矿用钻孔轨迹随钻测量系统20140306

北京科利安矿用钻孔轨迹随钻测量系统北京科利安概述霍州煤电集团隶属于山西焦煤集团，近年来，集团公司积极响应安全生产的号召，在瓦斯抽放、探放水领域配置了一系列的设备。根据统计数据，集团公司目前共拥有172台钻机，其中钻距大于200米的钻机有138台，小于200米的有34台。通过对李雅庄、干河、三交河、团柏、辛置等煤矿进行调研，了解到钻孔现场普遍存在钻孔轨迹无法测量、钻孔位置不确定等情况，造成瓦斯抽放盲区、探放水盲区等现象。钻孔的施工很多情况下依赖于现场工作人员的经验与技术，对钻孔情况缺乏一种科学、有效的评估方式。北京科利安概述霍州煤电集团现状：回转钻机使用量大轨迹无法测量实钻与设计轨迹偏差大实现科学钻孔瓦斯抽放效果好测量精确普通回转钻进轨迹测量回转钻进必要性易形成瓦斯抽放盲区及探放水盲区北京科利安扫除瓦斯抽放、探放水钻孔盲区降低突出事故的发生率开发普通回转钻进钻孔测量系统提高钻孔设计、布置合理性降低钻孔费用成本规范煤矿瓦斯抽放、探放水作业的标准化保障煤矿安全生产具有巨大的社会和经济效益北京科利安北京科利安系统组成及工作原理矿用钻孔轨迹随钻测量系统由探管、主机和上位机软件三部分组成。随钻测量探管的外保护筒由铍青铜合金管材加工而成，合缝处采用能防水、防尘的橡胶密封圈密封。数据处理仪不锈钢材加工而成，合缝处采用能防水、防尘的橡胶密封条密封。施工时将随钻测量探管安装在无磁钻杆内，在钻进过程中，随钻测量探管采集钻孔倾角、方位角、工具面角等数据，存储在flash芯片中，与此同时主机接受操作工人的按键操作，进行有效测点数据采集并存储。最后由上位机软件对测量探管和数据处理仪中的数据进行合成，并绘制钻孔的空间轨迹曲线。北京科利安数据采集部分特点：随钻测量、存储钻孔轨迹数据探管电池探管北京科利安测量探管固定结构设计测量探管减震结构设计1）三翼结构和双台肩结构，实现了轴向和径向的同时固定，克服螺钉易掉、滑扣、固定不牢靠、拆卸不便等问题2）测量短节上设计安装有橡胶减震块，对钻孔过程中的震动起缓冲作用，保护测量探管内部电子元件橡胶减震块北京科利安计时器双轴加速度传感器磁阻传感器记录测量时间测量XYZ三轴方向上加速度分量测量磁场分量A/D采样CPU计算钻孔方位角钻孔倾角测量探管与同步器时间合成有效测点北京科利安加速度测量部分提供Gx、Gy、Gz三个分量磁场测量板提供Mx、My、Mz三个分量倾角、方位角、工具面向角等参数存储到FLASH系统线路控制原理图北京科利安同步器电池同步器与测量探管时间同步，记录有效测量点存储测量探管中数据同步器北京科利安北京科利安1）充电器为同步器电池充电，充电时间约为4小时2）充电器输入为220V/50Hz交流电，输出为输出为7.2V直流电压。1同步器的电源设备与测量探管同为本安型镍氢电池组2电池电量供应能够保证同步器正常工作30小时3只需将更换下的电池带至地面通过专用的充电器充电北京科利安系统工作性能稳定与定向钻进相比，采用回转钻进工艺进行钻孔时，工况复杂，且钻杆要随着钻头一直处于高速旋转状态，转速最高可达100~200r/min。这将对测量系统造成较大的震动。为解决这一问题，该套测量系统优选军工品质的传感器，同时在内部抗震结构设计上也做了极大的优化，使测量系统具有较高的抗震性，保证测量系统在回转钻进钻孔作业中稳定运行。北京科利安北京科利安测量仪器具有小型化和低能耗为满足回转钻进钻孔测斜仪应用的普遍性，回转钻进钻孔测斜仪采用Φ32mm的小尺寸测量探管。小尺寸测量探管具有过流面积大，阻力小，损耗小，便于携带等优点。同时，可将该套系统用于井下探放水钻孔的施工中，实现探放水钻孔的合理布置，防止出现探放水的盲区。回转钻进钻孔测斜仪采用充电电池对系统进行供电，为了提高电池的使用时间，对测量系统内部的电路进行了优化设计，可保证测量探管、同步器工作时间大于30h，减少了充电时间，提高了工作效率。北京科利安倾角：±0.2°（-90～90°）方位：±1.5°（0～360°）仪器工作温度：-10～125℃仪器最大耐压：60MPa探管外形尺寸：Φ32×1488mm测量探管重量：6.5kg数据处理仪重量：5.6kg电池工作时间：≥30h仪器精度、工作参数及单套配置：北京科利安序号产品名称产品型号单位数量备注1无磁钻杆Φ73/63mm米1.5外径尺寸及形状可根据用户要求调整。2探管YHX7.2-T根13探管电源节24主机YHX7.2-Z台15主机电源节26通讯线2米根27连接线2米根28串口转USB口线根19专用充电器个110“O”型密封圈20*3.55个811沉头螺钉M3*8个812十字改锥把113应用软件及使用手册（U盘）份114便携式牛皮包个115仪器箱个116合格证份1北京科利安仪器主要特点（1）、仪器可以按照传统测斜仪在终孔后重新下钻测斜的方式进行测量；更具有边打边测的新功能，利用接钻杆的时间完成测斜，不影响钻孔施工；即使是按照传统方式在终孔后重新下钻来测量，仪器也能够接上钻头，当遇到坍塌孔段，可以开泵打钻将渣返出，继续测量，保证测斜成功率（所测即所打）。（2）、每一次测斜，钻杆静止时间仅需20秒（利用接钻杆的时间完成测斜，不影响钻孔施工），提高测斜效率；测斜过程操作简单，只需按数据处理仪上的“采集”按钮即可完成。（3）、探管在井下即可更换电池，只用钻机现场已配备的活扳手（不需专用工具）打紧即可，非常方便。北京科利安（4）、探管和无磁钻杆可存放在钻场，只需将数据处理仪和需充电的充电电池带回地面，方便钻工携带。（5）、软件可以生成实钻与设计轨迹在各测点的左右和上下偏差；还可以根据客户实际施工需要，增加个性化功能，满足不同需求。北京科利安4、上位机软件界面北京科利安孔眼轨迹示意图北京科利安与澳钻数据比较5、部分现场试验数据（1）本系统与澳钻测斜数据比较试验北京科利安和澳钻数据比较孔深SQ倾角奥钻倾角倾角差值SQ磁方位SQ真方位奥钻真方位方位差值91.2111.30-0.09188.548184.268184.50-0.23121.7271.80-0.07188.575184.295184.50-0.21152.5512.400.15188.157183.877183.800.08183.5563.300.26188.719184.439184.60-0.16214.474.400.07189.189184.909185.40-0.49244.3935.00-0.61188.858184.578184.500.08273.7923.700.09188.558184.278184.100.18302.9822.800.18188.697184.417184.400.02332.7652.80-0.03188.798184.518184.70-0.18362.5152.500.02188.2183.92184.30-0.38393.0392.900.14187.97183.69183.300.39423.7763.90-0.12188.003183.723184.00-0.28454.2184.100.12187.747183.467182.600.87484.0024.000.00186.137181.857181.200.66514.2274.100.13186.247181.967182.10-0.13545.2195.200.02186.127181.847182.20-0.35576.0266.20-0.17185.197180.917180.900.02北京科利安和澳钻数据比较孔深SQ倾角奥钻倾角倾角差值SQ磁方位SQ真方位奥钻真方位方位差值604.9265.20-0.27183.785179.505179.60-0.09633.6814.10-0.42183.709179.429179.400.03663.4263.60-0.17184.601180.321180.80-0.48694.0324.30-0.27185.805181.525181.400.13723.3983.400.00185.085180.805180.500.31752.6682.600.07185.792181.512181.400.11782.6312.80-0.17186.649182.369182.300.07811.8491.800.05186.761182.481182.80-0.32841.1651.000.17187.36183.08182.600.48871.4621.50-0.04188.176183.896184.20-0.30902.8372.800.04189.666185.386185.000.39933.9184.10-0.18190.359186.079185.600.48964.9854.700.29191.762187.482186.900.58995.7955.600.20193.003188.723188.100.621025.3735.40-0.03194.39190.11189.900.211053.8273.800.03194.56190.28190.000.281082.6682.500.17195.585191.305190.500.811112.7742.600.17196.351192.071191.900.171141.7411.80-0.06198.695194.415193.800.611170.710.700.01200.754196.474195.600.87120-0.009-0.100.09200.73196.45196.000.45北京科利安通过与澳钻测斜数据比较可以看出，在所复测的120米井段中，同一孔深，倾角最大偏差-0.42°，方位最大偏差0.87°，两家数据吻合，井眼轨迹图重合，达到预期试验效果。北京科利安谢谢