論存儲式隨鉆測斜儀的研發(fā)
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存儲式隨鉆測斜儀的組成
1.孔口監(jiān)視器
孔口監(jiān)視器實(shí)際上就是一臺小型計(jì)算機(jī)，通過它可以實(shí)現(xiàn)與測量探管之間的同步及信息交換，接收探管的測量結(jié)果，并將測量結(jié)果以數(shù)據(jù)表格和圖形的方式記錄或顯示出來?？卓诒O(jiān)視器由工控機(jī)、LED液晶顯示器、存儲卡、探管通信適配卡和防水平面鼠標(biāo)等組成(圖1)。系統(tǒng)在WINXP環(huán)境下運(yùn)行，配用便攜式本安電源，在條件允許的情況下監(jiān)視器也可連接隔爆兼本安電源，由井下交流電供電連續(xù)工作。
2.測量探管
測量探管是測斜儀的核心部分，主要完成對鉆桿的空間姿態(tài)的測量，并將測量數(shù)據(jù)保存在存儲芯片中，在施工完成后通過數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)傳輸給孔口監(jiān)視器。測量探管由電池組、本安電源板、CPU控制板、通訊接口、傳感器等組成(圖2)。
工作原理
存儲式測斜儀由孔口監(jiān)視器與探管配套組成。測量探管安裝在鉆頭后的無磁鉆桿中，完成對鉆孔軌跡參數(shù)的測量。方位測量采用磁敏傳感器，根據(jù)大地磁場確定探管所在位置的方向姿態(tài)；傾角測量則采用加速度傳感器，根據(jù)重力加速度確定探管的俯仰角度。傳感器產(chǎn)生的電信號，經(jīng)CPU控制單元計(jì)算處理成數(shù)字量存儲。通訊單元將數(shù)據(jù)以標(biāo)準(zhǔn)的串行格式傳輸?shù)娇卓诒O(jiān)視器。探管通訊插頭端有按鈕式電源開關(guān)和電源指示燈，按鈕按下為斷電狀態(tài)燈滅，按鈕彈起為電源接通燈亮。在不測量時，關(guān)閉電源開關(guān)以達(dá)到節(jié)電目的。鉆孔施工前，將孔口監(jiān)視器與探管相連(圖3)，進(jìn)行同步之后分離，并分別開始同步工作。監(jiān)視器記錄采樣點(diǎn)號；測量探管中的方位傳感器、傾角傳感器同時測量鉆桿的空間姿態(tài)參數(shù)。測量時間間隔由30s開始以30s為單位增減，操作人員可以通過監(jiān)視器上的處理軟件選擇所需時間間隔。傳感器測量到的數(shù)據(jù)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換變成數(shù)字量并儲存。待鉆孔完成及各點(diǎn)姿態(tài)參數(shù)也測量完成后，將測量探管從鉆孔中取出，與監(jiān)視器連接，并將鉆孔中測量的數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)視器。監(jiān)視器處理軟件對數(shù)據(jù)處理后生成鉆孔軌跡圖和數(shù)據(jù)報表供顯示或打印。
試驗(yàn)
存儲式測斜儀在設(shè)計(jì)完成后，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了一系列地面試驗(yàn)，后又在神華寧煤集團(tuán)紅柳礦3121工作面1號鉆場進(jìn)行了定向鉆進(jìn)無纜隨鉆測量的工業(yè)性試驗(yàn)。該工作面充水因素比較復(fù)雜，工作面最大涌水量80m3/h，正常涌水量為15~30m3/h。其中51巷道受承壓水開采威脅，掘進(jìn)時涌水量會增大，因此鉆場施工的鉆孔以探放水孔為主。鉆場布置在3121工作面聯(lián)絡(luò)巷中。2號鉆孔設(shè)計(jì)方位為160.7°，鉆孔傾角為25.0°。表1為鉆孔中其中一段的測點(diǎn)數(shù)據(jù)。從表1可以看出，存儲式隨鉆測斜儀測量數(shù)據(jù)與有纜隨鉆測斜儀測量數(shù)據(jù)基本一致。但存儲式隨鉆測斜儀不受中心通纜式鉆桿限制，可以配用小鉆機(jī)施工。
結(jié)論
通過實(shí)驗(yàn)室地面試驗(yàn)和現(xiàn)場工業(yè)性試驗(yàn)，檢驗(yàn)了測量探管的密封性、重復(fù)性和信號傳輸能力，達(dá)到了實(shí)際生產(chǎn)需要。但在實(shí)際施工中以下2點(diǎn)問題有待下一步改進(jìn)：a.方位角的精度需要進(jìn)一步提高。試驗(yàn)數(shù)據(jù)與生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比表明，軌跡圖基本吻合，方位角測量精度能夠滿足生產(chǎn)需要，但左右偏差距離生產(chǎn)要求還有差距，應(yīng)在機(jī)械裝配和數(shù)據(jù)處理軟件上采取措施。b.安裝探管的無磁鈹銅管壁厚應(yīng)做適當(dāng)加厚，否則實(shí)際打鉆時強(qiáng)度會不夠。（本文圖、表略）
本文作者：王嵐 單位：西安中煤科工集團(tuán)西安研究院