[发明专利]煤矿井下孔底自发电有线地质导向随钻测量系统及方法

说明书

本发明提供了一种煤矿井下孔底自发电有线地质导向随钻测量系统及方法，包括从头端至尾端依次相连的孔底自发电有线地质导向探管、双芯有缆钻杆和无线随钻送水器；孔底自发电有线地质导向探管中，磁力耦合转子与带磁旋转涡轮同轴相对套装设置，带磁旋转涡轮转动时在磁耦合作用下带动磁力耦合转子转动，磁力耦合转子与发电机的驱动轴相连带动发电机发电。本发明利用泥浆泵提供的钻进用高压水进行孔底自发电供电，供电能力强、供电电压稳定，满足多参数测量耗电需求，孔底自发电有线地质导向探管可长时间稳定工作，减少了频繁退钻。本发明相对传统有线传输方式，信号传输距离提升一倍以上，提升了数据传输效率。

技术领域

本发明属于煤矿井下坑道钻探技术领域，涉及随钻测量系统，具体涉及一种煤矿井下孔底自发电有线地质导向随钻测量系统及方法。

背景技术

井下定向钻孔是煤矿灾害防治和地质勘查的重要技术手段，保障了煤矿安全高效开采。

随钻测量系统是定向钻进装备的重要组成部分，可对钻孔轨迹等参数进行实时精确测量、传输和计算，是实现定向钻进的基础和关键。目前开发了矿用有线随钻测量系统、矿用泥浆脉冲无线随钻测量系统和矿用电磁波无线随钻测量系统，在各类定向钻孔施工中应用广泛，但是存在以下技术不足：

(A)监测参数单一，不能实现随钻地层识别。目前矿用随钻测量系统主要测量钻孔轨迹参数进行钻孔空间定位，依据实钻轨迹与设计轨迹的偏差进行轨迹控制。但无法准确判断钻孔轨迹在目标地层中的相对位置，不能实现基于地层岩性的精确定向钻进。尤其是目标地层较薄或起伏较大时，钻孔极易穿出目标地层，目标地层钻遇率低，从而影响钻孔工程效果。

(B)有线供电功率小，电池供电工作时间受限。目前矿用随钻测量系统的孔内探管，主要采用孔口防爆计算机有线供电和孔底电池供电两种方式，其中受煤矿井下特殊防爆要求，孔口防爆计算机有线供电的功率小，仅能满足钻孔轨迹参数测量需求，不能满足多参数测量供电需求，且供电电压随孔深增加逐渐衰减，既影响探管的工作稳定性，又制约了探管使用深度；电池供电方式的孔内工作时间短，需要频繁退钻更换电池，不能满足长时间工作要求。

(C)间歇工作，静态测量，控制滞后。受孔内探管供电等多因素影响，目前矿用随钻测量系统主要采用间歇工作模式，钻进施工时，仪器休眠，不能掌握实时钻进情况；当前钻杆施工过程中不进行控制策略调整，当前钻杆施工完成后，测量钻孔轨迹静态参数，对下一根钻杆进行控制策略调整。

(D)有线传输距离受限，无线传输效率低，不能满足大量数据实时长距离传输需要。矿用随钻测量系统需要将孔内探管测量数据实时传输到孔口，孔内外信号传输主要有有线传输和无线传输两种方式。其中有线传输将测量信号载波在供电电压上，而现有的有线随钻测量系统主要采用孔口防爆计算机供电，需要先将电从孔口传输到孔底探管，再由孔底探管反向将信号传出至孔口，存在双向衰减，制约了信号传输距离。无线传输速率一般小于5bit/s，传输速度慢，不能满足大量数据实时传输需要。

(E)孔口有线传输故障率高。不论有线随钻测量系统，还是无线随钻测量系统，均采用有线传输方式将孔内探管长传的数据传递给防爆计算机，需要布置大量通信电缆，容易受钻探施工影响，发生破损、折断等，影响传输稳定性。尤其是有线随钻测量系统，其需要采用专用中心通缆送水器，将接收到的数据有线传输给孔口防爆计算机，中心通缆送水器内部设置有有线传输组件，既要满足旋转送水要求，又需要满足旋转信号有线传输要求，结构复杂，故障率高。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种煤矿井下孔底自发电有线地质导向随钻测量系统及方法，解决现有技术中的煤矿井下随钻测量系统的难以满足多参数测量耗电需求及其数据传输效率低的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种煤矿井下孔底自发电有线地质导向随钻测量系统，包括从头端至尾端依次相连的孔底自发电有线地质导向探管、双芯有缆钻杆和无线随钻送水器；