4.随钻测量系统孔口供电

1、,中煤科工集团西安研究院有限公司 钻探技术研究所,4.随钻测量系统,煤矿井下定向钻进技术培训系列,课程内容,1. 工作原理 2. 硬件结构与组装 3.软件功能与操作 4.操作规程及故障判断,一. 工作原理,1、综述 2、测斜和定向 3、孔底探管 4、防爆计算机,煤矿井下MWD系统主要用在煤矿巷道内的定向水平钻孔，能够实时显示钻进轨迹数据，操作者可根据显示数据及时调整钻孔轨迹方向，从而达到定向钻进的目的。,1.综述,2,1.综述,2.测斜和定向,参考点（前一个测点） 孔深（测量间隔） 倾角 方位角,得到钻孔测点轨迹需要的四要素,2.测斜和定向,在定向钻进中我们需要知道马达弯头朝向 MWD测量仪器

2、的工具面向角 仪器与马达高边保持一致,工具面向角马达弯头朝向,3.孔底探管,倾角 由一个三轴加速度传感器进行测量 加速度传感器三个轴正交 重力加速度方向是其参考 计算工具轴线与参考之间的夹角,方位角 由一个三轴磁传感器进行测量 磁传感器三个轴正交 地球的磁北是其参考 计算工具轴线与参考之间的夹角,3.孔底探管,测量短节电气部分包括三轴加速度传感器、三轴磁传感器、数据采集与处理部分、微控制器电路、通讯电路、电源电路。 数据采集与处理电路将加速度计信号，磁通门信号，温度传感器信号，电池电压信号经过A/D转换电路，传输给微控制器，微控制器根据当前的工作方式以规定的通讯协议通过中心通缆式钻杆传输给孔口

3、单元。,3.孔底探管,探管采用孔口的防爆计算机供电，不使用充电电池，可连续工作。无需更换电池，减少因仪器拆装造成的损坏。,4.防爆计算机,孔口防爆计算机： 具有孔口供电、逻辑运算、图像显示及远距离数据传输等功能。 其内部电气元件包括： 1、工控机 2、电源 3、本安隔离板 4、通讯板,二. 硬件结构及组装,1、结构特征 2、技术特点 3、结构组成 4、组装操作,1.结构特征,孔底探管： 1）测量短节的壳体和支架全部采用无磁铜加工，在没有磁干扰的前提下，保证在井下使用时至少能够承受12MPa的压力和冲刷。 2）所有电气部分均用密封胶密封，在增加可靠性的同时还起到减震的作用。 3）固定组件的设计充

4、分保证了井下长时间使用时由于振动过大而造成的松扣现象。 4）本安型仪器。,1.结构特征,防爆计算机： 1）由隔爆外壳和内部电气原件组成。 2）隔爆兼本安型设备，可适用于有甲烷、煤尘爆炸危险的环境。,2.技术特点,孔底探管： 1）孔口供电：探管采用孔口的防爆计算机供电，可连续长时间地工作。 2）测量精度高：加速度传感器采用高精度加速度传感器，具有线性度高、重复性好等特点，磁传感器采用新型的磁阻传感器，保证探管测量准确可靠。 3）传送数据全面：传送全部数据时除了倾角、方位角、工具面数据时，还附带传送校验和、磁场强度、仪器温度、仪器电池电压。,2.技术特点,防爆计算机： 1）系统软件：支持Windo

5、ws XP操作系统 2）性能参数：CPU：处理能力不低于C/M 1GHz处理器； SDRAM：内存大小不低于1GBbyte。 3）供电电源：AC 127V，电压波动范围：75%115%,2.技术特点,型号说明 探管：,2.技术特点,型号说明 防爆计算机：,2.技术特点,技术指标： 测量参数：,2.技术特点,技术指标： 工作环境：,2.技术特点,技术指标： 防爆计算机电源：,2.技术特点,技术指标： 防爆计算机接口： 两路USB总线口 信号传输方式：半双工、USB2.0 信号最大传输距离：不大于2m 信号工作电压峰值：3V10V 一路信号转换接口 输出电压：DC1314V 信号工作电流峰值30m

6、A 传输距离传输距离1km,3.结构组成,3.结构组成,3.结构组成,防爆计算机,防爆计算机键盘,数据存储器,3.结构组成,T型扳手,六角螺栓,固定套,呆扳手,螺纹胶,扶正器,4.组装操作,安装扶正器和连接套,先将扶正器套在测量短节上，再将连接套拧在测量短节上，最后使用两个呆扳手将连接套紧固。,4.组装操作,仪器测试 将通讯螺钉拧在测量短节通讯端内孔的螺纹处，然后将防爆计算机的通讯线的正极与通讯螺钉连接，负极或地线与安装套连接，启动软件并进入测量状态，此时计算机屏幕显示探管测量数据，待数据显示稳定后，若数据满足下面的情况，则说明探管正常，可以下井使用。 1）校验和在0.991.01之间。 2）

7、温度与当前室温相差不大。 3）电压显示在10V14V之间。 4）倾角跳动不超过0.1，方位跳动不超过0.5。,4.组装操作,安装固定套,在固定套的外螺纹上涂覆螺纹紧固胶，然后拧紧在无磁钻铤的内螺纹上。 安装成功后，除非固定套有磨损，否则无需再卸开固定套。,。,4.组装操作,装入无磁钻铤： 1）将探管左侧进入无磁钻铤； 2）推动探管，待安装套与固定套接触时，转动探管，使得固定套的凸键嵌入安装套的凹槽内，同时安装套上的螺纹孔与固定套的过孔正对； 3）取两个六角头螺栓，在螺纹处涂覆螺纹紧固胶； 4）一人在所示的左侧顶住探管，一人将六角头螺栓穿过固定套，拧在安装套上，并用T型套筒扳手拧紧。,4.组装操

8、作,探管拆卸：,若探管出现故障，需将探管从无磁钻铤中取出，操作步骤如下： 用T型套筒扳手将六角头螺栓从安装套中卸下； 按图所示，用手从图右侧推动探管通讯端，将探管从图左侧中推出无磁钻铤。,三. 随钻测量软件,软件可与随钻测量探管进行通讯，实时读取定向钻井轨迹。 可满足煤矿井下定向钻进的施工需要，通过预先设计钻井轨道、施工中实时监控钻井轨迹和调整钻进方向，确保钻井轨迹沿着设计轨道达到目标点。,1.概述,点击计算机桌面图标 ，启动应用软件，成功启动后屏幕显示如下图所示。 在软件主菜单界面中，点击右上角的“”键或通过菜单栏-文件菜单中的退出菜单，退出应用软件。,1.概述,1.概述,软件在第一次启动时

9、，会对系统进行初始化，初始化结果如下表所示：,2.主界面,主界面内容分布,2.主界面,标题栏 显示软件名称、软件版本号以及连接的串口号。 菜单栏 具有文件、操作、显示和系统配置四个一级菜单，每个一级菜单又含有二级菜单。文件菜单主要用于建立钻孔建立、数据文件操作等；操作菜单用于工具面修正、钻进时工具面调整和数据测量；显示菜单用于调整图表区显示的轨迹内容；系统配置菜单用于对系统主要参数进行设置。 工具栏 显示功能键，其功能与菜单中的菜单键对应。将鼠标移动到工具栏上的功能键上，会显示提示。,2.主界面,状态栏 显示钻孔主设计方位、当前打开的孔号、当前实钻的测量深度、最后一次测量的电池电压、研制单位和

10、当前时间。 数据表格区 以数据表格的形式显示当前钻孔的所有数据，可以上下拖动和左右拖动，以查看所有数据。 图表区 左侧为图形操作按键，右侧为显示的当前钻孔轨迹。 工具面表盘 以表盘的形式显示工具面值，并显示出工具面修正值的数值及工具面最新测量值数据。,3.系统配置,系统配置 在软件第一次启动后、进行数据采集前或查看图形时，需要对系统软件进行设置。点击系统【系统配置】出现如图所示界面。针对YHD2-1000(A)随钻测量系统，软件第一次启动后必须对探管类型和信号处理板类型进行重新设置；需要修改显示的图形曲线参数时对曲线参数设置；需要更改测量增量时候，对孔深每次增长值进行设置。,3.系统配置,设置

11、串口号 用于设置串口，单击【系统配置】/【设置串口号】，选择相应的串口，系统默认为串口1，不需要修改。,3.系统配置,设置曲线参数 在主界面中，按下【Ctrl】键的同时，按下【Q】键，或者通过菜单，进入设置曲线参数界面。用于设置各曲线颜色、宽度和线型及网格参数。,3.系统设置,确定轨迹计算方法 用于设置钻孔轨迹的计算方法，单击【系统配置】/【确定轨迹计算方法】，进行相应的配置，默认采用平均角法，不需要修改。,3.系统设置,确定探管类型 用于设置使用的探管，单击【系统配置】/【确定探管类型】弹出如图所示界面，进行相应的配置，默认为“YHD1-1000T探管”，必须修改为“YHD2-1000T(A

12、)”。,3.系统设置,确定信号处理板类型 用于设置使用的信号处理板，单击【系统配置】/【确定信号处理板类型】弹出如图所示界面，进行相应的配置，默认为“HK25信号处理板”，必须修改为“HK25S系统控制板”。,3.系统设置,设置密码 用于对系统的管理密码进行修改，单击【系统配置】/【输入密码】弹出如图所示界面，输入想修改的密码即可。 设置数据采集间隔 数据采集间隔为两个采集点之间的孔深。单击【文件】/【确定孔深每次增长值】或直接在工具栏点击【孔深增长】进入设置界面如图12。系统默认的数据采集间隔为6米，可以调整为大于3小于99的任意数值。,4.新建钻场和钻孔,新建钻场 若已经建立了钻场，则此步

13、骤可以跳过。 单击菜单栏【文件】/【新建钻场】或工具栏【新建钻场】后出现一个对话框如图所示，进入新建钻场界面。首先光标焦点在钻场编号上，输入完成后，按【TAB】键进入钻场描述，再按【TAB】键光标移动【新建】键，按回车键可以完成新建。,4.新建钻场和钻孔,新建主孔 单击菜单栏【文件】/【新建主孔】或工具栏【新建主孔】后出现一个对话框如图所示，进入新建主孔界面。首先在“已存在的钻场”中选择钻场；其次输入主孔编号（注意：不要与已存在的主孔编号相同），输入完成后孔号会更新；然后输入开孔参数和辅助参数等所有参数；最后按下【新建】键，完成主孔新建工作。,4.新建钻场和钻孔,新建分支孔 分支孔的建立与施工

14、可分为后退式和前进式两种方式，为保证施工轨迹最长钻孔为主孔，其软件操作方法不同。但两种方法为推荐使用方法，当前进式开分支钻进分支孔数量不多时，也可按照后退式开分支方法进行分支孔操作。,4.新建钻场和钻孔,后退式开分支 单击菜单栏【文件】/【新建分支孔】或工具栏【新建分支孔】后出现一个对话框如图所示，进入新建分支孔界面。首先在“已存在的钻场”中选择分支孔所在的钻场；其次在“此钻场下的所有主孔”下拉框中选择父孔所在的分支孔编号；再次在“此钻孔下的所有分支孔（含主孔）”下拉框选择分支孔的父孔；然后确定分支点：在父孔数据中点击对应孔深的行，则“分支孔数据”框中显示分支点数据；再输入分支孔编号，注意不要

15、与以前孔重名；最后按下【新建】键，完成新建分支孔，分支孔孔号为父孔号+分支孔编号。,4.新建钻场和钻孔,4.新建钻场和钻孔,前进式开分支 当采用前进式方式定向钻孔，探顶后后退一定距离开分支继续钻进主孔时，单击菜单栏【文件】/【拆分当前孔的实钻轨迹】后出现如图所示对话框，进入拆分当前孔的实钻轨迹界面。在当前孔的实钻数据中选择拆分点（拆分点为欲进行开分支操作的孔深），选择好后，拆分点的数据会在数字区显示，且拆分点及其以后数据转移到右侧分支孔表格区域内，当前孔只有拆分点及其以前数据，输入拆分后的分支孔编号后，选择【确定】即完成钻孔拆分工作，钻孔将回到当前孔欲进行开分支操作的孔深位置，进行开分支操作后

16、，继续钻进的数据将保存在当前钻孔内。,4.新建钻场和钻孔,4.新建钻场和钻孔,输入设计轨迹 当新建主孔或分支孔成功后，会弹出如图所示对话框，用于输入设计轨迹参数，也可通过点击菜单栏【文件】/【修改设计轨迹】或直接在工具栏点击【修改设计】打开该显示界面对设计轨迹进行修改。界面的标题栏中显示孔号。设计轨迹参数包括孔深、设计倾角、设计方位、顶板相对标高和底板相对标高。输入设计轨迹有两种方式，一是人工编辑，二是EXCEL编辑。,4.新建钻场和钻孔,4.新建钻场和钻孔,人工编辑： 点击【增加一行】，弹出如图所示对话框，用于在末尾增加一行（孔深为上一行的孔深+单步增量，其他数据同上一行）。输入相应的设计参

17、数按确定即可。点击【增加多行】，弹出如图所示对话框，用于在末尾插入多行，输入孔深起点和终点以及起点数据，可生成多行数据。按照单步增量生成多行数据，多行中倾角、方位一致，顶板、底板根据倾角值自动生成）。输入相应的设计参数按确定即可。,4.新建钻场和钻孔,EXCEL编辑： EXCEL编辑可通过表格的强大功能来完成，操作之前先选择【EXCEL编辑有效】，然后按照以下步骤实现数据输入。,1）表格输入 点击【打开表格】键，将打开一个EXCEL表格，原先的设计内容会显示在表格上；,4.新建钻场和钻孔,在EXCEL表格上编辑设计轨迹，或者将设计好的钻孔参数复制到该EXCEL表格中； 点击【刷新表格】键，从而

18、导入EXCEL表格，刷新设计,轨迹界面，如图所示；点击【关闭表格】，关闭EXCEL表格；点击【确认】 ，完成设计轨迹输入。,4.新建钻场和钻孔,表格载入 可以先建立一个与图所示格式相同的表格，将设计轨迹复制在表格中，然后选择【载入表格】，根据表格存放的路径将设计数据导入。,4.新建钻场和钻孔,打开孔 当需要退回某钻孔或重新进入某钻孔施工时，可以通过点击菜单栏【文件】/【打开孔】或工具栏【打开孔】，出现图所示对话框，根据钻场、主孔和分支孔选择欲查看或继续施工的钻孔并打开即可。,5.修正工具面,修正工具面 为了方便定向井施工我们将螺杆钻具弯角摆正使其位于正上方，并以其位置定为工具面0度，然后修正工

19、具面。具体操作步骤如下：单击单击菜单栏【操作】/【修正工具面】或工具栏【修正工具面】进入修正工具面显示对话框，如图所示。在该对话框中工具面值显示值为实时显示的当前工具面值。待该数据稳定后单击【修正工具面】，工具面显示值变为0，工具面修正值变为修正工具面前的工具面探管测量值，按【确认】键确认完成修正工具面并退出该显示界面。,5.修正工具面,【修正值清零】键通常在试验室内检测探管精度时使用，每次修正工具面前，建议先清零，这样点击【修正工具面】后工具面修正值变为修正工具面前的工具面显示值，便于检查修正是否正确。【修正值输入】键通常在防爆计算机损坏且探管已在孔内无法进行修正时，将原先的修正值输入。在菜

20、单栏中点击【显示】/【显示历史工具面修正值】，弹出图所示对话框，屏幕显示出历史工具面修正值及修正时间，点击表格中相应行可将工具面修正值改为对应行中的修正值，用于误修正后的更正。,6.调整工具面,调整工具面 单击菜单栏【操作】/【调整工具面】或工具栏【调整工具面】进入如图所示对话框。在该界面中实时显示当前的工具面值，转动钻杆，工具面值跟随变化，当工具面显示值达到想要调整到的工具面值后，工具面调整结束，单击【退出】，开始钻进。,7.测量,测量 在读数据前应先确认数据采集间隔及孔口参数设置是否正确。菜单栏【操作】/【测量】或工具栏【测量】进入显示对话框，如图所示。孔深为当前孔最后一点孔深加上每次孔深

21、增长值，并可通过增加和减小键修改。检查参考数据是否在正常范围内并选择测点位置，待数据稳定后且校验和在0.991.01之间时，单击【保存】即可将本次测量数据保存到当前钻孔数据文件和数据表格中，同时此操作界面消失，如果单击【退出】将不保存当前数据。可在【测点位置】区域内选择施钻层位。,当发现钻孔数据错误时，可单击工具栏上的【删除末尾】将删除当前钻孔的最后一行数据。数据删除后将不能恢复,8.钻孔数据表格和轨迹显示,钻孔数据表格显示 数据表格显示界面如图所示，位于软件主界面的左上部，显示了钻孔的孔深、倾角、方位、工具面、水平位移、左右位移、上下位移、左右偏差、上下偏差、地层信息、距顶板、距底板、电池电

22、压、校验和、磁场强度、探管温度、测量时间和测量日期。可以通过拖动上下滑块或左右滑块查看锁有数据。,8.钻孔数据表格和轨迹显示,钻孔数据轨迹显示 （1）当前钻孔轨迹显示 钻孔数据轨迹显示界面如图所示，位于软件主界面的下部，通过本软件可以在平面图中显示孔深-左右、孔深-上下、设计轨迹、煤层顶板轨迹和底板轨迹，更为直观。可以通过工具栏上的【孔深-左右】或【孔深-上下】切换轨迹显示界面，并可通过【水平缩放】、【垂直缩放】、【同步缩放】、【图形移到】和【适应视图】调整图形显示范围和显示大小。,8.钻孔数据表格和轨迹显示,（2）与当前钻孔相关的所有孔的实钻轨迹显示 点击工具栏上的【实钻浏览】弹出浏览主孔下

23、所有孔的实钻轨迹对话框，如图所示。该对话框左上为曲线显示部分（当前选择孔的颜色为曲线设置中实钻轨迹的颜色，其他孔的颜色为曲线设置中分支孔的颜色，圆点为测量点，五角星为正在查看的点）；,8.钻孔数据表格和轨迹显示,（2）与当前钻孔相关的所有孔的实钻轨迹显示 中间为当前选择孔的孔号以及查看的测点数据；下方的表格为选择的孔的实钻轨迹数据，底色为蓝色的表示正在查看的点；右上为切换显示曲线类型和是否显示测点；右中为此主孔下分支孔的二叉树结构。 可以通过点击实钻轨迹表格中的某一行或实钻曲线上的某一个测点查看该点的数据或轨迹。,9.文件操作,数据删除 删除钻场 点击【文件】/【删除钻场】弹出删除钻场对话框，

24、如图所示。点击想要删除的钻场对应的网格行，然后点击【删除】键删除。注意：删除时有两次确认，第一次输入密码（密码同进入装置配置菜单的密码相同），第二次确定是否删除。 删除主孔,点击【文件】/【删除主孔】弹出删除主孔对话框，如图所示。点击想要删除的主孔对应的网格行，然后点击【删除】键删除。,9.文件操作,删除分支孔 点击【文件】/【删除分支孔】弹出删除分支孔对话框，如图所示。点击钻场对应的网格行，然后点击下拉框中的主孔编号，再点击分支孔编号，最后点击【删除】键删除。,10.数据导出及保存,导出为EXCEL表格 可将当前钻孔、所在主孔或所有钻孔的钻探数据导出到EXCEL表格中，以方便用户查阅。 （1

25、）导出实钻数据,单击工具栏上的【导出实钻】或菜单栏【文件】/【导出实钻】将弹出如图的表格，该表格显示了当前钻孔的钻探数据，选择保存位置和保存格式，填入文件名后单击【保存】即完成导出操作。,10.数据导出及保存,（2）导出与当前孔有关的所有孔的实钻轨迹 单击【文件】/【导出与当前孔有关的所有孔的实钻轨迹】将弹出如图的EXCEL表格，可将同一主孔下的所有孔（包括主孔和分支孔）的所有实钻轨迹数据导出到EXCEL表格中。按创建顺序，先是主孔，再是分支孔。,10.数据导出及保存,导出为软件可查看的数据库文件 单击菜单栏【文件】/【导出所有数据】将弹出如图的对话框，选择驱动器号，然后单击【导出】，会在该驱

26、动器下新建一个文件夹，文件夹的名称为“导出+当前日期”，如“导出2013-05-09”，将防爆计算机下的钻场、主孔、分支孔的数据，包括设计轨迹、实钻轨迹、主孔信息、分支孔信息全部导出到该文件夹内。,11.数据导入及查看,单击菜单栏【文件】/【导入所有数据】将弹出如图的对话框，先选择驱动器，再选择数据存放的文件夹，点击【导入】键完成导入，数据导入后即可用【文件】/【打开孔】进行查看。,四.操作规程与故障判断,井下必须使用127V交流电，井上使用220V交流电。 严禁带电开盖。 运输时避免磕碰、跌落等。 传输数据使用的U盘尽量保证不带病毒。 接口不使用时务必佩戴护帽，避免接口磕伤。,防爆计算机：,

27、1.操作规程,1） 操作人员初次使用前，必须仔细阅读使用说明书，严格按照YHD2-1000(A)随钻测量装置使用说明书进行操作。 2） 该设备属精密仪器，在施工过程中要尽量避开有淋水的地方，避免水和煤灰进入仪器的插头或插座中，若不慎进入应及时清理、晾干后使用。 3） 本安关联产品不得随意改变配置。 4） 探管属精密部件，施工时必须正确安装和使用，做到轻拿轻放，不得磕碰，避免跌落，以免损坏。,探管：,1.操作规程,5） 该计算机为隔爆兼本安型设备，计算机隔爆腔不得随意打开，随意拆卸会损害防爆性能，如出现故故障，请及时与厂家联系。计算机维修时，不得改变本安电路和与本安电路有关元器件的电气参数、规格和型号。 6）下井前须认真检查仪器是否正常工作，计算机和探管等部件每次用完需清理干净。 7）在不使用仪器时，应将仪器存放在0+40，干燥、无易燃、易爆物和无腐蚀性气体的室内。仪器长期不用时要每隔34个月接通电源检查一次。,探管：,2.故障判断,1、无法通讯，接收不到测量数据 造成无法通讯的原因有可能有以下几点： 软件的设置