[发明专利]煤矿区地面孔与井下巷道内靶点精确导向对接装备及方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿应用的技术领域，尤其涉及一种煤矿区地面孔与井下巷道内靶点精确导向对接装备及方法。

背景技术

随着煤矿工业的发展，出现许多新的工程需要，如煤矿区救援钻孔、电缆孔和通风孔等工程施工需要，这类工程的特点是通过在地面施工定向孔向煤矿井下巷道内已知目标靶点钻进，需要实现精确中靶。

目前主要采用螺杆马达定向钻进和随钻测量实时轨迹测量相结合的钻进工艺，并辅以单多点仪进行轨迹复检，来保证钻孔中靶。但是由于随钻测量系统每个测点的空间位置参数计算时均需要使用到上一个测点的相应参数，因此具有误差累积的缺点，即孔口处累积误差最小，钻孔越深，累积误差越大。即使采用单多点测斜仪进行轨迹复检，由于是以同一种方法进行同一地点的轨迹复检，并不可靠。由于煤矿救援钻孔、电缆孔和通风孔等工程钻孔施工成本高，靶区范围较小，中靶精度要求很高，使用常规随钻测斜定向钻具组合很难保证精确中靶，存在很大施工风险。

此外，地面孔还存在一种利用旋转磁测距系统(RMRS)进行导向对接的技术，该技术目前已成功应用于地面石油、煤层气、地质勘探和固体水溶矿产开采等领域，使用的条件是具有两个钻孔，一个直孔和一个水平定向孔，其中直孔用于放置测量探管，水平定向孔内下入人造磁信标，利用钻机转动钻杆柱旋转人造磁信标营造交变磁场的方式检测钻头与靶点之间的方位和距离，引导水平定向孔向直孔靶点对接，该技术具有距离靶点越近、测量信号越强、解析精度越高的特点。但是对于煤矿救援钻孔、电缆孔和通风孔等钻孔施工时，目标靶点是煤矿井下巷道内已有的空间，且呈近水平布置，不可能在地面提前施工一个直孔至目标靶点以放置测量探管，因此不能直接采用现有地面孔和水平孔导向对接装备和方法。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，结合煤矿区地面孔与井下巷道内靶点精确对接的工程需要，针对目前常规随钻测斜定向钻进存在累积误差、对接精度不高等不足，设计了一种煤矿区地面孔与井下巷道内靶点精确导向对接装备及方法，克服了上述缺陷。

发明内容

本发明目的是针对现有常规随钻测量定向钻进对接精度不高的不足及新型工程精确中靶的需要，提供一种定位误差小、中靶率高的煤矿区地面孔与井下巷道内靶点精确导向对接装备及方法。

为解决上述问题，本发明公开了一种煤矿区地面孔与井下巷道内靶点精确导向对接装备，至少包含地面设备和地下设备，所述地面设备至少包含导向测量探管和孔口信号处理器，地下设备至少包含强磁短节、连接杆、旋转给进机构和导轨，其特征在于：

所述导向测量探管内包含探测范围≥40m的交变磁场传感器，以检测所述强磁短节的交变磁场参数，所述导向测量探管内还包含加速度传感器和磁通门传感器，以检测导向测量探管的位置状态参数，所述导向测量探管连接至孔口信号处理器，从而将数据传递给孔口信号处理器并计算出地面孔和井下巷道内靶点之间的相对位置参量；

所述强磁短节在旋转速度为200～400r/min时会产生磁场半径≥40m的动态磁场，所述连接杆的一端与强磁短节连接，另一端与旋转给进机构连接，所述旋转给进机构的旋转速度为200～400r/min，并可在高速旋转的同时在导轨上匀速运动，旋转速度和运动速度均可调；所述导轨平铺在井下巷道内平面上距靶点1～2m的空地处。

其中：所述地面设备还包含通缆钢丝绳、绞车和信号电缆，所述通缆钢丝绳的一端与导向测量探管连接，另一端固定在绞车上，其内可设有与绞车的通讯接口相连的双股通信电缆，所述信号电缆的一端与孔口信号处理器连接，另一端与绞车上的通讯接口相连，以有效传递数据。

其中：所述通缆钢丝绳的双股通信电缆周缘设置多股钢丝以进行保护。

其中：所述的井下巷道内靶点包括煤矿井下已掘巷道、硐室和采空区等井下技术人员能进入的空间内设置的靶点。

还公开了一种煤矿区地面井与井下巷道内靶点精确导向对接方法，其特征在于包含如下步骤：

步骤一：确定靶区范围，对井下巷道内靶点进行定位；

步骤二：确定地面孔的开孔点、孔身结构和钻孔轨迹，所述地面孔分为套管孔段、定向孔段、纠斜孔段和对接孔段四部分；

步骤三：开孔钻进并完成地面孔的套管孔段和定向孔段的施工；

步骤四：导向对接装备安装，在定向孔段施工完成后，提出孔内钻具并安装导向对接装备；

步骤五：导向定位测量，将导向测量探管分别下入到距井下巷道内靶点40m、35m和30m处进行导向定位测量，并得到三个位置中导向测量探管的位置状态参数及其所在位置与靶点的相对位置参量和三维坐标值；