煤礦井下無線隨鉆測量系統的應用

2018-05-14 04:39:39栗林波

科技風 2018年36期

栗林波

摘要：煤礦井下千米定向鉆機已成為各大煤礦安全施工不可或缺的重要設備，作為鉆機的“眼睛”，鉆機上的關鍵部位—隨鉆測量系統受到的重視也是越來越高。目前，國內隨鉆測量系統都采用的是有線隨鉆測量系統，但在其使用過程中遇到了很多困難：信號不穩定、信號易中斷。而測量信號的有線傳輸和鉆頭的驅動方式決定了有線隨鉆測量系統很難從根本上解決掉這些問題。針對這一現狀，本文就煤礦井下千米定向鉆機無線隨鉆測量系統的應用展開合理的分析。

關鍵詞：千米定向鉆機；隨鉆測量系統；通纜鉆桿

隨著我國煤炭工業的飛速發展，煤礦延伸開采的地質條件日趨復雜，煤礦安全生產對各類鉆孔的裝備與技術要求不斷提高。而現有的千米定向鉆機有線隨鉆測量系統已無法滿足礦方實際的需要，同時也對隨鉆測量系統提出了更高的要求。

1 無線隨鉆測量系統的基本組成及工作原理

1.1 定向鉆進的原理

定向鉆進系統由孔內馬達、無磁鉆桿、測量裝置、鉆桿、水尾以及孔外電腦組成?；竟ぷ髟頌椋焊邏核ㄋ畨?2MPa）通過鉆桿輸送至孔內馬達?？變锐R達的內部轉子在高壓水的沖擊下轉動，通過前端軸帶動鉆頭旋轉，達到破煤的目的。在鉆進過程中，鉆桿本身不旋轉，主要起推進作用?？變锐R達鉆頭旋轉但鉆桿不旋轉，減少了鉆桿和孔壁的摩擦力，從而有效地降低了鉆機的負載?？變锐R達的彎頭是一個關鍵，它和鉆桿連接以后會有一定的彎曲度，由于彎頭的作用，鉆孔的軌跡將不再是傳統鉆機打直線，而是一條偏向彎接頭方向的空間曲線。有線隨鉆測量裝置將所測量信息包括（傾角、方位角、工具面向角）等信息，以電信號的形式通過鉆桿內芯傳輸至孔外電腦，通過電腦分析數據得出實時鉆孔信息。而無線隨鉆測量系統擺脫了電信號的束縛，具有更大的靈活性和易操作性。

1.2 無線隨鉆測量系統的基本組成

無線隨鉆測量系統的組成：主要由無線隨鉆測量探管、無線隨鉆孔口裝置、無線隨鉆測量軟件等三部分組成。

1.3 無線隨鉆測量系統工作原理

無線隨鉆測量系統測量傳輸探管的姿態傳感器實時收集鉆孔當前位置的傾角、方位角及工具面向角等定向參數，并將無線信號傳遞給發射機短節，發射機短節將收到的定向參數進行數字編碼，通過信號發送裝置以電磁波形式向外發送，電磁波信號主要沿鉆桿傳播；無線隨鉆測量系統孔口裝置內部的信號接收器負責接收電磁波信號，經放大、去噪和解碼，并將解碼數據送給無線隨鉆系統孔口裝置內部的數字處理器進行綜合處理，并通過無線隨鉆測量系統測量軟件實時顯示當前鉆孔的姿態信息并生成鉆孔軌跡。

2 無線隨鉆測量系統的技術分析

2.1 目前有線隨鉆測量系統使用過程中遇到的問題

與有線測量系統相配套的是通纜鉆桿，其不但價格較高，同時在使用過程中鉆桿的頻繁拆卸也導致接頭容易松動破損，出現接觸不良或多處進水的情況進而導致隨鉆測量系統信號的不穩定甚至無信號等故障。另一方面，目前的滑動定向鉆進技術已經無法滿足日益復雜的地質情況，但受有線測量系統及配套鉆具的制約，無法實現復合定向鉆進，而高效定向鉆進的方法是有機結合復合定向鉆進技術與滑動定向鉆進技術，由于滑動定向鉆進技術已很成熟，所以復合定向鉆進技術及可靠的定向設備是提高定向鉆進效率的關鍵，保證施工經濟合理性的基礎；同時高效定向鉆孔軌跡控制技術是保證施工質量的根本。在定向鉆進施工過程中，地層穩定段采用滑動方式定向鉆進；一旦遇到地層破碎段，則采用回轉鉆進方式鉆進至穩定段后，再進行滑動方式定向鉆進。

2.2 無線隨鉆測量系統的優勢

無線隨鉆測量系統不需要配套傳統的通纜鉆桿，其測量信號通過鉆桿外壁傳輸。這樣就有效的避免了由于鉆桿內芯的老化、磨損、接觸不良而導致的信號不穩定及信號中斷的問題。另一方面，無線隨鉆測量系統的工作原理決定了鉆桿不需要有內部傳輸信號的結構，這樣也有效地降低了鉆桿的生成周期及成本。

2.3 技術指標

測量精度指標：

傾角：測量范圍-90°～+90°，精度±0.2°

方位角：測量范圍0°～360°，精度±1.5°

工具面角：測量范圍0°～360°，精度±1.0°

無線隨鉆測量系統可靠傳輸距離：≥1000m；

測量電池使用時間：≥30天

單次數據傳輸時間：小于10s

3 結語

以上就是對無線隨鉆測量系統的分析，相信隨著國家對能源領域各類關鍵技術的重視，國內的瓦斯抽放技術將會有進一步的提升。從長遠的角度看，類似于無線測量系統的各種礦用技術的發展，極大地增強了我國煤礦企業的市場競爭力，我國能源的安全將會有更多的保障。