煤矿井下无线随钻测量系统的应用

aoucoluxiemig

摘 要：煤矿井下千米定向钻机已成为各大煤矿安全施工不可或缺的重要设备，作为钻机的“眼睛”，钻机上的关键部位—随钻测量系统受到的重视也是越来越高。目前，国内随钻测量系统都采用的是有线随钻测量系统，但在其使用过程中遇到了很多困难：信号不稳定、信号易中断。而测量信号的有线传输和钻头的驱动方式决定了有线随钻测量系统很难从根本上解决掉这些问题。针对这一现状，本文就煤矿井下千米定向钻机无线随钻测量系统的应用展开合理的分析。
关键词：千米定向钻机；随钻测量系统；通缆钻杆
随着我国煤炭工业的飞速发展，煤矿延伸开采的地质条件日趋复杂，煤矿安全生产对各类钻孔的装备与技术要求不断提高。而现有的千米定向钻机有线随钻测量系统已无法满足矿方实际的需要，同时也对随钻测量系统提出了更高的要求。
1 无线随钻测量系统的基本组成及工作原理
1.1 定向钻进的原理
定向钻进系统由孔内马达、无磁钻杆、测量装置、钻杆、水尾以及孔外电脑组成。基本工作原理为：高压水（水压12MPa）通过钻杆输送至孔内马达。孔内马达的内部转子在高压水的冲击下转动，通过前端轴带动钻头旋转，达到破煤的目的。在钻进过程中，钻杆本身不旋转，主要起推进作用。孔内马达钻头旋转但钻杆不旋转，减少了钻杆和孔壁的摩擦力，从而有效地降低了钻机的负载。孔内马达的弯头是一个关键，它和钻杆连接以后会有一定的弯曲度，由于弯头的作用，钻孔的轨迹将不再是传统钻机打直线，而是一条偏向弯接头方向的空间曲线。有线随钻测量装置将所测量信息包括（倾角、方位角、工具面向角）等信息，以电信号的形式通过钻杆内芯传输至孔外电脑，通过电脑分析数据得出实时钻孔信息。而无线随钻测量系统摆脱了电信号的束缚，具有更大的灵活性和易操作性。
1.2 无线随钻测量系统的基本组成
无线随钻测量系统的组成：主要由无线随钻测量探管、无线随钻孔口装置、无线随钻测量软件等三部分组成。
1.3 无线随钻测量系统工作原理
无线随钻测量系统测量传输探管的姿态传感器实时收集钻孔当前位置的倾角、方位角及工具面向角等定向参数，并将无线信号传递给发射机短节，发射机短节将收到的定向参数进行数字编码，通过信号发送装置以电磁波形式向外发送，电磁波信号主要沿钻杆传播；无线随钻测量系统孔口装置内部的信号接收器负责接收电磁波信号，经放大、去噪和解码，并将解码数据送给无线随钻系统孔口装置内部的数字处理器进行综合处理，并通过无线随钻测量系统测量软件实时显示当前钻孔的姿态信息并生成钻孔轨迹。
2 无线随钻测量系统的技术分析
2.1 目前有线随钻测量系统使用过程中遇到的问题
与有线测量系统相配套的是通缆钻杆，其不但价格较高，同时在使用过程中钻杆的频繁拆卸也导致接头容易松动破损，出现接触不良或多处进水的情况进而导致随钻测量系统信号的不稳定甚至无信号等故障。另一方面，目前的滑动定向钻进技术已经无法满足日益复杂的地质情况，但受有线测量系统及配套钻具的制约，无法实现复合定向钻进，而高效定向钻进的方法是有机结合复合定向钻进技术与滑动定向钻进技术，由于滑动定向钻进技术已很成熟，所以复合定向钻进技术及可靠的定向设备是提高定向钻进效率的关键，保证施工经济合理性的基础；同时高效定向钻孔轨迹控制技术是保证施工质量的根本。在定向钻进施工過程中，地层稳定段采用滑动方式定向钻进；一旦遇到地层破碎段，则采用回转钻进方式钻进至稳定段后，再进行滑动方式定向钻进。
2.2 无线随钻测量系统的优势
无线随钻测量系统不需要配套传统的通缆钻杆，其测量信号通过钻杆外壁传输。这样就有效的避免了由于钻杆内芯的老化、磨损、接触不良而导致的信号不稳定及信号中断的问题。另一方面，无线随钻测量系统的工作原理决定了钻杆不需要有内部传输信号的结构，这样也有效地降低了钻杆的生成周期及成本。
2.3 技术指标
测量精度指标：
倾角：测量范围-90°～+90°，精度±0.2°
方位角：测量范围0°～360°，精度±1.5°
工具面角：测量范围0°～360°，精度±1.0°
无线随钻测量系统可靠传输距离：≥1000m；
测量电池使用时间：≥30天
单次数据传输时间：小于10s
3 结语
以上就是对无线随钻测量系统的分析，相信随着国家对能源领域各类关键技术的重视，国内的瓦斯抽放技术将会有进一步的提升。从长远的角度看，类似于无线测量系统的各种矿用技术的发展，极大地增强了我国煤矿企业的市场竞争力，我国能源的安全将会有更多的保障。
参考文献：
[1]傅水根主编.机械制造工艺学基础.清华大学出版社，2011.
[2]冯辛安主编.机械制造装备设计.机械工业出版设，2004.
[3]王仁祥.电力新技术概论[M].北京：中国电力出版社，2009.
[4]李金伴，陆一心.电气材料手册[M].化学工业出版社，2005.