矿用泥浆脉冲无线随钻测量装置及其应用.pdf

第４５卷第２期２０１９年２月工矿自动化ＩｎｄｕｓｔｒｙａｎｄＭｉｎｅＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＶｏｌ．４５Ｎｏ．２Ｆｅｂ．２０１９收稿日期２０１８－１０－２９；修回日期２０１９－０１－１０；责任编辑李明。基金项目 “ 十二五” 国家科技重大专项资助项目（２０１１ＺＸ０５０４１－００１）；陕西省重点研发计划资助项目（２０１７ＧＹ－１５２）。作者简介方俊（１９８５－），男，湖北谷城人，助理研究员，博士研究生，主要从事煤矿钻探技术与仪器研究工作，Ｅ－ｍａｉｌｆａｎｇｊｕｎ＠ｃｃｔｅｇｘｉａｎ．ｃｏｍ。引用格式方俊，谷拴成，石智军，等．矿用泥浆脉冲无线随钻测量装置及其应用［Ｊ］．工矿自动化，２０１９，４５（２）１２－１７．ＦＡＮＧＪｕｎ，ＧＵＳｈｕａｎｃｈｅｎｇ，ＳＨＩＺｈｉｊｕｎ，ｅｔａｌ．Ｍｉｎｅ－ｕｓｅｄｍｕｄｐｕｌｓｅｗｉｒｅｌｅｓｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｗｈｉｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇｄｅｖｉｃｅａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＩｎｄｕｓｔｒｙａｎｄＭｉｎｅＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，２０１９，４５（２）１２－１７．文章编号１６７１－２５１Ｘ（２０１９）０２－００１２－０６ＤＯＩ１０．１３２７２／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－２５１ｘ．１７３７５矿用泥浆脉冲无线随钻测量装置及其应用方俊１，２，谷拴成１，石智军１，２，李泉新１，２（１．西安科技大学建筑与土木工程学院，陕西西安７１００５４；２．中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安７１００７７）摘要针对采用中心通缆式钻杆作为信号传输通道的有线随钻测量装置存在的钻杆结构复杂、机械性能受限、抗干扰能力差等问题，研制了一种矿用泥浆脉冲无线随钻测量装置。该装置由防爆计算机、防爆键盘、防爆数据存储器、防爆测量探管、防爆压力变送器等组成，采用间歇模式工作防爆测量探管中的测量短节检测到泥浆泵停泵信号后，采集钻孔轨迹参数、定向钻具状态参数等静态数据并进行编码；当检测到泥浆泵开泵信号后，防爆测量探管中的驱动短节依次发送静态数据、测量并发送动态数据，同时控制脉冲发生器调整水力通道的流道面积；防爆压力变送器采集泥浆泵压力信号并将其发送至防爆计算机；数据传输完成后，防爆测量探管停止工作，脉冲发生器内部流道恢复，泥浆泵压力变为正常值，开始定向钻进。试验结果表明，该装置工作稳定，测量数据准确，传输可靠，提高了定向钻进效率和安全性，满足煤矿井下各类煤层孔和岩层孔定向钻进需要，且可实现常规钻孔轨迹随钻测量。关键词煤矿井下定向钻进；钻孔轨迹随钻测控；随钻测量；无线随钻测量装置；泥浆脉冲；防爆测量探管；测量短节；驱动短节中图分类号ＴＤ７１２文献标志码Ａ网络出版地址ｈｔｔｐ／／ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／３２．１６２７．ＴＰ．２０１９０１１９．１００３．００１．ｈｔｍｌＭｉｎｅ－ｕｓｅｄｍｕｄｐｕｌｓｅｗｉｒｅｌｅｓｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｗｈｉｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇｄｅｖｉｃｅａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＦＡＮＧＪｕｎ１，２，ＧＵＳｈｕａｎｃｈｅｎｇ１，ＳＨＩＺｈｉｊｕｎ１，２，ＬＩＱｕａｎｘｉｎ１，２（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ＇ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ＇ａｎ７１００５４，Ｃｈｉｎａ；２．ＣＣＴＥＧＸｉ＇ａｎＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉ＇ａｎ７１００７７，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＦｏｒｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｗｉｒｅｄｗｈｉｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇｄｅｖｉｃｅ（ＭＷＤ）ｗｈｉｃｈｕｓｅｄｃｅｎｔｒａｌｃａｂｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇｒｉｇａｓｓｉｇｎａｌｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｃｈａｎｎｅｌｓｕｃｈａｓｃｏｍｐｌｅｘｄｒｉｌｌｉｎｇｒｉｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｌｉｍｉｔｅｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒ，ｐｏｏｒａｎｔｉ－ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｓｏｏｎ，ａｍｉｎｅ－ｕｓｅｄｍｕｄｐｕｌｓｅｗｉｒｅｌｅｓｓＭＷＤｄｅｖｉｃｅｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｔｈｅｄｅｖｉｃｅｉｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｅｘｐｌｏｓｉｏｎ－ｐｒｏｏｆｃｏｍｐｕｔｅｒ，ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ－ｐｒｏｏｆｋｅｙｂｏａｒｄ，ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ－ｐｒｏｏｆｄａｔａｍｅｍｏｒｙ，ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ－ｐｒｏｏｆｍｅａｓｕｒｉｎｇｔｕｂｅ，ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ－ｐｒｏｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ，ｅｔｃ．Ｉｔｗｏｒｋｓｉｎｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔｍｏｄｅ．Ｗｈｅｎｓｈｕｔｄｏｗｎｓｉｇｎａｌｏｆｍｕｄｐｕｍｐｉｓｄｅｔｅｃｔｅｄｂｙｍｅａｓｕｒｉｎｇｓｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｘｐｌｏｓｉｏｎ－ｐｒｏｏｆｍｅａｓｕｒｉｎｇｔｕｂｅ，ｓｔａｔｉｃｄａｔａｉｎｃｌｕｄｉｎｇｄｒｉｌｌｉｎｇｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｐａｒａｍｅｔｅｒａｎｄｓｔａｔｅｐａｒａｍｅｔｅｒｏｆｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｄｒｉｌｌｉｎｇｔｏｏｌｉｓｃｏｌｌｅｃｔｅｄａｎｄｃｏｄｅｄ．Ｗｈｅｎｏｐｅｎｉｎｇｓｉｇｎａｌｏｆｍｕｄｐｕｍｐｉｓｄｅｔｅｃｔｅｄ，ｆｏｌｌｏｗｉｎｇｗｏｒｋｓａｒｅｄｏｎｅｂｙｄｒｉｖｉｎｇｓｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｘｐｌｏｓｉｏｎ－ｐｒｏｏｆｍｅａｓｕｒｉｎｇｔｕｂｅｉｎｃｌｕｄｉｎｇｓｅｎｄｉｎｇｔｈｅｓｔａｔｉｃｄａｔａ，ｍｅａｓｕｒｉｎｇａｎｄｓｅｎｄｉｎｇｄｙｎａｍｉｃｄａｔａ，ａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｔｈｅｐｕｌｓｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｔｏａｄｊｕｓｔｆｌｏｗｃｈａｎｎｅｌａｒｅａｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｏｎｄｕｉｔ．Ｔｈｅｅｘｐｌｏｓｉｏｎ－ｐｒｏｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒｃｏｌｌｅｃｔｓｐｒｅｓｓｕｒｅｓｉｇｎａｌｏｆｍｕｄｐｕｍｐａｎｄｓｅｎｄｓｉｔｔｏｔｈｅｅｘｐｌｏｓｉｏｎ－ｐｒｏｏｆｃｏｍｐｕｔｅｒ．Ｗｈｅｎｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｓｃｏｍｐｌｅｔｅｄ，ｔｈｅｅｘｐｌｏｓｉｏｎ－ｐｒｏｏｆｍｅａｓｕｒｉｎｇｔｕｂｅｓｔｏｐｓｗｏｒｋｉｎｇ，ｆｌｏｗｃｈａｎｎｅｌｉｎｓｉｄｅｔｈｅｐｕｌｓｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｉｓｒｅｓｔｏｒｅｄ，ｍｕｄｐｕｍｐｐｒｅｓｓｕｒｅｉｓｃｈａｎｇｅｄｔｏｎｏｒｍａｌｖａｌｕｅ，ｔｈｅｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｄｒｉｌｌｉｎｇｉｓｓｔａｒｔｅｄ．Ｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｄｅｖｉｃｅｒｕｎｓｓｔａｂｌｙｗｉｔｈｃｏｒｒｅｃｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｄａｔａａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｓｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｓａｆｅｔｙｏｆｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｄｒｉｌｌｉｎｇ，ｗｈｉｃｈｃａｎｍｅｅｔｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｄｒｉｌｌｉｎｇｎｅｅｄｏｆａｌｌｋｉｎｄｓｏｆｃｏａｌ－ｓｅａｍｏｒｒｏｃｋ－ｓｅａｍｄｒｉｌｌｉｎｇｈｏｌｅｓａｎｄｒｅａｌｉｚｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｗｈｉｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｄｒｉｌｌｉｎｇｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｄｒｉｌｌｉｎｇｉｎｃｏａｌｍｉｎｅｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ；ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｗｈｉｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ；ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｗｈｉｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇ；ｗｉｒｅｌｅｓｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｗｈｉｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇｄｅｖｉｃｅ；ｍｕｄｐｕｌｓｅ；ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ－ｐｒｏｏｆｍｅａｓｕｒｉｎｇｔｕｂｅ；ｍｅａｓｕｒｉｎｇｓｅｃｔｉｏｎ；ｄｒｉｖｉｎｇｓｅｃｔｉｏｎ０引言钻孔轨迹随钻实时测控是煤矿井下坑道近水平定向钻进的关键技术之一。随钻测量装置作为钻孔轨迹随钻测控工具，是煤矿井下定向钻进装备的核心设备［１－２］。随钻测量装置按信息传输介质可分为有线式和无线式两类［３］。目前国内外煤矿井下坑道定向钻进大多采用有线随钻测量装置，如澳大利亚ＶＬＤ公司的ＤＧＳ定向钻进监测系统、中煤科工集团西安研究院有限公司的ＹＨＤ系列有线随钻测量装置。有线随钻测量装置采用中心通缆式钻杆作为信号传输通道，存在以下问题①钻杆结构复杂，生产和使用成本高；②因钻杆内环空间中布设通信组件，钻杆需设计为大通孔结构，导致钻杆整体机械性能受到限制，故障或损坏较多；③适用于煤层内滑动定向钻进，限制了煤层瓦斯抽采定向孔的孔深提高，无法满足水害防治定向孔、顶板高位瓦斯抽采定向孔等岩层孔高效钻进需要；④对钻杆的绝缘性和连接性能要求较高，抗干扰能力差，当绝缘不好或连接电阻较大时，随钻测量信号传输衰减大，通信故障频繁［４－９］。无线随钻测量装置主要应用于地面油气钻探领域，其中泥浆脉冲随钻测量装置已完全实现国产化，工作稳定可靠，传输距离远，对钻杆要求低［９－１０］。由于煤矿井下空间狭小，具有特殊防爆要求，且施工工艺、钻探参数与地面钻井差别较大，所以不能直接将地面泥浆脉冲随钻测量装置应用于煤矿井下坑道钻探施工中［１１－１３］。笔者所在团队结合煤矿井下定向钻进特点和要求，研制开发了一种矿用泥浆脉冲无线随钻测量装置。本文对该装置的结构组成、工作原理、技术特点和现场应用情况进行分析。１装置结构组成矿用泥浆脉冲无线随钻测量装置由防爆计算机、防爆键盘、防爆数据存储器、防爆测量探管、防爆压力变送器等组成，如图１所示。图１矿用泥浆脉冲无线随钻测量装置结构组成Ｆｉｇ．１Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｍｉｎｅ－ｕｓｅｄｍｕｄｐｕｌｓｅｗｉｒｅｌｅｓｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｗｈｉｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇｄｅｖｉｃｅ１．１防爆计算机及配套设备防爆计算机采用防爆键盘进行人机交互，采用防爆数据存储器进行数据导入导出操作，采用压力变送器信号采集板进行信号采集和解调，除具备常规计算机功能外［１４］，还具有以下３个功能①设定及检查防爆测量探管；②为防爆压力变送器供电并接收电信号；③对压力信号进行检波、解码，将清水压力脉冲还原为测量数据。压力变送器信号采集板主要由电源及采集电路、滤波电路、通信电路及ＣＰＵ控制电路组成。其中电源及采集电路分别给电路板和防爆压力变送器供电。滤波电路采用两级低通滤波器消除杂波，提高信号的强度和规律性。通信电路负责将ＴＴＬ串口电平信号转换成标准ＲＳ２３２电平信号，完成压力变送器信号采集板与防爆计算机串口之间的信号传输。ＣＰＵ控制电路自带Ａ／Ｄ输入端口，能够连续采集经滤波电路处理后的泥浆脉冲信号，并通过通信电路发送给防爆计算机。防爆计算机依据约定的通信协议对信号进行解调，并通过屏幕显示钻孔轨迹测量结果和工具面向角动态调整结果。１．２防爆测量探管防爆测量探管由测量短节、充电电池筒、驱动短节和脉冲发生器组成。（１）测量短节。测量短节主要完成钻孔轨迹的测量和编码，由测量模块、泵状态判断模块和主控模块组成。测量模块主要用于钻孔轨迹参数测量［１５］；泵状态判断模块采用流量开关判断孔口泥浆泵工作状态，并以此为依据控制测量短节采集和发送数据，实现间歇工作，降低功耗；主控模块根据泥浆泵工作状态，将测量模块传来的测量数据进行编码后发送至驱动短节。３１２０１９年第２期方俊等矿用泥浆脉冲无线随钻测量装置及其应用（２）充电电池筒。充电电池筒位于测量短节和驱动短节中间，负责给测量短节和驱动短节供电，是影响孔内仪器工作时间的重要设备。由于测量短节和驱动短节工作电气参数差别较大，所以充电电池筒包括２组由镍氢充电电池串联构成的电池组，分别为测量短节和驱动短节供电。为确保工作安全，充电电池筒内设置了充电电路和保护电路。（３）驱动短节。驱动短节根据测量短节的信号编码控制脉冲发生器产生压力脉冲，从而实现泥浆脉冲信号传输［１６］。电磁阀是驱动短节的关键部件，用于先导控制脉冲发生器内流道控制阀的开启和关闭。电磁阀结构如图２所示。电磁线圈缠绕在线圈骨架上，其内通过电流时铁芯被磁化，从而吸合上静磁体，并带动活动短柱和伸缩杆移动，堵塞驱动短节中心的泄流流道。无电流时磁性消失，在复位弹簧作用下，流道恢复。１－下静磁体；２－动磁体；３－电磁铁壳体；４－线圈骨架；５－脉冲幅值调整杆；６－上静磁体；７－活动短柱；８－伸缩杆；９－复位弹簧图２电磁阀结构Ｆｉｇ．２Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｏｌｅｎｏｉｄｖａｌｖｅ电磁阀工作时需要消耗大量电能，因此驱动短节设置了储能电路、充电电路和控制电路。储能电路用于存储电磁阀工作需要的电能；充电电路用于对储能电路进行恒流充电；控制电路用于控制充电过程，并控制储能电路给电磁线圈放电。（４）脉冲发生器。脉冲发生器类似于在钻具内部安装的可控制闸门，如图３所示。发射泥浆脉冲信号时，驱动短节伸缩杆伸入脉冲发生器下支撑盘内，在压力作用下，带动脉冲发生器阀头动态移动，将钻具内部水流通道减小一定面积，使钻具内流动阻力加大，泥浆泵泵压升高。信号发射完成后，驱动短节停止工作，脉冲发生器使钻具内部通道恢复到原来的面积，泵压恢复正常。１－滤网体；２－孔板座；３－阀座；４－阀头；５－阀杆；６－中心支撑座；７－导流筒；８－下支撑盘图３脉冲发生器结构Ｆｉｇ．３Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｐｕｌｓｅｒ１．３防爆压力变送器防爆压力变送器用于将传递至孔口的泥浆压力脉冲信号转换为电信号并发送至防爆计算机。采用扩散硅压力敏感元件将泥浆压力脉冲信号转换为与其成正比的毫伏电压输出信号，然后经集成放大电路处理转换成标准４～２０ｍＡ信号输出。防爆压力变送器具有精度高、稳定性好、响应速度快等优点。２装置工作原理矿用泥浆脉冲无线随钻测量装置采用间歇模式工作，其工作原理如图４所示。将防爆测量探管装入无磁外管中下入定向钻孔内，测量短节检测到泥浆泵停泵信号后，采集钻孔轨迹参数（倾角和方位角）、定向钻具状态参数（工具面向角）等静态数据并进行编码。检测到泥浆泵开泵信号后，驱动短节先发送静态数据，然后开始计时并测量和发送动态数据（螺杆马达工具面向角），开泵状态下动态数据发送一定时间后停止发送，直到下次开泵为止。驱动短节发送数据时，按照预先设置的编码规则有序地控制脉冲发生器调整水力通道的流道面积。流道面积的改变会产生流阻变化，导致泥浆泵出口压力发生变化。安装在泥浆泵出口的防爆压力变送器采集压力变化信号并将其发送到防爆计算机。防爆计算机按照预先设置的编码规则，将压力变化曲线转换成钻孔轨迹数据，并以数据表格和轨迹曲线的方式显示，为钻孔轨迹调整提供依据。完成数据传输后，孔内防爆测量探管停止工作，脉冲发生器内部流道恢复，泥浆泵压力变为正常值，开始定向钻进。图４矿用泥浆脉冲无线随钻测量装置工作原理Ｆｉｇ．４Ｗｏｒｋｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｍｉｎｅ－ｕｓｅｄｍｕｄｐｕｌｓｅｗｉｒｅｌｅｓｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｗｈｉｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇｄｅｖｉｃｅ４１工矿自动化２０１９年第４５卷３装置性能参数和技术特点矿用泥浆脉冲无线随钻测量装置实物如图５所示，其主要性能参数见表１。图５矿用泥浆脉冲无线随钻测量装置实物Ｆｉｇ．５Ｐｈｙｓｉｃａｌｆｉｇｕｒｅｏｆｍｉｎｅ－ｕｓｅｄｍｕｄｐｕｌｓｅｗｉｒｅｌｅｓｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｗｈｉｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇｄｅｖｉｃｅ表１矿用泥浆脉冲无线随钻测量装置主要性能参数Ｔａｂｌｅ１Ｍａｉｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｍｉｎｅ－ｕｓｅｄｍｕｄｐｕｌｓｅｗｉｒｅｌｅｓｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｗｈｉｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇｄｅｖｉｃｅ测量性能倾角测量范围－９０～＋９０；允许误差０．２方位角测量范围０～３６０；允许误差１．５；限制条件倾角３０工具面向角测量范围０～３６０；允许误差１．５；限制条件倾角３０配套钻杆可与常规钻杆配合使用最小启动泵量９０Ｌ／ｍｉｎ工作方式流量控制，间歇工作泥浆信号强度 ≥０．１ＭＰａ防爆形式矿用隔爆兼本质安全型工作温度０～４０℃ 该装置具有以下技术特点（１）采用泥浆脉冲无线信号传输方式，以钻杆柱内钻进冲洗液为信号载体，以钻杆柱内水力通道为信号传输通道，信号强度大、衰减小、传输距离远。（２）摆脱了对中心通缆式钻杆的依赖，可与各种类型常规钻杆配套使用，降低了对钻杆结构和密封方面的要求，提高了定向钻进用钻杆强度和孔内钻具安全性。（３）适应于复合定向钻进、滑动定向钻进、常规回转钻进等工艺方法，提高了定向钻进适用地层范围，且可实现常规钻孔轨迹随钻测控。（４）脉冲发生器为一体式结构，最小外径为７６ｍｍ，在小排量（不小于９０Ｌ／ｍｉｎ）、低泵压（不大于１２ＭＰａ）下能产生稳定的脉冲信号，适应煤矿井下定向钻孔冲洗液条件。（５）孔内仪器基于流量变化，以间歇、低功耗模式工作，大幅减少无效用电，延长了孔内连续工作时间。（６）采用特殊的防爆结构设计，能够满足煤矿井下爆炸气体环境的使用要求。４装置使用与操作４．１装置设置与检查装置使用前，应检查孔口防爆计算机、无磁钻具、孔内仪器外观、防爆测量探管精度、充电电池筒电量、脉冲发生器、泥浆泵等，确保装置能安全正常工作。防爆测量探管传输数据分为静态数据和动态数据两类，使用前应根据需要设置探管运行参数，使孔内仪器和孔口仪器运行参数保持一致，确保正确解调出随钻测量数据。完成设置后应进行模拟测试，检测探管是否按设置参数进行数据发送。重复测量３次，确定探管工作正常，模拟测试合格，回收仪器并放置好。４．２装置组装连接（１）孔口设备连接。将防爆计算机固定在操作人员易观察到的地方，并将防爆计算机电源线接入井下防爆电柜中。将防爆压力变送器三通接手与泥浆泵出水口牢固连接，并使压力变送器安装口朝上方，然后将压力变送器安装在三通接手上。合理布设压力变送器信号电缆，并将其从防爆计算机的信号连接口引入防爆计算机。（２）防爆测量探管组装。将测量短节、充电电池筒、驱动短节采用连接器依次连接，组成孔内仪器串。将流量开关定位接手与无磁仪器外管连接，然后将连接好的探管装入无磁外管，使测量短节定位凸键嵌入流量开关定位接手的键槽中，最后将脉冲发生器安装到无磁外管上，组成孔内仪器总成。４．３装置使用将孔内仪器总成的流量开关定位接手端与下无磁、螺杆马达、钻头等钻具依次连接，完成工具面修正。然后在脉冲发生器端与钻进用钻杆连接，将仪器下入孔底。定向钻进时，孔内仪器根据泥浆泵工作状态，发送静态数据和工具面调整动态数据，指导定向钻孔轨迹调整，完成定向钻进施工。５现场试验矿用泥浆脉冲无线随钻测量装置在华兴能源有限责任公司唐家会煤矿６１１０１工作面进行了现场试验，成功完成３个顶板水疏放定向孔，保障了工作面５１２０１９年第２期方俊等矿用泥浆脉冲无线随钻测量装置及其应用巷道掘进及回采安全。５．１工作面概况６１１０１工作面为唐家会煤矿首采工作面，主采煤层６煤，采厚约１８ｍ；煤层顶板岩性依次为粗粒砂岩、细粒砂岩、粉砂岩、砂质泥岩和泥岩；底板岩性依次为砂质泥岩、粉砂岩、泥岩、炭质泥岩、粗粒砂岩、中粒砂岩、细粒砂岩。矿井井筒建设和水文物探探查显示６煤顶板含砂岩裂隙－孔隙水，且含水性强。当６煤综采时，形成的垮落带及裂隙带会使６煤顶板的裂隙－孔隙水导入６煤，存在重大水害隐患。为了保证后期煤层安全回采，决定在工作面提前施工顶板水疏放定向孔对含水体进行超前治理，避免水害事故发生。５．２试验装备与钻孔设计试验装备主要有ＺＤＹ６０００ＬＤ型履带式全液压坑道定向钻机、３ＮＢ－３２０型往复式泥浆泵和 ７３ｍｍ常规外平钻杆。考虑工作面整体疏放水的需要，布置了１个钻场和３个定向钻孔。５．３钻孔施工现场试验时共完成３个钻孔，孔深分别为４４７，６５８，５３５ｍ，总进尺为１６４ｍ，实钻轨迹平面如图６所示，３号钻孔实钻轨迹剖面如图７所示。施工过程中泥浆泵泵量为１６５Ｌ／ｍｉｎ，泵压最大值为６ＭＰａ，分别采用滑动定向钻进技术和复合定向钻进技术，施工过程中仪器工作稳定，测量数据准确，测量精度在允许范围之内。图６试验钻孔实钻轨迹平面Ｆｉｇ．６Ｄｒｉｌｌｉｎｇｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｐｌａｎｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄｒｉｌｌｉｎｇｈｏｌｅｓ图７３号试验钻孔实钻轨迹剖面Ｆｉｇ．７ＤｒｉｌｌｉｎｇｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｐｒｏｆｉｌｅｏｆＮｏ．３ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄｒｉｌｌｉｎｇｈｏｌｅ定向钻孔施工时，最大出水量达１５ｍ３／ｈ，持续疏放至孔内无水后，进行煤层回采。６结论（１）矿用泥浆脉冲无线随钻测量装置满足煤矿井下各类煤层孔和岩层孔定向钻进施工需要，革新了煤矿井下随钻测量装置的信号传输方式，提高了信号传输强度和传输距离，增强了定向钻进钻杆强度，降低了定向钻进装备成本，且可与复合定向钻进技术结合，提高了定向钻孔深度、钻进效率和钻进安全性，是对现有煤矿井下定向钻进技术与装备的重要改进和发展。（２）泥浆脉冲传输方式对钻进用泥浆性能要求较高，虽然煤矿井下定向钻进时一般采用清水，且不循环利用，但搬运钻杆过程中或利用钻杆注浆后可能在钻杆内留有固体颗粒，从而导致脉冲发生器堵塞，出现通信故障。应注意保持钻杆清洁，或在脉冲发生器后设置过滤器，确保孔内仪器工作正常。（３）泥浆泵是泥浆脉冲信号的重要噪声源，应尽量选用液压驱动泥浆泵，且在使用时应注意保养检修，确保工作平稳。参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）［１］石智军，刘建林，李泉新．我国煤矿区钻进技术装备发展与应用［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１８，４６（４）１－６．ＳＨＩＺｈｉｊｕｎ，ＬＩＵＪｉａｎｌｉｎ，ＬＩＱｕａｎｘｉｎ．ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄｅｑｕｉｐｍｅｎｔｉｎｃｏａｌｍｉｎｉｎｇａｒｅａｏｆＣｈｉｎａ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１８，４６（４）１－６．［２］李泉新，石智军，许超，等．２３１１ｍ顺煤层超长定向钻孔高效钻进技术［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１８，４６（４）２７－３２．ＬＩＱｕａｎｘｉｎ，ＳＨＩＺｈｉｊｕｎ，ＸＵＣｈａｏ，ｅｔａｌ．Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｄｒｉｌｌｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆ２３１１ｍｕｌｔｒａ－ｌｏｎｇｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｂｏｒｅｈｏｌｅａｌｏｎｇｃｏａｌｓｅａｍ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１８，４６（４）２７－３２．［３］高珺．矿用随钻测量系统中数据传输技术研究［Ｊ］．中州煤炭，２０１６（４）１１５－１１７．ＧＡＯＪｕｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｍｉｎｅ－ｕｓｅｄＭＷＤｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．ＺｈｏｎｇｚｈｏｕＣｏａｌ，２０１６（４）１１５－１１７．［４］方俊，石智军，李泉新，等．新型煤矿井下定向钻进用有线随钻测量装置［Ｊ］．工矿自动化，２０１５，４１（８）１－５．ＦＡＮＧＪｕｎ，ＳＨＩＺｈｉｊｕｎ，ＬＩＱｕａｎｘｉｎ，ｅｔａｌ．Ｎｏｖｅｌｃａｂｌｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｗｈｉｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇｄｅｖｉｃｅｕｓｅｄｆｏｒｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ６１工矿自动化２０１９年第４５卷ｄｒｉｌｌｉｎｇｉｎｃｏａｌｍｉｎｅ［Ｊ］．ＩｎｄｕｓｔｒｙａｎｄＭｉｎｅＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，２０１５，４１（８）１－５．［５］江泽宇，谢洪波，文广超，等．煤矿井下电磁波无线随钻轨迹测量系统设计与应用［Ｊ］．煤田地质与勘探，２０１７，４５（３）１５６－１６１．ＪＩＡＮＧＺｅｙｕ，ＸＩＥＨｏｎｇｂｏ，ＷＥＮＧｕａｎｇｃｈａｏ，ｅｔａｌ．ＤｅｓｉｇｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｒａｄｉｏＭＷＤｓｙｓｔｅｍｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇｔｒａｃｋｉｎｃｏａｌｍｉｎｅ［Ｊ］．ＣｏａｌＧｅｏｌｏｇｙ＆Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，２０１７，４５（３）１５６－１６１．［６］江浩，燕斌．基于ＰＮＩ磁感式传感器的钻孔测斜仪的研制［Ｊ］．煤田地质与勘探，２０１６，４４（４）１３２－１３５．ＪＩＡＮＧＨａｏ，ＹＡＮＢｉｎ．ＢｏｒｅｈｏｌｅｉｎｃｌｉｎｏｍｅｔｅｒｂａｓｅｄｏｎＰＮＩｍａｇｎｅｔｉｃｉｎｄｕｃｔｉｏｎｓｅｎｓｏｒ［Ｊ］．ＣｏａｌＧｅｏｌｏｇｙ＆Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，２０１６，４４（４）１３２－１３５．［７］代晨昱，燕斌，樊依林，等．基于定向钻进技术的随钻测量系统应用研究

版权申诉 word格式文档无特别注明外均可编辑修改；预览文档经过压缩，下载后原文更清晰！ 立即下载

关键词：: 泥浆脉冲无线测量装置及其应用技术规范煤矿开采 20201218141633891156 煤矿开采采矿技术煤矿文库，行业标准法律法规培训课件案例分析规程措施技术规范煤矿论文考试题库技术方案技术标书施工组织技术总结安全管理通知公告设计图纸实用文档图书资料文档下载在线阅读视频课程培训视频

矿业文库所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。