阅读说明：本技术 一种基于重力作用下顶底板定向测量探管及定向探测装备 (Top and bottom plate directional measurement probe tube and directional detection equipment based on gravity effect ) 是由 汲方林 田小超 王博 王岚 李渊 燕斌 蒋必辞 于 2020-04-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于重力作用下顶底板定向测量探管及定向探测装备,基于重力作用下顶底板定向测量探管沿轴向依次接设第一减震单元、重力偏心测量探管和第二减震单元；第一减震单元和第二减震单元共同带动重力偏心测量探管进行360°轴向自由旋转；在重力偏心作用下,重力偏心测量探管的测量方向时刻处于待测量煤层的重力垂直线上。本发明的基于重力作用下顶底板定向测量探管为重力偏心设计,并在重力偏心测量探管两端辅以滚动轴承无阻碍转动,所以在煤矿井下进行随钻钻孔轨迹测量及顶底板定向探测时,始终能保持重力偏心测量探管时刻处于上下方向,最终实现整个顺煤层钻孔轨迹及煤层顶底板定向探测。(The invention discloses a top and bottom plate directional measurement probe tube based on the action of gravity and a directional detection device, wherein the top and bottom plate directional measurement probe tube based on the action of gravity is sequentially connected with a first damping unit, a gravity eccentric measurement probe tube and a second damping unit along the axial direction; the first damping unit and the second damping unit jointly drive the gravity eccentricity measurement probe to axially and freely rotate for 360 degrees; under the action of gravity eccentricity, the measuring direction of the gravity eccentricity measuring probe is constantly positioned on a gravity vertical line of the coal bed to be measured. According to the invention, the top and bottom plate directional measurement probe pipe based on the gravity effect is designed to be gravity eccentric, and the two ends of the gravity eccentric measurement probe pipe are assisted by the rolling bearings to rotate without hindrance, so that when the drilling track measurement and the top and bottom plate directional detection are carried out in the underground coal mine, the gravity eccentric measurement probe pipe can be always kept in the up-and-down direction, and finally, the whole coal bed drilling track and the coal bed top and bottom plate directional detection are realized.)

一种基于重力作用下顶底板定向测量探管及定向探测装备

技术领域

本发明属于煤矿井下随钻测量仪器技术领域，涉及一种基于重力作用下顶底板定向测量探管及定向探测装备。

背景技术

目前煤矿井下顺煤层顶底板探测中，大多是采用在顺煤层内进行钻孔全方位顶底板探测，此法对顺煤层顶底板探测有着不可定向探测的缺点，对于孔内探管所测数据进行后期处理确定顶底板位置时有着很大的模糊性。

发明内容

本发明为了解决上述背景技术中的不足之处，提供一种基于重力作用下顶底板定向测量探管及定向探测装备，以解决现有技术中存在的顺煤层顶底板探测有着不可定向探测的缺点、并且对于孔内探管所测数据进行后期处理确定顶底板位置时有着很大的模糊性等不足之处。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

遵从本发明的第一个目的，一种基于重力作用下顶底板定向测量探管，沿轴向依次接设第一减震单元、重力偏心测量探管和第二减震单元；

第一减震单元和第二减震单元共同带动重力偏心测量探管进行360°轴向自由旋转；

在重力偏心作用下，重力偏心测量探管的测量方向时刻处于待测量煤层的重力垂直线上。

可选的，所述的重力偏心测量探管设置重力偏心管，重力偏心管外沿轴向延伸及径向增厚设置偏心件。

偏心件的厚度为3～7mm，最好为5mm。

可选的，在所述的重力偏心管内还设置模块安装体，模块安装体沿轴向至少设置半开放腔的模块安装位，与所述的模块安装位轴向连通还设置管式的模块安装腔。

可选的，在所述的重力偏心管内还同轴嵌设探管减震件，所述的探管减震件为管壁上沿轴向设置多个缓冲缝的管式件。

可选的，在所述的重力偏心管内还依次设置探测器模块、测斜模块和电池，电池为探测器模块和测斜模块提供电力。

可选的，所述的第一减震单元设置第一减震头，第一减震头外端部套设第一球轴承，包裹所述的第一球轴承套设第一减震轴承套，第一减震轴承套外嵌设第一减震套。

可选的，所述的第一减震头为由端部朝内直径渐大的类锥形件，第一减震头的大直径端与所述的重力偏心测量探管轴向密封接设。

可选的，所述的第二减震单元设置第二减震头，第二减震头外端部套设第二球轴承，包裹所述的第二球轴承套设第二减震轴承套，第二减震轴承套外嵌设第二减震套。

优选的，第一减震头与第二减震头的结构相同。

遵从本发明的第二个目的，一种基于重力作用下顶底板定向探测装备，设置钻杆，在所述的钻杆内沿轴向设置重力作用下顶底板定向测量探管。

可选的，在第一减震单元安装端的钻杆内同轴嵌设第一定位支架；在第二减震单元安装端的钻杆内同轴嵌设第二定位支架；

第一定位支架为圆盘孔型架，圆盘孔型架中心设置定位支架安装孔，围绕定位支架安装孔设置多个定位支架缓冲腔；

第二定位支架的结构与第一定位支架的结构相同。

与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：

本发明的基于重力作用下顶底板定向测量探管为重力偏心设计，并在重力偏心测量探管两端辅以滚动轴承无阻碍转动，所以在煤矿井下进行随钻钻孔轨迹测量及顶底板定向探测时，始终能保持重力偏心测量探管时刻处于上下方向，测量探管内部含有钻孔轨迹测量模块及分层探测器模块，最终实现整个顺煤层钻孔轨迹及煤层顶底板定向探测。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的

具体实施方式

一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。

图1为本发明的基于重力作用下随钻存储式顶底板定向探测装备的总装配图；

图2为本发明的重力偏向管的结构图，图左为重力偏向管的左视图，图右为重力偏向管左视图的A-A剖视图；

图3为本发明的第一定位支架结构图，图左为第一定位支架的左视图，图右为第一定位支架左视图的A-A剖视图；

图4为本发明的模块安装体结构示意图，图上为模块安装体的俯视图，图下为模块安装体俯视图的A-A的剖视图；

图5为本发明的减震轴承套结构示意图；图左下为减震轴承套的正视图，图左上为减震轴承套正视图的B-B剖视图，图右下为减震轴承套正视图的A-A剖视图；

图6为本发明的减震套结构示意图，图左为减震套的左视图，图右为减震套的俯视图；

图中各标号表示为：1-钻杆、2-第一定位支架、21-定位支架安装孔、22-定位支架缓冲腔、3-第一减震单元、4-重力偏心测量探管、5-第二减震单元、6-第二定位支架、7-密封圈；

31-第一减震头、32-第一减震轴承套、33-第一减震套、34-第一球轴承；

41-重力偏心管、411-偏心件、412-第二减震单元安装端、413-第一减震单元安装端、42-探管减震件、43-探测器模块、44-测斜模块、45-模块安装体、451-安装头、452-模块安装位、453-模块安装腔、46-电池；

51-第二减震头、52-第二减震轴承套、53-第二减震套、54-第二球轴承。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中所说的“轴向”指的是中间轴总成或二轴总成所在的轴向，本公开中所说的“上”、“下”、“左”、“右”均以图中的方位为准，“顶”、“底”、“侧”均为图片中的上为“顶”，“下”为“底”，周边为“侧”，如无特殊说明，上述规定适用本公开的所有内容。

本发明针对现有技术中的测量方式的缺点进行改进，采用测量探管为重力偏心设计，测量探管内部含有钻孔轨迹测量模块及分层探测器模块，并在重力偏心测量探管两端辅以滚动轴承无阻碍转动，所以在煤矿井下进行随钻钻孔轨迹测量及顶底板定向探测时，始终能保持重力偏心测量探管时刻处于上下方向，最终实现整个钻孔顶底板定向探测的目的。另外，本发明的一种重力作用下随钻存储式顶底板定向探测装备在实际煤矿井下进行随钻钻进或成孔后二次复测工况中均能适用，拓宽了本发明的煤矿井下使用范围；本发明的一种重力作用下随钻存储式顶底板定向探测装备整体抗震能力强，密封性能优越稳定可靠，不存在出现断线、短路或测量数据丢失等现象下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明：

结合图1-6，本发明的基于重力作用下顶底板定向测量探管，沿轴向依次接设第一减震单元3、重力偏心测量探管4和第二减震单元5；第一减震单元3和第二减震单元5共同带动重力偏心测量探管进行360°轴向自由旋转；在重力偏心作用下，重力偏心测量探管4的测量方向时刻处于待测量煤层的重力垂直线上。重力偏心测量探管4与第一减震单元3和第二减震单元5之间通过四方机械对接接口及M3X10十字盘头黄铜螺钉进行连接及紧固。本发明的基于重力作用下顶底板定向测量探管，采用在重力偏心测量探管4两端辅以滚动轴承无阻碍转动，因此在煤矿井下进行随钻钻孔轨迹测量及顶底板定向探测时，始终能保持重力偏心测量探管时刻处于上下方向，最终实现整个钻孔顶底板定向探测。

在本公开的实施例中，重力偏心测量探管4设置重力偏心管41，重力偏心管41外沿轴向延伸及径向增厚设置偏心件411。偏心件的厚度为3～7mm，最好为5mm；在随钻过程中为了能保证测量探管始终能探测煤层顶底板；为了方便安装，在重力偏心管41的两端分别设置第二减震单元安装端412和第一减震单元安装端413，以适应与第一减震单元3和第二减震单元5的轴向对接结构。特别是，在重力偏心管41与第一减震单元3和第二减震单元5的轴向对接处还设置密封圈7，用于结构密封。

在本公开的实施例中，在重力偏心管41内还设置模块安装体45，模块安装体45沿轴向至少设置半开放腔的模块安装位452，与模块安装位452轴向连通还设置管式的模块安装腔453。比如在模块安装体45的模块安装位452的端部还设置安装头451，用于将本发明的模块安装体45与第二减震单元5上的第二减震头51固定连接；模块安装位452用于安装本发明的测斜模块44；模块安装腔453用于放置探测器模块43(最好是分层探测器模块)和电池46，最好是，还可以在探测器模块43外套设探管减震件42，上述涉及检测的模块均牢固的安装在模块安装体45内，不仅结构稳定，同时结构紧凑，空间利用率好，有利于井下的数据收集。

在本公开的实施例中，在重力偏心管41内还同轴嵌设探管减震件42，探管减震件42为管壁上沿轴向设置多个缓冲缝的管式件。最好的探管减震件42位于数据收集模块外，这样有利于对数据收集模块的减震缓冲。

在本公开的实施例中，在重力偏心管41内还依次设置探测器模块43、测斜模块44和电池46，电池46为探测器模块43和测斜模块44提供电力。测斜模块44用M3X10十字盘头黄铜螺钉固定于模块安装体45的模块安装位452内，将探测器模块43装入探管减震件42内，并和电池46依次装入模块安装体45的模块安装腔453内部，形成基于重力作用下随钻存储式顶底板定向探测装备的测量部件。

在本公开的实施例中，第一减震单元3设置第一减震头31，第一减震头31外端部套设第一球轴承34，包裹所述的第一球轴承34套设第一减震轴承套32，第一减震轴承套32外嵌设第一减震套33。第一减震套33和第一减震轴承套32之间成型采用模具注塑填充成型，第一球轴承34与第一减震头31及模具注塑件之间均采用内外紧配合成型，形成单个第一减震单元3。对测量探管在随钻震动中能有效起到减震作用。

在本公开的实施例中，第一减震头31为由端部朝内直径渐大的类锥形件，第一减震头31的大直径端与重力偏心测量探管4轴向密封接设。为了便于重力偏心测量探管4在钻杆1内的安装和拆卸，最好的，钻杆1为无磁钻杆。

在本公开的实施例中，第二减震单元5设置第二减震头51，第二减震头51外端部套设第二球轴承54，包裹第二球轴承54套设第二减震轴承套52，第二减震轴承套52外嵌设第二减震套53。第二减震套53、第二减震轴承套52之间成型采用模具注塑填充成型，第二球轴承54与第二减震头51及模具注塑件之间均采用内外紧配合成型，形成单个第二减震单元5。对测量探管在随钻震动中能有效起到减震作用。

第一球轴承34和第二球轴承54优选为61804深沟球轴承。第一减震头31的结构与第二减震头51的结构基本相同，仅仅是在与具体的重力偏心测量探管4轴向安装端适应期结构进行相应的变化。

结合图1，本发明的基于重力作用下顶底板定向探测装备，设置钻杆1，在钻杆1内沿轴向设置重力作用下顶底板定向测量探管。将随钻存储式顶底板定向测量探管装入钻杆1内，钻杆1内部两端有紧固螺纹，通过钻杆1内部两端有紧固螺纹将第一定位支架2分别装入钻杆1内部两端，此即形成基于重力作用下随钻存储式顶底板探测整套装备。所有零件(标准件外购)均采用机械加工方式成型，按照设计图纸进行加工并装配；测斜模块44与探测器模块43为已有元器件；M3X10十字槽盘头黄铜螺钉、第一球轴承34、第二球轴承54与密封圈7(O型密封圈)为标准件，采用外协采购。本发明的基于重力作用下随钻存储式顶底板定向探测装备，抗震性能优越、防漏水性能优越，并且安装过程操作简单、抗震性能高、电路连接及测量数据更加稳定可靠

在本公开的实施例中，在第一减震单元3安装端的钻杆1内同轴嵌设第一定位支架2；在第二减震单元5安装端的钻杆1内同轴嵌设第二定位支架6；第一定位支架2为圆盘孔型架，圆盘孔型架中心设置定位支架安装孔21，围绕定位支架安装孔21设置多个定位支架缓冲腔22；第二定位支架6的结构与第一定位支架2的结构相同。结构件相同能减少成本，便于批量生产时的检验与零部件区分。

结构形成过程：

测斜模块44用M3X10十字盘头黄铜螺钉固定于模块安装体45上，将探测器模块43(分层探测器模块)装入探管减震件42内，并和电池46依次装入模块安装体45内部，形成基于重力作用下随钻存储式顶底板定向探测装备的测量部件；第一减震单元3与重力偏心管41后端通过螺纹连接，耐水压密封采用O型密封圈进行密封，第二减震单元5与重力偏心管41前端通过螺纹连接，形成整套基于重力作用下随钻存储式顶底板定向测量探管；将随钻存储式顶底板定向测量探管装入钻杆1内，钻杆1内部两端有紧固螺纹，通过钻杆1内部两端有紧固螺纹将第一定位支架2分别装入钻杆1内部两端，此即形成基于重力作用下随钻存储式顶底板探测整套装备。此装备由于重力偏心管41为重力偏心设计，所以在煤矿井下进行随钻钻孔轨迹测量及顶底板探测时，始终能保持重力偏心管41均处于上下方向，最终实现整个钻孔顶底板定向探测的目的。

此结构成型之后，首先将此装配结构放置于模拟振动台上进行抗震试验，其次在压力井内进行12MPa水压试验，在确保震后无震松和不掉压即无漏水情况下，将测量探管及其他零部件整体进行装配。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。