淺談定向儀器及故障分析

葉宰江

華東石油工程有限公司定向井公司 212000

摘要：在礦井聯系測量中用陀螺儀定向來確定井下起始邊的坐標方位角，以減少起始邊方位角的誤差對最終點位的影響。本文結合多年的工作經驗，介紹了JDT-5A型陀螺連續測斜定向儀的組成，以及使用維護方面的事項。

關鍵詞：陀螺連續測斜定向儀；組成；故障分析；

【引 言】在凍結孔、注漿孔、瓦斯排放孔等工程施工中，由于對鉆孔偏斜要求非常高，常規測斜儀無法滿足施工要求。JDT-5A型陀螺測斜定向儀是專門為凍結孔鉆孔施工以及大傾角工程孔施工定向而設計的。測斜時不用提鉆具，具有高精度連續測斜、高精度糾偏定向、在儀器內部設計了兩套相互獨立的計算機數據處理系統，在測斜數據處理系統中，采用了適應于凍結孔測量的動態測量傳感器和定軸性能極強的高速運轉電機。

一、JDT-5A型陀螺連續測斜定向儀組成

JDT-5A型陀螺連續測斜定向儀由陀螺儀專用電源箱、地面數據處理箱、PP40打印機、測斜井下儀、測斜井下儀探管、定向儀、定向儀探管、測井絞車、絞車控制器、探管扶正器等部分組成。

二、JDT-5A型陀螺連續測斜定向儀使用維護

1、工作原理

在地面儀和井下儀正常的工作狀態下，測斜井下儀在鉆桿內或凍結管內下放測斜時，傾斜傳感器根據凍結孔在施工中的傾斜角度輸出相應的信號，其幅度經過井下儀電器部分放大輸出至地面儀再經過地面數據處理箱把從井下儀輸出的電信號通過內部電路轉換成數據信號推動數碼顯示管顯示并輸出至打印機。其測斜原理和側向原理是依靠安裝在井下傳感器的兩個（x向y向）敏感傾角度傳感原件，組成了儀器的測量坐標系，按照數學直角坐標系的規律即可得出鉆孔在任意處的傾斜度和傾斜方向。定向系統的的原理主要是依靠陀螺儀的定軸性與高精度方位傳感器，組成了一個能夠反映儀器外體相對于定向軸轉動的測量系統，當定向儀外探管的入靴槽下放至螺桿鉆具的入靴鍵后，然后旋轉鉆具到所設計的糾偏定向角度。

2、檢修

（1）、根據地面儀電源箱的電流表和電壓表的工作狀態來判斷故障。第一、地面儀的電流表比正常工作電流小或啟動按鈕按下井下儀不啟動。電壓表比正常工作電壓高。根據故障情況判斷是陀螺馬達沒有工作，重點檢查陀螺馬達上的游絲是否斷路及相應三相供電線路中是否有一相開路，另外還有測井絞車滑環、測井絞車電纜、井下儀上的線路輸入部分等是否開路。第二、地面儀的電流表比正常工作電流大或電壓表比正常工作電壓低。根據故障情況判斷：是三相供電線路相間短路或一相對地短路。重點檢查測井絞車滑環及測井電纜、井下儀線路輸入部分。另外還有地面儀的電流表比正常工作電流大但是電壓表是正常的工作電壓，其可能是陀螺馬達使用壽命要到期（陀螺馬達噪音大）。第三、地面儀啟動正常，工作時電流表顯示不修正：根據故障情況判斷是修正電路工作不正常，重點檢查修正電路及相應的連線及插頭部分。修正電路包括修正線圈、紅外發射管、紅外接收管、12伏直流繼電器、井下儀的直流12伏和直流2.8伏供電等。

（2）、根據地面儀面板擺幅指示器的狀態來判斷故障。第一、擺幅指示器顯示不正常：井下儀在不啟動的情況下、故障一般是井下儀軟連開路、滑環開路、測井電纜開路、地面儀數據處理箱和地面儀電源箱之間的3芯連線開路等。第二、擺幅指示器顯示不正常：井下儀啟動正常、一般情況下是陀螺儀專用電源箱至地面儀面板數據處理箱的信號線有開路的地方，另外是井下儀上的正負15伏工作直流供電出現問題。第三、地面儀數碼顯示管始終有干擾信號：根據故障判斷是地輪的信號輸出部分有干擾。主要是地輪計數器的插座之間進水造成。

（3）、地面儀通電后地面數據處理箱在測斜功能狀態下，其面部狀態指示燈全亮。根據故障情況判斷：或是地面儀5伏供電電壓低，或是由于地面儀的內部測斜數據部分電路板插頭和插座之間虛接造成，或是多功能轉換開關（三連九刀）損壞。

（4）、地面儀通電后地面數據處理箱在定向狀態下：數碼顯示管及功能狀態指示燈正常，但是深度計數不正常。根據故障情況判斷：或是地面儀定向部分15伏供電電壓低。或是地輪計數器的霍爾元件損壞。或是地輪計數器至地面儀之間的信號線有開路的。

（5）、地面儀通電后地面數據處理箱工作在定向狀態下：數碼顯示管及功能狀態指示燈顯示亮度弱。根據故障情況判斷：主要是地面儀電源箱整流輸出的5伏直流電壓低，重點檢查5伏的整流橋，三端穩壓集成電路等。

（6）、地面儀工作在測斜狀態通電后井下儀啟動正常但是無測斜信號輸出。根據故障情況判斷：1是傾斜傳感器的初級焊點開路，2是傾斜傳感器支架上對應初級的銅刷由于長時間工作磨損嚴重。

（7）、PP40打印機：9伏直流供電正常打印機不打印。根據故障情況判斷：或是地面儀數據處理箱內的Z80-PIO損壞，或是打印機內部的三端穩壓集成塊損壞，打印機時常自動走紙，主要是有干擾信號進去，造成打印機誤動作。干擾源一般情況下是220伏50HZ的3相交流電，解決辦法是換接另外2相220伏50HZ的電源。

（8）、儀器的調校步驟。井下儀機械部分放入效驗臺：一通過24芯效驗線聯接。二調整固定絲固定井下儀機械部分。三通電啟動井下儀器。四調整底部的三個可調整絲使井下儀機械部分水平。五放入百分表凋零并固定。六進行零位及精度的調整。另外平時通過打印機打印出的數據來判斷故障：在井下儀沒啟動的情況下，用段測檔，打出的數據x、y應是都為零。如果不是零，說明信號輸入線路有開路的地方。

三、故障案例分析

1、故障統計：

今年海藍儀器在現場使用共出現13次無信號，5次測斜數據異常或不解碼。經提鉆檢查后統計為：探管壞4次，扶正器絕緣被擊穿1次，電池沒電1次，電池筒損壞2次，驅動頭損壞3次，脫鍵3次，砂卡4次。

2、故障分析：

（1）、探管損壞及電池沒電是無法預防的。

（2）、扶正器被擊穿及電池筒損壞經提鉆檢查后發現是針與孔接觸問題造成。原因分析為針與孔接觸面積較小，容易在井下受到震動影響而接觸不良。或者因長期接觸不良造成接觸點溫度過高而擊穿絕緣。

（3）、驅動頭損壞主要表現為活塞及耐磨套被刺壞。這種情況都是在正常鉆進過程中出現。分析原因主要是活塞在井下工作時，活塞密封圈被刺壞。然后泥漿對活塞本體及耐磨套進行沖刷造成損壞，使驅動頭不工作造成儀器無信號。

（4）、脫鍵造成的原因是，井隊沒有按照現場指令書要求在入井鉆具中接入浮閥，且下鉆速度過快，使井內泥漿導流入鉆具內，從而頂出儀器坐鍵位置。其中兩次頂出使儀器卡在鉆鋌水眼內。

（5）、砂卡造成無信號后經提鉆檢查發現驅動頭活塞被卡死不工作，且砂卡都是在下鉆中途測試過程中，分析原因有幾個方面：浮閥可能存在問題，在下鉆速度過快的情況下使井內砂子進入儀器造成砂卡，或者泥漿中的砂子在中途測試時進入活塞密封圈造成活塞卡死。

3、處理方案：

（1）、嚴格按設備的使用要求對現場儀器進行地面檢測。

（2）、保證入井泥漿的清潔。開泵必須帶濾網，儀器入井必須有浮閥且完好狀態。

（3）、在下鉆過程中嚴格控制下鉆速度且多次中途測試，特殊情況下可加密測試儀器。

四、結束語

高精度的導線過程控制和陀螺定向作為堅強邊，強制平差分段導線，從各個環節減小測量誤差，最終實現高精度控制之目的，從而廣泛應用于井上下控制測量和大型貫通工程，深受測量者歡迎，精準的完成各類礦區大型測量工程。

參考文獻：

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[3]孫建國.陀螺儀在礦山測量中的應用[J]。青海科技。2010。5（1）：39-41。