CN110905408A - 一种煤矿井下钻机开孔定向设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种煤矿井下钻机开孔定向设备,包括壳体和安装于壳体上的电源单元、测量单元、校准单元、显示和控制单元和处理单元，所述测量单元、所述校准单元、所述显示和控制单元和所述处理单元连接均与所述电源模块电连接；所述电源单元为测量单元、所述校准单元、所述显示和控制单元和所述处理单元提供电力。本发明实施例提供了一种煤矿井下钻机开孔定向设备及方法，以解决现有技术中由于采用吊线法或自寻北陀螺测量法而导致的操作繁琐、开孔精度低，自寻北陀螺测量法的成本高、测量等待时间长的问题。
Description
技术领域
本发明实施例涉及钻机开孔定向技术领域，具体涉及一种煤矿井下钻机开孔定向设备及方法。
背景技术
现有技术中，煤矿井下瓦斯抽采孔、防治水孔等钻孔在打钻前，需要对钻机进行开孔定向，一般有两种方法，分别为吊线法和自寻北陀螺测量法。其中吊线法通过已知的巷道方位角，通过采用对比参考吊线的方式实现对钻机开孔倾角和方位角的测量，此方法操作起来非常繁琐，并且开孔的精度低；自寻北陀螺测量法使用自寻北陀螺仪装在钻机上，实现对钻机开孔倾角和方位角的测量，此方法有两个缺点，一是自寻北陀螺价格比较高，不利于推广，二是测量等待的时间比较长，一般自寻北陀螺寻北时间超过几分钟。
为了解决现有技术中吊线法操作繁琐、开孔精度低，自寻北陀螺测量法成本高、测量等待时间长的问题，需要设计一种设备及方法以解决上述问题。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种煤矿井下钻机开孔定向设备及方法，以解决现有技术中由于采用吊线法或自寻北陀螺测量法而导致的操作繁琐、开孔精度低，自寻北陀螺测量法成本高、测量等待时间长的问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
根据本发明实施例公开了一种煤矿井下钻机开孔定向设备,包括壳体和安装于壳体上的电源单元、测量单元、校准单元、显示和控制单元和处理单元，所述测量单元、所述校准单元、所述显示和控制单元和所述处理单元连接均与所述电源模块电连接；
所述电源单元为测量单元、所述校准单元、所述显示和控制单元和所述处理单元提供电力；
所述测量单元对钻杆的倾角和方位角进行测量；
所述校准单元对仪器的开孔方位进行校准，确定陀螺传感器的方向；
所述显示和控制单元可以显示倾角、方位角信息，显示校准过程及调整角度信息，之后进行测量和校准的各种操作和控制；
所述处理单元对测量的数据进行处理分析传输到显示控制模块进行显示，并接收显示控制模块发出的各种操作和控制命令。
进一步地，所述电源单元选用可充电锂电池、可充电镍氢电池或干电池，胶封在壳体内部。
进一步地，所述测量单元包括三轴加速度传感器、三轴磁传感器和三轴陀螺传感器，所述三轴加速度传感器、所述三轴磁传感器和所述三轴陀螺传感器均与所述电源单元和所述处理单元电连接，且安装于所述壳体内部。
进一步地，所述校准单元选用地磁校准系统，所述地磁校准系统设置于所述处理单元中。
进一步地，所述显示和控制单元包括安装于所述壳体表面的显示屏和控制按键，所述显示屏和所述控制按键均与所述电源单元和所述处理单元电连接。
进一步地，所述处理单元选用中央处理器，所述中央处理器与电源单元、测量单元、校准单元、显示和控制单元电连接。
进一步地，所述壳体上开设有V型槽，所述壳体材质为铜合金或不锈钢，所述壳体结构分为整体式结构或拆分式结构。
根据本发明实施例的公开的一种煤矿井下钻机开孔定向方法，包括以下步骤：
S1、置于无磁环境：将煤矿井下钻机开孔定向设备置于无磁环境，启动仪器使其工作，传感器开始工作，仪器上显示倾角、坐标方位角和陀螺方位角；
S2、陀螺传感器校准：对陀螺传感器进行校准，当陀螺方位角和坐标方位角数值相等，陀螺方位角被校准成功；
S3、固定设备：将煤矿井下钻机开孔定向设备平稳拿至钻机处，安装在钻机的钻杆上；
S4、调整开孔方位角和倾角：按照设计方位调整钻机开孔方位角，煤矿井下钻机开孔定向设备显示数据即为开孔方位角；然后按照设计倾角调整开孔倾角，煤矿井下钻机开孔定向设备显示数据即为开孔倾角；
S5、启动钻机完成开孔定向：将煤矿井下钻机开孔定向设备从钻杆上取下，启动钻机工作，完成开孔定向。
进一步地，在S3中，煤矿井下钻机开孔定向设备通过壳体的V型槽安装在所述钻杆上。
进一步地，在S3中，煤矿井下钻机开孔定向设备安装钻杆后，需要保证保证煤矿井下钻机开孔定向设备方向与开孔方向平行。
本发明实施例具有如下优点：
1、本发明具体实施例公开的一种煤矿井下钻机开孔定向设备及方法，装置结构简单，操作步骤方便，精确度高；
2、本发明具体实施例公开的一种煤矿井下钻机开孔定向设备的壳体采用 V型槽安装在钻杆上，V型槽可以适用于不同直径的钻杆；
3、本发明具体实施例公开的一种煤矿井下钻机开孔定向设备中安装有移动电源，不需要再用导线连接电源，适用范围更广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
图1为本发明实施例提供的一种煤矿井下钻机开孔定向设备的原理示意图；
图2为本发明实施例提供的一种煤矿井下钻机开孔定向方法的流程图。
图中：1、电源单元；2、测量单元；3、校准单元；4、显示和控制单元；5、处理单元；6、壳体。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
由图1所示，本发明专利公开了一种煤矿井下钻机开孔定向设备，该设备包括壳体6和安装于壳体6上的电源单元1、测量单元2、校准单元3、显示和控制单元4和处理单元5，测量单元2、校准单元3、显示和控制单元4和处理单元5连接均与电源模块电连接。电源单元1为测量单元2、校准单元3、显示和控制单元4和处理单元5提供电力；测量单元2对钻杆的倾角和方位角进行测量；校准单元3对仪器的开孔方位进行校准，确定陀螺传感器的方向；显示和控制单元4可以显示倾角、方位角信息，显示校准过程及调整角度信息，之后进行测量和校准的各种操作和控制；处理单元5对测量的数据进行处理分析传输到显示和控制模块4进行显示，并接收显示和控制模块4发出的各种调整和控制命令。
电源单元1选用可充电锂电池、可充电镍氢电池或干电池，胶封在壳体6 内部，为煤矿井下钻机开孔定向设备提供动力。处理单元5选用低功耗中央处理器即CPU，CPU与电源单元1、测量单元2、校准单元3、显示和控制单元4 电连接。
测量单元2包括三轴加速度传感器、三轴磁传感器和三轴陀螺传感器，三轴加速度传感器、三轴磁传感器和三轴陀螺传感器均与电源单元1和处理单元 5电连接，且均安装于壳体6内部。
校准单元3包括地磁校准系统和坐标校准系统，且均用于陀螺传感器的校北。地磁校准系统和坐标校准系统均设置于CPU中，且在CPU中运行。
显示和控制单元4包括安装于壳体6表面的显示屏和控制按键，显示屏可以显示倾角方位角信息，显示校准过程及调整角度信息；控制按键包括电源按键、确定按键和上下选择按键，完成测量及校准的各种操作及控制；显示屏和控制按键均与所述电源单元1和所述处理单元5电连接。
壳体6上开设有V型槽，壳体6通过V型槽在钻杆上，V型槽可以用于安装不同直径的钻杆。壳体6材质为铜合金或不锈钢，壳体6结构为整体式结构或拆分式结构。
由图2所示，本发明专利公开了一种煤矿井下钻机开孔定向方法，包括置于磁环境、陀螺校准、固定开孔定向设备、调整开孔方位角和倾角、启动钻机完成开孔定向，具体步骤详情如下：
S1、将煤矿井下钻机开孔定向设备置于无磁环境，启动仪器使其工作，选择地磁校准系统，传感器开始工作，仪器上显示倾角、坐标方位角和陀螺方位角；
S2、对陀螺传感器进行校准，当陀螺方位角和坐标方位角数值相等，陀螺方位角被校准成功；
S3、将煤矿井下钻机开孔定向设备平稳拿至钻机处，安装在钻机的钻杆上；
S4、按照设计方位调整钻机开孔方位角，煤矿井下钻机开孔定向设备显示数据即为开孔方位角；然后按照设计倾角调整开孔倾角，煤矿井下钻机开孔定向设备显示数据即为开孔倾角；
S5、将煤矿井下钻机开孔定向设备从钻杆上取下，启动钻机工作，完成开孔定向。
其中，在S3中，煤矿井下钻机开孔定向设备通过壳体6的V型槽安装在钻杆上；煤矿井下钻机开孔定向设备安装钻杆后，需要保证煤矿井下钻机开孔定向设备方向与开孔方向水平。
本发明具体实施例通过煤矿井下钻机开孔定向设备和对应的定位方法相结合，可以更快速、准确的进行开孔定向，且成本低廉。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种煤矿井下钻机开孔定向设备,其特征在于：包括壳体和安装于壳体上的电源单元、测量单元、校准单元、显示和控制单元和处理单元，所述测量单元、所述校准单元、所述显示和控制单元和所述处理单元连接均与所述电源模块电连接；
所述电源单元为测量单元、所述校准单元、所述显示和控制单元和所述处理单元提供电力；
所述测量单元对钻杆的倾角和方位角进行测量；
所述校准单元对仪器的开孔方位进行校准，确定陀螺传感器的方向；
所述显示和控制单元可以显示倾角、方位角信息，显示校准过程及调整角度信息，之后进行测量和校准的各种操作和控制；
所述处理单元对测量的数据进行处理分析传输到显示控制模块进行显示，并接收显示控制模块发出的各种操作和控制命令。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下钻机开孔定向设备，其特征在于：所述电源单元选用可充电锂电池、可充电镍氢电池或干电池，胶封在壳体内部。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿井下钻机开孔定向设备，其特征在于：所述测量单元包括三轴加速度传感器、三轴磁传感器和三轴陀螺传感器，所述三轴加速度传感器、所述三轴磁传感器和所述三轴陀螺传感器均与所述电源单元和所述处理单元电连接，且安装于所述壳体内部。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿井下钻机开孔定向设备，其特征在于：所述校准单元选用地磁校准系统，所述地磁校准系统设置于所述处理单元中。
5.根据权利要求1所述的一种煤矿井下钻机开孔定向设备，其特征在于：所述显示和控制单元包括安装于所述壳体表面的显示屏和控制按键，所述显示屏和所述控制按键均与所述电源单元和所述处理单元电连接。
6.根据权利要求1所述的一种煤矿井下钻机开孔定向设备，其特征在于：所述处理单元选用中央处理器，所述中央处理器与电源单元、测量单元、校准单元、显示和控制单元电连接。
7.根据权利要求1所述的一种煤矿井下钻机开孔定向设备，其特征在于：所述壳体上开设有V型槽，所述壳体通过V型槽安装在钻杆上，所述壳体材质为铜合金或不锈钢，所述壳体结构分为整体式结构或拆分式结构。
8.一种煤矿井下钻机开孔定向方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、置于无磁环境：将煤矿井下钻机开孔定向设备置于无磁环境，启动设备使其工作，传感器开始工作，设备上显示倾角、坐标方位角和陀螺方位角；
S2、陀螺传感器校准：对陀螺传感器进行校准，当陀螺方位角和坐标方位角数值相等，陀螺方位角被校准成功；
S3、固定设备：将煤矿井下钻机开孔定向设备平稳拿至钻机处，安装在钻机的钻杆上；
S4、调整开孔方位角和倾角：按照设计方位调整钻机开孔方位角，煤矿井下钻机开孔定向设备显示数据即为开孔方位角；然后按照设计倾角调整开孔倾角，煤矿井下钻机开孔定向设备显示数据即为开孔倾角；
S5、启动钻机完成开孔定向：将煤矿井下钻机开孔定向设备从钻杆上取下，启动钻机工作，完成开孔定向。
9.根据权利要求8所述的一种煤矿井下钻机开孔定向方法，其特征在于：在S3中，煤矿井下钻机开孔定向设备通过壳体的V型槽安装在所述钻杆上。
10.根据权利要求8所述的一种煤矿井下钻机开孔定向方法，其特征在于：在S3中，煤矿井下钻机开孔定向设备安装钻杆后，需要保证保证煤矿井下钻机开孔定向设备方向与开孔方向平行。
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