煤層氣車載鉆機(jī)孔深在線測(cè)量裝置及方法
【專利摘要】一種煤層氣車載鉆機(jī)孔深在線測(cè)量裝置及方法，該裝置包括：滑輪支架、起拔鋼絲繩、動(dòng)力頭、給進(jìn)鋼絲繩、張緊輪、張緊油缸、鎖緊螺母、二級(jí)給進(jìn)機(jī)身、一級(jí)給進(jìn)機(jī)身和給進(jìn)油缸，滑輪支架、起拔鋼絲繩、動(dòng)力頭、鎖緊螺母、一級(jí)給進(jìn)機(jī)身、給進(jìn)油缸等組成了起拔倍速機(jī)構(gòu)；動(dòng)力頭、給進(jìn)鋼絲繩、張緊輪、張緊油缸、二級(jí)給進(jìn)機(jī)身、給進(jìn)油缸等組成了給進(jìn)倍速機(jī)構(gòu)；在二級(jí)給進(jìn)機(jī)身的頂端安裝有一個(gè)CCD相機(jī)，還包含有編碼器測(cè)量組件，由此，本發(fā)明能應(yīng)用于煤層氣車載鉆機(jī)及其它具有鉆孔作業(yè)的施工機(jī)械上，具有鉆孔施工的同時(shí)進(jìn)行在線測(cè)量孔深的能力，精度高，能減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，協(xié)助司鉆人員完成鉆孔施工作業(yè)。
【專利說明】煤層氣車載鉆機(jī)孔深在線測(cè)量裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及煤氣層鉆探的測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種煤層氣車載鉆機(jī)孔深在線測(cè)量 裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 我國是煤炭資源大國，煤層氣資源相當(dāng)豐富，但開發(fā)煤層氣投入成本高、風(fēng)險(xiǎn)高、 技術(shù)要求高，要掌握它的基本賦存規(guī)律和開發(fā)技術(shù)，必須有前期投入較大并且較先進(jìn)的裝 備。因此，開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煤層氣車載鉆機(jī)至關(guān)重要。車載式煤層氣車載鉆機(jī)將 空壓機(jī)、泥漿粟等全部集成在可移動(dòng)車輛上，可實(shí)現(xiàn)泥漿鉆進(jìn)和空氣鉆進(jìn)等多種鉆進(jìn)工藝， 不僅能進(jìn)行地面煤層氣抽采孔施工而且還可W進(jìn)行地面礦山應(yīng)急救援孔施工。在鉆孔施工 過程中，孔深測(cè)量一般通過人工對(duì)孔中鉆桿進(jìn)行計(jì)數(shù)的方法獲得，但該種方法誤差大，不利 于管理。
[0003] 目前對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域的孔深測(cè)量，現(xiàn)有技術(shù)主要包含：中國專利 狂L201120317082. 4)涉及到鉆機(jī)孔深測(cè)量，但其主要應(yīng)用于旋挖鉆機(jī)孔深測(cè)量，而且采用 接近開關(guān)與編碼盤的方式。該方法并不適用煤層氣車載鉆機(jī)，因?yàn)槿绾螜z測(cè)動(dòng)力頭上是否 有鉆桿是一個(gè)難題。如果采用安裝接近開關(guān)的方法來檢測(cè)，煤層氣車載鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)的鉆具直 徑不同，接近開關(guān)檢測(cè)距離近，旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力頭帶動(dòng)不同粗細(xì)的鉆桿，容易造成打壞接近開關(guān) 或者檢測(cè)距離不夠?qū)е虏荒軝z測(cè)，而且接近開關(guān)容易受外圍雜物等影響檢測(cè)效果。另外，編 碼器安裝在給進(jìn)裝置上，但給進(jìn)裝置運(yùn)動(dòng)時(shí)不一定連接有鉆桿，會(huì)造成孔深的無效測(cè)量。 所W此方法并不適用于煤層氣車載鉆機(jī)。
[0004] 中國專利狂L201310568983. 4)涉及到輪式鉆孔深度測(cè)量儀和鉆孔深度測(cè)量方 法。其采用角度傳感器采集輪架轉(zhuǎn)動(dòng)的角度信號(hào)，用位移傳感器采集轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的位移信 號(hào)，換算獲得設(shè)定時(shí)間段的轉(zhuǎn)輪跟隨鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)的螺旋線展開長度A L W及該時(shí)間段轉(zhuǎn)輪軸 線與鉆桿軸線的夾角a,通過L=ALXsina計(jì)算鉆深L?，F(xiàn)有的該類技術(shù)，轉(zhuǎn)輪的傳動(dòng) 軸線與輪架的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線垂直并存在設(shè)定的偏也距離，而且輪架轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與鉆桿軸線垂直相 交，該兩個(gè)垂直度對(duì)安裝精度要求很高，該兩個(gè)垂直度涉及到轉(zhuǎn)輪、鉆桿和輪架在空間上的 兩兩垂直，如果安裝有誤差，則該專利中的H角定律正弦計(jì)算值誤差很大，累積誤差將更進(jìn) 一步放大。另外，該專利還要求轉(zhuǎn)輪壓緊貼合在鉆桿上，而且轉(zhuǎn)輪軸線與鉆桿軸線垂直，鉆 桿在施工過程中會(huì)在空間中W軸線為中也進(jìn)行振動(dòng)和搖晃，由于轉(zhuǎn)輪與鉆桿的貼合面實(shí)際 上是一條切線而不是一個(gè)面接觸，所W該種結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。另外，轉(zhuǎn)輪運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)產(chǎn)生徑向 力和沿圓周方向的切向力，會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生磨損和損壞。
[0005] 中國專利（CN202325482U)涉及到一種鉆孔深度計(jì)量裝置，該裝置的圓柱轉(zhuǎn)動(dòng)體 一直受到鉆桿旋轉(zhuǎn)方向上的作用力，該力將使轉(zhuǎn)動(dòng)體受到偏轉(zhuǎn)扭矩而使軸線產(chǎn)生不穩(wěn)定， 所W其測(cè)量精度較差，而且長時(shí)間的磨損影響其使用壽命。
[0006] 中國專利狂L201310326673. 1)涉及一種煤礦井下鉆桿長度及故障檢測(cè)裝置及其 使用方法，利用初始聲波信號(hào)和反射聲波信號(hào)之間的時(shí)間差及聲波在鉆桿中的傳播速度 計(jì)算出鉆桿長度，該方法只適用于離線測(cè)量單根鉆桿的長度，無法在線測(cè)量孔深。
[0007] 其它專利多涉及爆破孔深測(cè)量、機(jī)床加工孔深測(cè)量及管道開孔深度測(cè)量，不在工 程孔范圍內(nèi)。
[0008] 電荷禪合器件（簡稱CCD,化arge Coupled Devices)是一種用于探測(cè)光的娃片， 由時(shí)鐘脈沖電壓來產(chǎn)生和控制半導(dǎo)體勢(shì)阱的變化，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)和傳遞電荷信息的固態(tài)電子器 件，比傳統(tǒng)的底片更能敏感的探測(cè)到光的變化。由于CCD具有體積小、高分辨率、高精度、穩(wěn) 定性好、抗震動(dòng)和電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于工業(yè)尺寸測(cè)量、表面質(zhì)量檢測(cè)，特別是 智能傳感器、圖像傳感器、攝像機(jī)等領(lǐng)域的發(fā)展更為迅速。
[0009] 因此，研究鉆機(jī)如何在鉆孔施工的同時(shí)能進(jìn)行在線測(cè)量孔深，實(shí)現(xiàn)測(cè)量孔深不影 響鉆孔施工，并提高鉆孔深度測(cè)量精度，成為本領(lǐng)域的技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)難題。
[0010] 為此，本發(fā)明的設(shè)計(jì)者有鑒于上述缺陷，通過潛也研究和設(shè)計(jì)，綜合長期多年從事 相關(guān)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)驗(yàn)和成果，研究設(shè)計(jì)出一種煤煤層氣車載鉆機(jī)孔深在線測(cè)量裝置及方法，W 克服上述缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的就在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種煤層氣車載鉆機(jī)孔深在 線測(cè)量裝置及方法，能應(yīng)用于煤層氣車載鉆機(jī)及其它具有鉆孔作業(yè)的施工機(jī)械上，具有鉆 孔施工的同時(shí)進(jìn)行在線測(cè)量孔深的能力，精度高，能減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，協(xié)助司鉆人員完成 鉆孔施工作業(yè)。
[0012] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了一種煤層氣車載鉆機(jī)孔深在線測(cè)量裝置，包括：滑 輪支架、起拔鋼絲繩、動(dòng)力頭、給進(jìn)鋼絲繩、張緊輪、張緊油缸、鎖緊螺母、二級(jí)給進(jìn)機(jī)身、一 級(jí)給進(jìn)機(jī)身和給進(jìn)油缸，其特征在于：
[0013] 所述一級(jí)給進(jìn)機(jī)身套于所述二級(jí)給進(jìn)機(jī)身的外緣，所述二級(jí)給進(jìn)機(jī)身的上端固定 所述滑輪支架，下端固定所述張緊輪；
[0014] 所述起拔鋼絲繩的一端用鎖緊螺母固定于一級(jí)給進(jìn)機(jī)身，另一端繞過所述滑輪支 架后連接至動(dòng)力頭的上端，所述給進(jìn)油缸垂直固定于所述一級(jí)給進(jìn)機(jī)身的上端，且所述給 進(jìn)油缸的活塞桿末端連接于滑輪支架，由此，滑輪支架、起拔鋼絲繩、動(dòng)力頭、鎖緊螺母、一 級(jí)給進(jìn)機(jī)身、給進(jìn)油缸等組成了起拔倍速機(jī)構(gòu)；
[0015] 所述給進(jìn)鋼絲繩的一端較接于張緊油缸的缸桿耳座，所述張緊油缸較接于所述一 級(jí)給進(jìn)機(jī)身，所述給進(jìn)鋼絲繩的另一端繞過張緊輪后連接于動(dòng)力頭的下部，動(dòng)力頭、給進(jìn)鋼 絲繩、張緊輪、張緊油缸、二級(jí)給進(jìn)機(jī)身、給進(jìn)油缸等組成了給進(jìn)倍速機(jī)構(gòu)；
[0016] 在二級(jí)給進(jìn)機(jī)身的頂端安裝有一個(gè)CCD相機(jī)，還包含有編碼器測(cè)量組件，所述編 碼器測(cè)量組件包括編碼器、聯(lián)軸器和滑動(dòng)膠輪，編碼器與滑動(dòng)膠輪同軸并通過聯(lián)軸器連接 在一起，所述滑動(dòng)膠輪緊貼二級(jí)給進(jìn)機(jī)身的一面，從而二級(jí)給進(jìn)機(jī)身給進(jìn)或起拔運(yùn)動(dòng)時(shí)，編 碼器可通過滑動(dòng)膠輪得到二級(jí)給進(jìn)機(jī)身的移動(dòng)距離。
[0017] 其中；所述滑動(dòng)膠輪上設(shè)有壓緊構(gòu)件，其中，所述壓緊構(gòu)件包含一個(gè)預(yù)緊彈黃，W 及一調(diào)緊手柄，所述調(diào)節(jié)手柄螺合于壓緊蓋，且預(yù)緊彈黃的一端抵靠于調(diào)緊手柄，另一端抵 靠于滑動(dòng)膠輪，從而通過調(diào)節(jié)手柄進(jìn)行預(yù)緊力的調(diào)節(jié)，W確?；瑒?dòng)膠輪不打滑。
[0018] 其中；所述滑動(dòng)膠輪的表面設(shè)有摩擦層。
[0019] 還公開了一種煤層氣車載鉆機(jī)孔深在線測(cè)量方法，通過權(quán)利要求1-3中任一測(cè)量 裝置實(shí)現(xiàn)，該測(cè)量方法中測(cè)量的孔深L為：
[0020]

【權(quán)利要求】
1. 一種煤層氣車載鉆機(jī)孔深在線測(cè)量裝置，包括：滑輪支架、起拔鋼絲繩、動(dòng)力頭、給 進(jìn)鋼絲繩、張緊輪、張緊油缸、鎖緊螺母、二級(jí)給進(jìn)機(jī)身、一級(jí)給進(jìn)機(jī)身和給進(jìn)油缸，其特征 在于： 所述一級(jí)給進(jìn)機(jī)身套于所述二級(jí)給進(jìn)機(jī)身的外緣，所述二級(jí)給進(jìn)機(jī)身的上端固定所述 滑輪支架，下端固定所述張緊輪； 所述起拔鋼絲繩的一端用鎖緊螺母固定于一級(jí)給進(jìn)機(jī)身，另一端繞過所述滑輪支架后 連接至動(dòng)力頭的上端，所述給進(jìn)油缸垂直固定于所述一級(jí)給進(jìn)機(jī)身的上端，且所述給進(jìn)油 缸的活塞桿末端連接于滑輪支架，由此，滑輪支架、起拔鋼絲繩、動(dòng)力頭、鎖緊螺母、一級(jí)給 進(jìn)機(jī)身、給進(jìn)油缸等組成了起拔倍速機(jī)構(gòu)； 所述給進(jìn)鋼絲繩的一端鉸接于張緊油缸的缸桿耳座，所述張緊油缸鉸接于所述一級(jí) 給進(jìn)機(jī)身，所述給進(jìn)鋼絲繩的另一端繞過張緊輪后連接于動(dòng)力頭的下部，動(dòng)力頭、給進(jìn)鋼絲 繩、張緊輪、張緊油缸、二級(jí)給進(jìn)機(jī)身、給進(jìn)油缸等組成了給進(jìn)倍速機(jī)構(gòu)； 在二級(jí)給進(jìn)機(jī)身的頂端安裝有一個(gè)CCD相機(jī)，還包含有編碼器測(cè)量組件，所述編碼器 測(cè)量組件包括編碼器、聯(lián)軸器和滑動(dòng)膠輪，編碼器與滑動(dòng)膠輪同軸并通過聯(lián)軸器連接在一 起，所述滑動(dòng)膠輪緊貼二級(jí)給進(jìn)機(jī)身的一面，從而二級(jí)給進(jìn)機(jī)身給進(jìn)或起拔運(yùn)動(dòng)時(shí)，編碼器 可通過滑動(dòng)膠輪得到二級(jí)給進(jìn)機(jī)身的移動(dòng)距離。
2. 如權(quán)利要求1所述的煤層氣車載鉆機(jī)孔深在線測(cè)量裝置，其特征在于：所述滑動(dòng)膠 輪上設(shè)有壓緊構(gòu)件，其中，所述壓緊構(gòu)件包含一個(gè)預(yù)緊彈簧，以及一調(diào)緊手柄，所述調(diào)節(jié)手 柄螺合于壓緊蓋，且預(yù)緊彈簧的一端抵靠于調(diào)緊手柄，另一端抵靠于滑動(dòng)膠輪，從而通過調(diào) 節(jié)手柄進(jìn)行預(yù)緊力的調(diào)節(jié)，以確?；瑒?dòng)膠輪不打滑。
3. 如權(quán)利要求2所述的煤層氣車載鉆機(jī)孔深在線測(cè)量裝置，其特征在于：所述滑動(dòng)膠 輪的表面設(shè)有摩擦層。
4. 一種煤層氣車載鉆機(jī)孔深在線測(cè)量方法，通過權(quán)利要求1-3中任一測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)， 該測(cè)量方法中測(cè)量的孔深L為：
式中：Ltl--原始孔深；Lg--上次二級(jí)給進(jìn)機(jī)身運(yùn)動(dòng)的位移；ANi--讀取的脈沖 變化量；D--頂部滑輪直徑;M為編碼器分辨率，單位為脈沖/圈。
【文檔編號(hào)】E21B47/04GK104389517SQ201410541932
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月14日
【發(fā)明者】翁寅生, 凡東, 田宏亮, 常江華, 趙良, 祁玉寧, 魯飛飛, 王賀劍 申請(qǐng)人:中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司