論存儲式隨鉆測斜儀的研發

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存儲式隨鉆測斜儀的組成

1.孔口監視器

孔口監視器實際上就是一臺小型計算機，通過它可以實現與測量探管之間的同步及信息交換，接收探管的測量結果，并將測量結果以數據表格和圖形的方式記錄或顯示出來。孔口監視器由工控機、LED液晶顯示器、存儲卡、探管通信適配卡和防水平面鼠標等組成(圖1)。系統在WINXP環境下運行，配用便攜式本安電源，在條件允許的情況下監視器也可連接隔爆兼本安電源，由井下交流電供電連續工作。

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的測量，并將測量數據保存在存儲芯片中，在施工完成后通過數據線將數據傳輸給孔口監視器。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的測量。方位測量采用磁敏傳感器，根據大地磁場確定探管所在位置的方向姿態；傾角測量則采用加速度傳感器，根據重力加速度確定探管的俯仰角度。傳感器產生的電信號，經CPU控制單元計算處理成數字量存儲。通訊單元將數據以標準的串行格式傳輸到孔口監視器。探管通訊插頭端有按鈕式電源開關和電源指示燈，按鈕按下為斷電狀態燈滅，按鈕彈起為電源接通燈亮。在不測量時，關閉電源開關以達到節電目的。鉆孔施工前，將孔口監視器與探管相連(圖3)，進行同步之后分離，并分別開始同步工作。監視器記錄采樣點號；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參數。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視器上的處理軟件選擇所需時間間隔。傳感器測量到的數據經過模數轉換變成數字量并儲存。待鉆孔完成及各點姿態參數也測量完成后，將測量探管從鉆孔中取出，與監視器連接，并將鉆孔中測量的數據傳送到監視器。監視器處理軟件對數據處理后生成鉆孔軌跡圖和數據報表供顯示或打印。

試驗

存儲式測斜儀在設計完成后，在實驗室中進行了一系列地面試驗，后又在神華寧煤集團紅柳礦3121工作面1號鉆場進行了定向鉆進無纜隨鉆測量的工業性試驗。該工作面充水因素比較復雜，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工作面聯絡巷中。2號鉆孔設計方位為160.7°，鉆孔傾角為25.0°。表1為鉆孔中其中一段的測點數據。從表1可以看出，存儲式隨鉆測斜儀測量數據與有纜隨鉆測斜儀測量數據基本一致。但存儲式隨鉆測斜儀不受中心通纜式鉆桿限制，可以配用小鉆機施工。

結論

通過實驗室地面試驗和現場工業性試驗，檢驗了測量探管的密封性、重復性和信號傳輸能力，達到了實際生產需要。但在實際施工中以下2點問題有待下一步改進：a.方位角的精度需要進一步提高。試驗數據與生產數據對比表明，軌跡圖基本吻合，方位角測量精度能夠滿足生產需要，但左右偏差距離生產要求還有差距，應在機械裝配和數據處理軟件上采取措施。b.安裝探管的無磁鈹銅管壁厚應做適當加厚，否則實際打鉆時強度會不夠。（本文圖、表略）

本文作者：王嵐 單位：西安中煤科工集團西安研究院