煤矿井下小直径随钻轨迹测量探管的制作方法

1.本实用新型涉及煤矿井下测量的技术领域，尤其涉及一种煤矿井下小直径随钻轨迹测量探管。


背景技术：

2.钻孔轨迹测量对钻井孔形成的轨迹上对轨迹方位和倾斜角进行连续或间断性测量的技术简称。
3.在现有产品中，煤矿井下定向钻孔轨迹测量技术已被人们所认识和熟悉，它是瓦斯抽采、探放水及超前探的主要技术手段，能够在钻孔作业过程中实现观察钻孔轨迹与设计轨迹的偏差，当钻孔方向与设计方向发生较大的偏差，能够实时调整钻进方向实现纠偏，极大地提高钻孔作业效率，为煤矿安全生产提供强有力的技术保障
4.目前市场上的绝大部分矿用随钻测量探管直径均在35
㎜
或以上、并且无法进行双向通讯，随着钻孔深度的增加，通缆钻杆上线路损耗使能通讯信号急速下降，严重影响钻孔作业的深度。与此同时由于测量探管不具备基于电源总线的双向通讯功能，无法实时调节测量探管功耗及信号速率和强度，随钻孔深度的增加，通讯信号容易丢失造成轨迹作业中断。另外该类型的测量探管需要在尾部保留独立调试接口，用于生产调试，这样的结构设计容易造成仪器漏水故障。由于测量探管前端与通缆钻杆连接头外壳一般采用高强度的非金属材料制造，它与测量探管采用一体型结构设计，非金属外壳在拆接通缆钻杆容易破损、老化龟裂现象，漏水时在现场无法更换，必须返厂维修，这样严重影响钻孔作业的效率。
5.为此，本实用新型的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种煤矿井下小直径随钻轨迹测量探管，以克服上述缺陷。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种煤矿井下小直径随钻轨迹测量探管，解决现有煤矿下随钻定向测量探管技术所存在的问题，结构更加简单紧凑，适用于煤矿井下各种规格，不改变煤矿井下钻探工艺，密封性能好，安全性更高，能够在煤矿井下爆炸性气体环境下进行工作。
7.为实现上述目的，本实用新型公开了一种煤矿井下小直径随钻轨迹测量探管，包含通讯接头、固定环、测量短节和扶正器组件，其特征在于：
8.所述通讯接头连接于测量短节的一端，且通讯接头后侧设有连接于测量短节外缘以进行固定的固定环，所述测量短节的另一端设有扶正器组件，所述通讯接头包含绝缘外壳、通缆母座和导电公头，所述通缆母座插入绝缘外壳的一端，其前端形成一v型开口以与通缆钻杆公头进行连接，所述导电公头连接于通缆母座的后端，所述固定环2设有供测量短节贯穿连接的内孔，所述测量短节包含通讯端头、抗压外筒、测量控制电路和减震扶正尾端，所述通讯端头设于抗压外筒的前端且与位于抗压外筒内的测量控制电路电连接，所述
减震扶正尾端连接于抗压外筒的后端，所述扶正器组件包含扶正器，所述扶正器固定于减震扶正尾端，所述扶正器为三叶型或十字型的扶正器结构。
9.其中：所述导电公头的尾端采用香蕉接头结构形式，所述通缆母座与导电公头之间通过螺纹进行固定，所述通缆母座与绝缘外壳通过螺纹进行固定，绝缘外壳的另一端通过内螺纹与测量短节进行连接，所述绝缘外壳由非金属材料制成，所述通缆母座与导电公头由金属材料制成。
10.其中：所述通缆母座与绝缘外壳的接触面之间设有至少一道密封圈进行密封，所述绝缘外壳的一端外侧与通缆钻杆公头的接触面同样通过密封圈进行密封从而有效防止泥浆进入通讯接头内部。
11.其中：所述固定环由无磁的金属材料制成，所述内孔的对称平面与测量短节的结合面相互配合以防止固定环与测量短节围绕轴心旋转。
12.其中：所述固定环的相对两侧设有销钉孔，以通过销钉将固定环锁紧在测量短节上，所述固定环异于销钉孔的另两侧延伸有固定部，所述固定部设有将测量探管悬挂在无磁钻具中的悬挂螺丝孔以保证测量探管与钻具外壳的良好接触。
13.其中：所述通讯端头包含导电母接座、绝缘螺纹管和通讯端头固定架，所述抗压外筒、减震扶正尾端、导电母接座和通讯端头固定架由无磁的金属材料制成；所述绝缘螺纹管由非金属材料制作而成，所述导电母接座固定在绝缘螺纹管内，所述绝缘螺纹管与通讯端头固定架连接固定，所述导电母接座的前端圆孔与通讯接头的导电公头连接。
14.其中：所述导电母接座的尾部引出一条穿过通讯端头固定架并连接到测量控制电路的高温导线，所述通讯端头固定架尾部设有固定电路板的金属骨架。
15.其中：所述通讯端头固定架设有外螺纹、密封圈槽位和固定环安装槽，其两端的外螺纹分别与通讯接头和抗压外筒连接，所述减震扶正尾端设有t型扶正器安装槽和螺丝孔，所述抗压外筒的两端以及通讯端头的外缘连接处均使用橡胶密封圈进行密封。
16.其中：所述测量控制电路包含加速度传感器、磁传感器、cpu控制器、双向通讯模组以及本安电源电路，所述本安电源电路分别与加速度传感器、磁传感器、cpu控制器、双向通讯模组进行电连接。
17.其中：所述扶正器组件包含挡圈和螺丝，所述挡圈和螺丝由无磁金属材料制成，所述扶正器由橡胶材料制成，所述挡圈的外径与抗压外筒外径大小一样，其内设有容置螺丝的阶梯孔从而利用挡圈和螺丝固定于减震扶正尾端。
18.通过上述内容可知，本实用新型的煤矿井下小直径随钻轨迹测量探管具有如下效果：
19.1、有效克服现有技术的缺陷，结构更加简单紧凑，适用于煤矿井下各种规格中心通缆钻杆。
20.2、能提供有效的通讯，密封性能好，安全性更高，能够在煤矿井下爆炸性气体环境下进行工作。
21.3、解决现有设备无法进行双向通讯、现场更换属于易损件的通讯接头、固定环横截界面过大导致流道面积骤降以及测量尾端调试接口容易漏水问题，具备安装、操作简便的优点。
22.本实用新型的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。
附图说明
23.图1显示了本实用新型的煤矿井下小直径随钻轨迹测量探管的结构示意图。
24.图2显示了图1中测量探管的通讯接头结构示意图。
25.图3a和图3b显示了图1中测量探管的固定环结构意图。
26.图4显示了图1中测量探管的测量短节结构意图。
27.图5显示了图4中测量短节的测量控制电路原理框图。
28.图6a、图6b和图6c显示了图1中测量探管的扶正器组件结构意图。
29.图7显示了本实用新型所用的装置连接和设备操作示意图。
具体实施方式
30.参见图1至图7，显示了本实用新型的煤矿井下小直径随钻轨迹测量探管。
31.如图1和图7所示，本实用新型的煤矿井下小直径随钻轨迹测量探管在其中一个实施例中包含通讯接头1、固定环2、测量短节3和扶正器组件4，所述通讯接头1、固定环2、测量短节3和扶正器组件4采用防爆设计，以可应用于煤矿井下爆炸性气体环境中，其中，所述通讯接头1连接于测量短节3的一端，且通讯接头1后侧设有连接于测量短节3外缘以进行固定的固定环2，所述测量短节3的另一端设有扶正器组件4。
32.所述通讯接头用于测量探管与中心通缆钻杆的连接，确保测量探管电源正极与通缆钻杆中心导线连接并与外壳隔离；所述固定环将测量探管与钻具的固定，防止测量探管在钻具中旋转和上下窜动，与钻具外壳共同构成测量探管的电源负极，所述测量短节：用于测量钻孔轨迹参数和与孔口设备双向通讯，所述扶正器组件用于测量短节居中于钻具内和减震。
33.下井前，根据钻具规格选择相配套的通讯接头1、固定环2和扶正器41并按要求进行组装，在送入钻孔前通过固定环2将测量探管固定在钻具中，然后连接通缆钻杆并利用钻机将测量探管送入孔中，待孔内仪器到达规定位置后使用电缆把孔口主机与通览钻杆接通，利用隔爆电源给孔口主机供电，最后孔口控制器通过孔口主机与孔内的测量探管建立连接、发送工作指令，包括但不限于测量孔轨迹参数、载波信号强度、通讯速率和工作模式，待测量探管工作完成后把测量数据按照控制器规定方式发送给孔口主机与控制器，控制器测量数据后，并形成钻孔轨迹。
34.参见图2，通讯接头1包含绝缘外壳11、通缆母座12和导电公头13，所述绝缘外壳11为由高强度、阻燃、耐高温和防腐蚀的非金属材料(如pei)制作而成的筒状部件，所述通缆母座12插入绝缘外壳11的一端，其前端形成一v型开口以与通缆钻杆公头进行连接，所述导电公头13插入通缆母座12的后端，所述通缆母座12与导电公头13两者是由一种阻燃、导电良好、耐腐蚀、无磁的金属材料(如无磁铜或无磁不锈钢)制作而成，所述导电公头13的尾端采用香蕉接头结构形式，所述通缆母座12与导电公头13之间通过螺纹进行固定，且所述通缆母座12与绝缘外壳11通过螺纹进行固定，且通缆母座12与绝缘外壳11的接触面之间设有至少一道密封圈14进行密封，所述密封圈14是由阻燃、耐腐蚀、耐高温的橡胶材料制作而成，所述绝缘外壳11的一端外侧与通缆钻杆公头的接触面同样通过密封圈14进行密封，从而有效防止泥浆进入通讯接头内部，绝缘外壳11的另一端通过内螺纹与测量短节3进行连接，便于现场快速更换破损或龟裂的通讯接头。
35.参见图3a和图3b，所述固定环2是由一种阻燃、导电良好、耐腐蚀、无磁的金属材料(如无磁铜或无磁不锈钢)制作而成，所述固定环2设有供测量短节3贯穿连接的内孔21，所述内孔21对称平面与测量短节3的结合面相互配合，以防止固定环与测量短节围绕轴心旋转，其中，所述固定环2的相对两侧设有销钉孔22，以通过销钉将固定环2锁紧在测量短节3上，所述固定环2异于销钉孔22的另两侧延伸有固定部，所述固定部设有将测量探管悬挂在无磁钻具中的悬挂螺丝孔23，以保证测量探管与钻具外壳的良好接触。
36.参见图4，所述测量短节3包含通讯端头、抗压外筒32、测量控制电路33和减震扶正尾端34，优选的是，所述通讯端头设于抗压外筒32的前端且与位于抗压外筒32内的测量控制电路33电连接，所述减震扶正尾端34连接于抗压外筒32的后端，所述通讯端头可包含导电母接座311、绝缘螺纹管312和通讯端头固定架313，所述抗压外筒32、减震扶正尾端34、导电母接座311和通讯端头固定架313可由一种阻燃、导电良好、耐腐蚀、无磁的金属材料(如无磁铜和不锈钢)制作而成；所述绝缘螺纹管312可由一种高强度、阻燃、耐高温和防腐蚀的非金属材料(如pei、尼龙)制作而成，所述导电母接座311通过螺纹连接固定在绝缘螺纹管312内，所述绝缘螺纹管312通过外螺纹与通讯端头固定架313连接固定，所述导电母接座311的前端圆孔与通讯接头1的导电公头13连接，所述导电母接座311的尾部引出一条高温导线，所述高温导线穿过通讯端头固定架313并连接到测量控制电路33的电源正极，所述通讯端头固定架313尾部设有固定电路板的金属骨架，所述测量控制电路33的电源负极直接与金属骨架连接，所述通讯端头固定架313设有外螺纹、密封圈槽位和固定环安装槽，其两端的外螺纹分别与通讯接头1和抗压外筒32连接，所述减震扶正尾端34与抗压外筒32的尾端通过螺纹连接，所述测量控制电路33设于抗压外筒32内，所述减震扶正尾端34设有t型扶正器安装槽和螺丝孔，所述抗压外筒的两端以及通讯端头31的外缘连接处均使用橡胶密封圈35进行密封，所述密封圈是由阻燃、耐腐蚀、耐高温的橡胶材料制作而成。
37.参见图5，在本实用新型的其中一个实施例中，所述测量控制电路33包含加速度传感器331、磁传感器332、cpu控制器333、双向通讯模组334以及本安电源电路335，所述本安电源电路335分别与加速度传感器331、磁传感器332、cpu控制器333、双向通讯模组334进行电连接，以将输入电源转换为本安型电源输出，为各个单元提供电源，保证其在短路、开路状态下具有防爆特性，不会产生火花。所述双向通讯模组334同时与电源输入端正极连接，对电源总线的调幅和调频信号进行解码，双向通讯模组334是一种基于电源总线的通讯方式，支持调频或调幅的两种通讯编码，其为现有的通讯模组，再次不进行详述。当检测到电源总线的有效指令信号时，将解码数据通过串口发送给cpu控制器333，cpu控制器333收到有效指令信号时进入测量工作，测量结束后控制双向通讯模组334使其进入发送模式，然后按照指令类型修改探管工作模式并发送响应数据，数据发送结束后双向通讯模组334恢复到接收模式。测量控制电路33通过加速度传感器331和磁传感器332测量的重力加速度和磁场数值计算测量探管的倾角、磁方位和工具面等参数并利用双向通讯模组334将测量数据发送给孔口设备。
38.参见图6a、图6b和图6c，所述扶正器组件包含扶正器41、挡圈42和螺丝43，所述挡圈42和螺丝43均是由无磁的金属材料(如无磁铜或无磁不锈钢)制作而成，所述扶正器41是由阻燃、耐腐蚀、耐高温的橡胶材料制作而成，在其中一个优选实施例中，为保证流道面积，所述扶正器可采用图6b所示的三叶型或图6a所示的十字型两种扶正器结构，前者适用的钻
具直径≤63.5
㎜
如63.6
㎜
、50
㎜
、42
㎜
，后者适用于钻具外径＞63.5
㎜
如73
㎜
、89
㎜
，所述挡圈42的外径与抗压外筒32外径大小一样，其内设有容置螺丝43的阶梯孔，从而利用挡圈42和螺丝43将扶正器固定在测量短节3减震扶正尾端34。
39.参见图7，显示了本实用新型的应用，本实用新型的煤矿井下小直径随钻轨迹测量探管通过固定环2和扶正器组件4将测量短节3固定在无磁钻杆5中，测量探管的电源正极通过通讯接头1与通缆钻杆6的中心线缆连接，测量探管的电源负极通过固定环2和通缆钻杆6外壳连接，最后利用通讯线缆7将测量探管电源两极与孔口主机8接通，孔口隔爆电源9给孔口主机8供电，孔口控制器10通过无线(如ble、wifi)或有线方式与孔口主机8建立连接，最终实现测量短节3与孔口控制器10的双向通讯及数据交互。
40.在具体使用时，本实用新型的煤矿井下防爆型小直径随钻轨迹测量探管的使用方法包括以下步骤：
41.步骤1，根据钻具规格和尺寸选择配套的扶正器41和固定环2；
42.步骤2，使用工具将测量探管固定在钻具中，利用钻机将其送入到指定的钻孔深度；
43.步骤3，利用通讯线缆，将孔口主机与通览钻杆连接；
44.步骤4，孔口控制器通过蓝牙或有线方式控制孔口主机，利用孔口主机给供测量探管供电并发送工作指令；
45.步骤5，测量探管收到工作指令后，开始轨迹数据测量工作并将根据指令的类型将响应数据通过上传到孔口主机，最后通过无线或有线方式将指令响应数据上传给控制器；
46.步骤6，根据步骤5记录的不同孔深的测量数据和孔深的变化自动生成并显示钻孔轨迹数据。用户可根据测量轨迹与设计轨迹的偏差值，调整钻具的钻进方向。
47.显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本实用新型的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本实用新型不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本实用新型的教导的特定例子，本实用新型的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。