一种矿用智能钻孔深度及轨迹测量仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种矿用智能钻孔深度及轨迹测量仪，包括主机、显示器和测量探管，测量探管包括管体和设置在管体内的姿态测量模块、深度测量模块、电源；测量模块包括三轴磁感式传感器、三轴重力传感器、第一第二信号提取电路、第一嵌入式控制器、第一通讯接口和第一存储器，深度测量模块包括三轴加速度传感器、第二信号提取电路、时钟电路、第二嵌入式控制器、第二存储器、通讯模块和第二通讯接口。本实用新型专利技术的测量仪实现钻孔深度及轨迹的一体化测量，整个测量过程无需人工参与，实现了智能化，避免了通常采用人工记录钻杆数量或孔外接触式测量带来的误差及可能的错误，同时避免了可能引起的人为作弊或谎报深度数据的行为。可能引起的人为作弊或谎报深度数据的行为。可能引起的人为作弊或谎报深度数据的行为。

【技术实现步骤摘要】
一种矿用智能钻孔深度及轨迹测量仪


[0001]本技术属于矿用钻孔测量
，具体涉及一种矿用智能钻孔深度及轨迹测量仪。

技术介绍

[0002]在煤矿井下采煤工作面开采前，通常会施工大量的钻孔以现实工作面内地质勘探、水害治理或瓦斯抽采，这些钻孔能否保障采煤工作面安全生产，取决于这些实际施工钻孔的深度及轨迹是否符合设计要求，是否有效分布于采煤工作面内的目标区域。如果瓦斯抽采钻孔偏离预定轨迹，就可能造成瓦斯突出与爆炸。如果防治水钻孔偏离预定轨迹，同样可能导致突水事故。因而，对这些钻孔的深度及轨迹测量是井下钻探工作的重要组成部分。
[0003]目前，煤矿井下大量的普通回转钻进钻孔施工通常采用存储式测斜仪，该仪器或者施工中随钻测量起钻后导出数据形成轨迹图或者采用二次送入式实现钻孔轨迹测量，其深度测量通常采用简单的累计进孔的钻杆数量(钻杆长度是固定的)来获得。这种方式存在三个方面的问题，一是为了实现测斜仪的测量数据与深度数据的匹配，需要通过时间同步的方式给测斜仪和孔口控制器进行时间对准，此外整个钻进中孔口记录有效深度及时间必须通过人工操作完成。二是钻孔深度是依赖人工数钻杆的方式来获得，钻孔深度精确度较差。三是这种依赖人工参与的工作方式，无法杜绝钻孔施工人员故意谎报和瞒报钻孔深度及轨迹的行为。对于煤矿井下定向钻进钻孔施工也存在此类问题，唯一的区别是测斜仪的测量数据是实时传输到孔口，以便施工人员根据设计要求实时调整钻进方向后续钻进轨迹。
[0004]针对煤矿井下钻孔深度测量问题，目前已有的测量方法及装置均存在不同的问题。基于声波测量的钻孔深度测量仪用于钻孔成孔后的深度测量，通过敲击钻杆尾部，测量声波发出与回波接收之间的声波时差计算总的钻杆长度，从而获得钻孔深度。其缺点是测量重复性差、误差大，测量结果不可靠。基于光电编码器的轮式钻孔深度测量仪属于接触式测量装置，钻杆在前进或后退时带动滚轮转动，滚轮轴带动安装在其上的光电码盘发生转动，通过记录光电码盘的计数获得当前钻杆前进或后退的深度，从而获得钻孔深度。由于正常钻进时钻杆除了前后运动同时还有旋转运动，钻杆旋转力作用在滚轮上通常会导致滚轮无法转动，使得光电编码器无法工作甚至损坏。基于测量钻机油缸流量之差来间接计算钻孔深度可用于钻孔深度的实时测量，但采用这种测量装置需要对钻机进行改造，必须在钻机推进油缸的活塞杆腔油路上安装液压传感器且要知道钻机系数，使用极为不便。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本技术提供了一种矿用智能钻孔深度及轨迹测量仪。
[0006]本技术采用如下技术方案予以实现：
[0007]一种矿用智能钻孔深度及轨迹测量仪，包括主机、显示器和测量探管；所述测量探管包括管体和设置在管体内的姿态测量模块、深度测量模块、电源；
[0008]所述姿态测量模块包括三轴磁感式传感器、三轴重力传感器、第一信号提取电路、第一嵌入式控制器、第一通讯接口和第一存储器；所述三轴磁感式传感器用于采集地球磁场在传感器三轴上的投影分量，三轴重力传感器用于采集地球重力场在传感器三轴上的投影，第一信号提取电路用于对三轴磁感式传感器、三轴重力传感器输出进行滤波和放大，第一嵌入式控制器用于计算姿态数据；所述第一信号提取电路、第一通讯接口、第一存储器、电源分别与第一嵌入式控制器连接，所述三轴磁感式传感器、三轴重力传感器分别与第一信号提取电路连接；
[0009]所述深度测量模块包括三轴加速度传感器、第二信号提取电路、时钟电路、第二嵌入式控制器、第二存储器、通讯模块和第二通讯接口；所述三轴加速度传感器用于采集测量探管瞬时加速度，第二信号提取电路用于对瞬时加速度去噪、放大及采样，时钟电路用于提供时间基准，第二嵌入式控制器用于计算钻孔实时深度以及将深度数据和姿态数据按照采集时间进行匹配；所述第二信号提取电路、第二存储器、通讯模块、第二通讯接口、电源分别与第二嵌入式控制器连接，所述三轴加速度传感器与第二信号提取电路连接，所述第二通讯接口与第一通讯接口连接，所述时钟电路分别与第一嵌入式控制器、第二嵌入式控制器连接。
[0010]优选的，所述第一嵌入式控制器和第二嵌入式控制器均为STM32嵌入式控制器或MSP430单片机。
[0011]优选的，所述第一通讯接口和第二通讯接口均为RS485通讯接口或RS232通讯接口。
[0012]优选的，所述第一存储器和第二存储器均为Flash存储器。
[0013]优选的，所述通讯模块为Wifi通讯模块，所述Wifi通讯模块与第二嵌入式控制器连接。
[0014]优选的，采用防爆平板电脑或者防爆手机作为主机和显示器。
[0015]优选的，所述电源包括电池组和电源保护电路，所述电源保护电路分别与电池组、第一嵌入式控制器、第二嵌入式控制器连接。
[0016]与现有技术相比，本技术的有益效果是：
[0017]本技术的测量仪实现钻孔深度及轨迹的一体化测量，整个测量过程无需人工参与，实现了智能化，避免了通常采用人工记录钻杆数量或孔外接触式测量带来的误差及可能的错误，同时避免了可能引起的人为作弊或谎报深度数据的行为；本技术的测量仪深度测量精准度高且与轨迹测量同步完成，避免了钻孔深度的复测验证工作，极大提高了钻孔测量的工作效率。
[0018]本技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0019]图1是本技术实施例展示的矿用智能钻孔深度及轨迹测量仪组成框图。
[0020]图2是本技术实施例展示的矿用智能钻孔深度及轨迹测量仪测量探管结构图。
[0021]图3是本技术实施例展示的矿用智能钻孔深度及轨迹测量仪的信号提取电路原理框图。
[0022]图中各标号表示为：
[0023]1‑
管体，2
‑
姿态测量模块，3
‑
深度测量模块，4
‑
电源；
[0024]21
‑
三轴磁感式传感器，22
‑
三轴重力传感器，23
‑
第一信号提取电路，24
‑
第一嵌入式控制器，25
‑
第一通讯接口，26
‑
第一存储器；
[0025]31
‑
三轴加速度传感器，32
‑
第二信号提取电路，33
‑
时钟电路，34
‑
第二嵌入式控制器，35
‑
第二存储器，36
‑
通讯模块，37
‑
第二通讯接口；
[0026]41
‑
电池组，42
‑
电源保护电路。
[0027]以下结合附图和具体实施方式对本技术的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
[0028]在以下的描述中，除非另有明确的规定和限定，其中的“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矿用智能钻孔深度及轨迹测量仪，其特征在于：包括主机、显示器和测量探管；所述测量探管包括管体(1)和设置在管体(1)内的姿态测量模块(2)、深度测量模块(3)、电源(4)；所述姿态测量模块(2)包括三轴磁感式传感器(21)、三轴重力传感器(22)、第一信号提取电路(23)、第一嵌入式控制器(24)、第一通讯接口(25)和第一存储器(26)；所述三轴磁感式传感器(21)用于采集地球磁场在传感器三轴上的投影分量，三轴重力传感器(22)用于采集地球重力场在传感器三轴上的投影，第一信号提取电路(23)用于对三轴磁感式传感器(21)、三轴重力传感器(22)输出进行滤波和放大，第一嵌入式控制器(24)用于计算姿态数据；所述第一信号提取电路(23)、第一通讯接口(25)、第一存储器(26)、电源(4)分别与第一嵌入式控制器(24)连接，所述三轴磁感式传感器(21)、三轴重力传感器(22)分别与第一信号提取电路(23)连接；所述深度测量模块(3)包括三轴加速度传感器(31)、第二信号提取电路(32)、时钟电路(33)、第二嵌入式控制器(34)、第二存储器(35)、通讯模块(36)和第二通讯接口(37)；所述三轴加速度传感器(31)用于采集测量探管瞬时加速度，第二信号提取电路(32)用于对瞬时加速度去噪、放大及采样，时钟电路(33)用于提供时间基准，第二嵌入式控制器(34)用于计算钻孔实时深度以及将深度数据和姿态数据按照采集时间进行匹配；所述第二信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：王小龙，刘京科，
申请(专利权)人：中煤科工集团西安研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：