论存储式随钻测斜仪的研发

存储式随钻测斜仪的组成

1.孔口监视器

孔口监视器实际上就是一台小型计算机，通过它可以实现与测量探管之间的同步及信息交换，接收探管的测量结果，并将测量结果以数据表格和图形的方式记录或显示出来。孔口监视器由工控机、LED液晶显示器、存储卡、探管通信适配卡和防水平面鼠标等组成(图1)。系统在WINXP环境下运行，配用便携式本安电源，在条件允许的情况下监视器也可连接隔爆兼本安电源，由井下交流电供电连续工作。

2.测量探管

测量探管是测斜仪的核心部分，主要完成对钻杆的空间姿态的测量，并将测量数据保存在存储芯片中，在施工完成后通过数据线将数据传输给孔口监视器。测量探管由电池组、本安电源板、CPU控制板、通讯接口、传感器等组成(图2)。

工作原理

存储式测斜仪由孔口监视器与探管配套组成。测量探管安装在钻头后的无磁钻杆中，完成对钻孔轨迹参数的测量。方位测量采用磁敏传感器，根据大地磁场确定探管所在位置的方向姿态；倾角测量则采用加速度传感器，根据重力加速度确定探管的俯仰角度。传感器产生的电信号，经CPU控制单元计算处理成数字量存储。通讯单元将数据以标准的串行格式传输到孔口监视器。探管通讯插头端有按钮式电源开关和电源指示灯，按钮按下为断电状态灯灭，按钮弹起为电源接通灯亮。在不测量时，关闭电源开关以达到节电目的。钻孔施工前，将孔口监视器与探管相连(图3)，进行同步之后分离，并分别开始同步工作。监视器记录采样点号；测量探管中的方位传感器、倾角传感器同时测量钻杆的空间姿态参数。测量时间间隔由30s开始以30s为单位增减，操作人员可以通过监视器上的处理软件选择所需时间间隔。传感器测量到的数据经过模数转换变成数字量并储存。待钻孔完成及各点姿态参数也测量完成后，将测量探管从钻孔中取出，与监视器连接，并将钻孔中测量的数据传送到监视器。监视器处理软件对数据处理后生成钻孔轨迹图和数据报表供显示或打印。

试验

存储式测斜仪在设计完成后，在实验室中进行了一系列地面试验，后又在神华宁煤集团红柳矿3121工作面1号钻场进行了定向钻进无缆随钻测量的工业性试验。该工作面充水因素比较复杂，工作面最大涌水量80ｍ3/h，正常涌水量为15~30ｍ3/h。其中51巷道受承压水开采威胁，掘进时涌水量会增大，因此钻场施工的钻孔以探放水孔为主。钻场布置在3121工作面联络巷中。2号钻孔设计方位为160.7°，钻孔倾角为25.0°。表1为钻孔中其中一段的测点数据。从表1可以看出，存储式随钻测斜仪测量数据与有缆随钻测斜仪测量数据基本一致。但存储式随钻测斜仪不受中心通缆式钻杆限制，可以配用小钻机施工。

结论

通过实验室地面试验和现场工业性试验，检验了测量探管的密封性、重复性和信号传输能力，达到了实际生产需要。但在实际施工中以下2点问题有待下一步改进：a.方位角的精度需要进一步提高。试验数据与生产数据对比表明，轨迹图基本吻合，方位角测量精度能够满足生产需要，但左右偏差距离生产要求还有差距，应在机械装配和数据处理软件上采取措施。b.安装探管的无磁铍铜管壁厚应做适当加厚，否则实际打钻时强度会不够。（本文图、表略）

本文作者：王岚 单位：西安中煤科工集团西安研究院