同时存储钻机水压采集时间；
[0020]步骤3、钻孔成孔后，远端服务器对接收到的每根钻杆对应的多组采集数据进行处理得到每根钻杆对应的轴向钻进位移和轴向钻进速度，然后，对得到的每根钻杆对应的轴向钻进位移进行判定得到每根钻杆的对应钻进深度，最后，每根钻杆的对应钻进深度进行累加得到钻孔深度。
[0021]更进一步的，步骤3具体包括以下子步骤：
[0022]步骤3.1、远端服务器对接收到的多组采集数据进行预处理，得到多组预处理后的数据；所述预处理后的数据包括预处理后的磁场分量、预处理后的三轴加速度和预处理后的三轴角速度；
[0023]步骤3.2、以预处理后的磁场分量和预处理后的三轴加速度对预处理后的三轴角速度进行修正，得到修正后的三轴角速度；
[0024]步骤3.3、以修正后的三轴角速度更新姿态旋转矩阵；根据得到的更新后的姿态旋转矩阵和采集得到的地理坐标系下的重力加速度，确定仪器坐标系下的y轴重力加速度，进而得到去除y轴重力加速度后的y轴线加速度，然后对得到的y轴线加速度进行滑动窗口滤波处理，得到滤波后y轴线加速度a
y
；
[0025]步骤3.4、对滤波后y轴线加速度a
y
进行离散域的积分运算，得到每根钻杆对应的轴向钻进位移和轴向钻进速度；
[0026]步骤3.5、按照以下条件，确定每根钻杆的对应钻进深度，具体包括：
[0027]若满足以下条件，则将钻杆的长度作为每根钻杆的对应钻进深度：
[0028]若不满足以下条件，则以步骤3.4得到的每根钻杆对应的轴向钻进位移作为每根
钻杆的钻进深度；
[0029][0030]式中，S(Δt)为每根钻杆对应的轴向钻进位移，单位为m；S
min
为每根钻杆轴向钻进位移的最小阈值，单位为m，S
max
为每根钻杆轴向钻进位移的最大阈值，单位为m；t
ps
为钻机水压持续时间，单位为min；t
zmin
为每根钻杆钻进时间的最小阈值，单位为min，， t
zmax
为每根钻杆钻进时间的最大阈值，单位为min；P
Δt
压力传感器采集到的钻机水压，单位为Mpa；P
min
为钻机水压的最小阈值，单位为Mpa，且0Mpa＜P
min
＜4Mpa；
[0031]步骤3.6、对每根钻杆的对应钻进深度进行累加得到钻孔深度。
[0032]更进一步的，步骤3.3所述的滑动窗口滤波处理的窗口长度为5～10。
[0033]更进一步的，步骤3.3所述的仪器坐标系下的y轴重力加速度通过下式确定：
[0034][0035]式中，g
b
为仪器坐标系下的y轴重力加速度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿钻孔深度测量短节，包括测量短节外管(1)，其特征在于，所述测量短节外管(1)内设置有数据采集单元(2)、微控制单元(3)、存储单元(4)、无线通信单元(5)、时钟同步单元(6)和供电单元(7)；所述数据采集单元与(2)微控制单元(3)相连，用于采集钻进数据并将采集到的数据传送给微控制单元(3)，所述数据采集单元(2)包括用于测量三轴加速度的三轴加速度计(21)、用于测量地磁分量的三轴地磁场传感器(22)、用于测量三轴角速度的三轴陀螺(23)；所述存储单元(4)用于存储微控制单元发送的采集数据，并将存储的数据发送给微控制单元(3)；所述微控制单元(3)可分别与数据采集单元(2)、存储单元(4)、无线通信单元(5)和时钟同步单元(6)进行通讯，用于控制存储单元(4)进行数据存储以及接收存储单元(4)发送的数据，还用于为数据采集单元(2)同步时间和下发参数命令；所述供电单元(7)用于为所述的数据采集单元(2)、微控制单元(3)、存储单元(4)、无线通信单元(5)和时钟同步单元(6)供电；所述无线通信单元(5)可与微控制单元(3)进行通讯，用于将接收到的数据传送给远端服务器(8)，并接收远端服务器(8)下发的参数命令传送给微控制单元(3)。2.如权利要求1所述的煤矿钻孔深度测量短节，其特征在于，所述三轴加速度传感器(21)、三轴地磁场传感器(22)、三轴陀螺(33)和时钟同步单元(6)分别连接微控制单元(3)。3.如权利要求1所述的煤矿钻孔深度测量短节，其特征在于，所述测量短节外管(1)为中空结构，所述测量外管(1)的一端设置有与供电单元(7)相连的压力开关(9)；当钻机加压时，压力开关(9)闭合，数据采集单元(2)开始采集数据；当钻机泄压时，压力开关(9)打开，数据采集单元(2)停止采集数据。4.如权利要求1所述的煤矿钻孔深度测量短节，其特征在于，所述测量短节外管(1)外还套装有无磁钻杆(10)，所述无磁钻杆(10)经多个中空结构的普通钻杆与送水器送水器(11)连通，所述送水器(11)经管道连接高压送水装置(12)，所述高压送水装置(12)上设置有用于采集钻机水压的压力传感器(13)，所述压力传感器(13)还连接远端服务器(8)。5.一种钻孔深度确定方法，其特征在于，通过如权利要求1～4所述的煤矿钻孔深度测量短节实现，包括以下步骤：步骤1、通过无线通信单元连接数据采集单元、存储单元、微控制单元和压力传感器，采集单元、存储单元、微控制单元和压力传感器进行同步计时；步骤2、将煤矿钻孔深度测量短节装入无磁钻杆中随钻钻进，钻进过程中，每加一根钻杆，煤矿钻孔深度测量短节对应采集和存储多组测量数据，所述测量数据包括轴向钻进三轴加速度、地磁分量和三轴角速度；压力传感器按照预定的时间间隔采集钻机水压，并将采集到的钻机水压传送给远端服务器进行存储，远端服务器还同时存储钻机水压采集时间；步骤3、钻孔成孔后，远端服务器对接收到的每根钻杆对应的多组采集数据进行处理得到每根钻杆对应的轴向钻进位...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫浩，王信文，石岩，张军，张涛，王小龙，
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：