一种深部地层跟管随钻内窥探测装置及探测方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种深部地层跟管随钻内窥探测装置及探测装置方法，该装置包括智能钻杆

【技术实现步骤摘要】
一种深部地层跟管随钻内窥探测装置及探测方法


[0001]本专利技术涉及本专利技术涉及深部岩层的地质钻探
，具体涉及一种深部地层跟管随钻内窥探测的方法
。

技术介绍

[0002]煤矿是一种对国家生产发展至关重要的自然资源
。
但如果过度开采，将会形成煤矿采空区及采空积水区，从而引起地质灾害，导致地面沉降
、
塌陷等，给上方公路
、
房屋等建设造成隐患，对作业人员的生命安全带来影响
。
[0003]现有的煤矿采空区探测技术可以分为间接法和直接法两类
。
其中，间接法主要是重
、
磁
、
电
、
震等地球物理勘探方法，而直接法则包括钻孔事后探测
、
随钻探测
、
目标空区扫描等依托于地质钻探的相关技术
。
[0004]目前，关于地球物理勘探的技术及装备已经比较成熟，但由于深部地下采空区地质条件复杂
、
井下环境及空区形态未知，要准确获取目标空区的基本情况，仅仅通过间接的地球物理探测还远远不够，还需要研究如何直接进入到空区内实现直观窥视与测量
。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，针对现有的研究情况，本专利技术提出的一种深部地层跟管随钻内窥探测装置及探测方法，该方法采用结合视频
‑
激光
‑
声呐相协同的智能探杆，搭载于通用地质钻机钻头后方，以跟管钻进方式进入目标空区，实现“钻
+
探”一体化实时内窥操作
。
通过激光扫描和声呐联合作业，对目标空区内部结构进行重构成像，同时能实现目标空区生命探测
、
井上井下实时通讯
。
本专利技术的一种深部地层跟管随钻内窥探测装置，智能钻杆
、
通缆钻杆
、
信号放大短节
、
地面控制器以及地面控制终端；
[0006]所述智能钻杆下端连接于跟管钻头上端，智能探杆上端连接所述通缆钻杆，通缆钻杆相互连接至地面；所述信号放大短节间隔设置在通缆钻杆之间；所述通缆钻杆最上端连接地质钻机，地质钻机用于驱动跟管钻头以及上述智能钻杆
、
通缆钻杆
、
信号放大短节形成的组合转动，使智能钻杆钻入目标空区；
[0007]所述智能钻杆内设有仪器舱，所述仪器舱内设有音频传感器
、
传感器视频传感器
、
三维激光雷达传感器
、
声呐传感器，所述音视频传感器
、
三维激光雷达传感器
、
声呐传感器均与所述信号放大短节相连，所述通缆钻杆内设有通讯电缆，所述通讯电缆与地面控制器和地面控制终端依次相连
。
[0008]进一步地，所述仪器舱内还设有数据采集电路，所述数据采集电路同时与音频传感器
、
传感器视频传感器
、
三维激光雷达传感器
、
声呐传感器相连以及信号放大短节相连，所述数据采集电路用于将音视频传感器
、
三维激光雷达传感器
、
声呐传感器采集到的数据保存后传递至地面控制终端
。
[0009]进一步地，所述仪器舱由透明材质制成，所述仪器舱内还设有雨刷组件，所述雨刷组件用于对仪器舱内壁进行清理，防止仪器舱内壁起雾
。
[0010]进一步地，所述三维激光雷达传感器对地下空腔内壁发射面阵探测激光，获取地下空腔内壁每一探测点与三维激光雷达传感器距离，从而获取地下空腔三维图像
。
[0011]进一步地，所述音频传感器为麦克风和扬声器
、
传感器视频传感器包括具有高清红外线感光功能的摄像头的
CDD
相机
。
[0012]进一步地，所述声呐传感器对目标空区内水域发射探测声波，并接收反射回来反射回的声波，计算目标空区内壁各点的距离，从而获取三维图像
。
[0013]本专利技术的一种深部地层跟管随钻内窥探测方法，用于上述的深部地层跟管随钻内窥探测装置，该方法包括如下步骤：
[0014]S1:
将地质钻机移动至目标空区上方；组装好整个探测装置；
[0015]S2:
地质钻机驱动钻杆，使钻杆钻入至目标空区顶部；
[0016]S3:
判断目标空区是否充水；并根据目标空区是否充水，选用不同的传感器，探测目标空区的三维图像数据，并将获取的三维图像数据回传至地面控制终端；
[0017]S4:
地面控制终端通过步骤
S3
中获取的三维图像数据重构目标空区的三维空间形态
。
[0018]进一步地，步骤
S3
中判断目标空区是否充水的过程为：钻杆在钻入目标空区后，钻杆内视频传感器中实时开启，拍摄目标空区图片，并将目标空区图片数据实时发送至地面控制终端，地面控制终端根据音视频传感器拍摄的图片判断目标空区是否充水
。
[0019]进一步地，步骤
S3
中选用不同的传感器，探测目标空区的三维图像数据的过程为：
[0020]若目标空区未充水，地质钻机带动钻杆转动；钻杆内视频传感器旋转拍摄多张目标空区内图片；所述三维激光雷达传感器旋转扫描，对地下空腔内壁发射面阵探测激光，获取地下空腔内壁每一探测点与三维激光雷达传感器距离，从而获取地多张扫描三维图像数据；
[0021]若目标空区未充水，地质钻机带动钻杆升降；所述声呐传感器逐层对目标空区内水域发射探测声波，并接收反射回来反射回的声波，计算目标空区内壁各点的距离，从而获取多张声呐三维图像数据
。
[0022]进一步地，步骤
S4z
中地面控制终端重构目标空区的三维空间形态的过程为：
[0023]若目标空区未充水，地面控制终端将维激光雷达传感器获取的所有三维图像重构为地下空腔三维空间模型，并通过目标空区内图片的灰度计算出每个二维像素点对应地下空腔内壁到视频传感器的距离数据，利用该距离数据对建立的三维空间模型进行校核，获取高精度的三维空间模型
。
[0024]若目标空区未充水，地面控制终端将所有声呐三维图像数据重构为地下空腔三维空间模型
。
[0025]本专利技术的种深部地层跟管随钻内窥探测装置及探测方法的有益效果为：
[0026](1)
与间接探测的地球物理探测技术相比，该装置的探测传感器可跟管随钻内窥探测，能够更好地反映深部地下采空区的复杂地质条件
、
井下环境及空区形态等基本情况
。
[0027](2)
该装置的智能钻杆设有多种传感器，可实现地层空区探测成像
、
井地通讯救援的效果，为应急救援提供了支撑，同时可揭示深部岩层采动运移机制，探明了深部煤矿动力灾害防控机理，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种深部地层跟管随钻内窥探测装置，其特征在于：包括智能钻杆
、
通缆钻杆
、
信号放大短节
、
地面控制器以及地面控制终端；所述智能钻杆下端连接于跟管钻头上端，智能探杆上端连接所述通缆钻杆，通缆钻杆相互连接至地面；所述信号放大短节设置在通缆钻杆之间；所述通缆钻杆最上端连接地质钻机，地质钻机用于驱动跟管钻头以及上述智能钻杆
、
通缆钻杆
、
信号放大短节形成的组合转动，使智能钻杆钻入目标空区；所述智能钻杆内设有仪器舱，所述仪器舱内设有音频传感器
、
传感器视频传感器
、
三维激光雷达传感器
、
声呐传感器，所述音视频传感器
、
三维激光雷达传感器
、
声呐传感器均与所述信号放大短节相连，所述通缆钻杆内设有通讯电缆，所述通讯电缆与地面控制器和地面控制终端依次相连
。2.
根据权利要求1所述的一种深部地层跟管随钻内窥探测装置，其特征在于：所述仪器舱内还设有数据采集电路，所述数据采集电路同时与音频传感器
、
传感器视频传感器
、
三维激光雷达传感器
、
声呐传感器相连以及信号放大短节相连，所述数据采集电路用于将音视频传感器
、
三维激光雷达传感器
、
声呐传感器采集到的数据保存后传递至地面控制终端
。3.
根据权利要求1所述的一种深部地层跟管随钻内窥探测装置，其特征在于：所述仪器舱由透明材质制成，所述仪器舱内还设有雨刷组件，所述雨刷组件用于对仪器舱内壁进行清理，防止仪器舱内壁起雾
。4.
根据权利要求1所述的一种深部地层跟管随钻内窥探测装置，其特征在于：所述三维激光雷达传感器对地下空腔内壁发射面阵探测激光，获取地下空腔内壁每一探测点与三维激光雷达传感器距离，从而获取地下空腔三维图像
。5.
根据权利要求1所述的一种深部地层跟管随钻内窥探测装置，其特征在于：所述音频传感器为麦克风和扬声器
、
传感器视频传感器包括具有高清红外线感光功能的摄像头的
CDD
相机
。6.
根据权利要求1所述的一种深部地层跟管随钻内窥探测装置，其特征在于：所述声呐传感器对目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫雪峰，焦玉勇，周杰，胡郁乐，韩增强，沈鹿易，王益腾，王子雄，陈双源，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：