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专利号: 2021105460707
申请人: 中国石油大学(华东)
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种煤矿钻进偏离预警传感器系统,其特征在于,包括无线传感器、控制器、钻头、旋转联轴器、连接头、钻杆、风机和钻机,所述钻杆和钻机相连,钻杆端部设置有连接头,连接头和旋转联轴器连接,钻转联轴器与钻头相连,钻头上设置有风孔;所述钻杆之间通过套管连接,套管内均设置有无线传感器;各个所述无线传感器之间传递测量信息,钻孔孔口位置设置的信号接收器接收无线传感器的信号,计算机判断钻头的钻进轨迹偏差,所述控制器根据轨迹偏差控制旋转联轴器和密封开关;所述风机连通钻杆并供风,钻头上的风孔出风软化破煤,调整钻进角度;

所述套管内设置有掏槽,无线传感器固定在掏槽内,所述无线传感器外侧还包裹有密封罩;无线传感器测量相连钻杆之间的方位偏差;所述无线传感器监测相连两节钻杆之间的方位角,所述旋转联轴器控制钻头上的风孔朝向。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿钻进偏离预警传感器系统,其特征在于,所述无线传感器包括电路板,电路板上配置有电源、信号发射器、控制电路模块和采集电路模块,电路板的电源为控制电路模块和采集电路模块供电,控制电路模块包括方位信号接收电路、信号调节器、低通滤波器和单片机,信号调节器和低通滤波器对输出信号进行处理,标准信号输入单片机,单片机解析信号并控制无线信号传感器的指示灯工作;采集电路模块包括A/D转换器和风压采集电路,A/D转换器将监测信号转换为数字信号,风压采集电路监测输出的风压;信号发射器发送数字信号。

3.根据权利要求2所述的一种煤矿钻进偏离预警传感器系统,其特征在于,各个所述无线传感器设置有编号,无线传感器优先接收并处理相邻布置的无线传感器发送的数字信号。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种煤矿钻进偏离预警传感器系统,其特征在于,所述钻头和钻杆在单轴饱和抗压强度大于30MPa的煤岩层中钻进,形成孔道;钻进过程中钻机向孔道内注水对钻头降温。

5.根据权利要求4所述的一种煤矿钻进偏离预警传感器系统,其特征在于,风力压强平衡的计算公式为:其中PF为风力压强,PL为水汽压强,α为水的表面张力系数,μ为水的黏性系数,R为风在钻杆中的半径, 为风在钻杆中对时间的一阶导即速度。

6.根据权利要求5所述的一种煤矿钻进偏离预警传感器系统,其特征在于,钻口外风压的计算公式为:其中,ρ为风压的流量密度,P∞为距离钻头口处风压远端的压强,为风在钻杆中对时间的二阶导即加速度。

7.一种煤矿钻进偏离预警及钻进纠偏的方法,利用权利要求1至6任一项所述的一种煤矿钻进偏离预警传感器系统,其特征在于,步骤包括:S1.连接钻头和钻杆,钻杆之间通过套管连接,套管内配置无线传感器;

S2.钻机控制钻头和钻杆钻进形成孔道,钻进过程中无线传感器监测钻杆的受力并对相邻钻杆之间进行方位测量;

S3.无线传感器之间传递测量信息,钻孔孔口位置设置的信号接收器接收无线传感器的信号,计算机判断钻头的钻进轨迹偏差;

S4.根据计算机的判断结果输出钻进偏离监测结果,指示灯发出预警信号;

S5.钻机根据偏离角度控制旋转联轴器转动,调节风孔的朝向;

S6.高速风机输入高压风,风孔朝向预定的钻进方向软化煤岩体;

S7.钻机继续控制钻头和钻杆钻进,钻头沿软化后的煤岩体方向钻进。

8.根据权利要求7所述的一种煤矿钻进偏离预警及钻进纠偏的方法,其特征在于,所述无线传感器监测相邻钻杆的偏差角度,多个无线传感器测量的偏差角度拟合钻杆整体的轨迹偏差。