一种煤矿井下救援钻机随钻弱磁金属超前探测装置的制作方法

本发明属于钻探装备，涉及煤矿井下探测设备，具体涉及一种煤矿井下救援钻机随钻弱磁金属超前探测装置。

背景技术：

1、坍塌是煤矿巷道中可能发生的极具破坏性的事件，可能导致人员重大伤亡、重大经济损失和环境破坏。煤矿通常位于地形不稳定的地区，巷道坍塌因素较多，其中，地质因素、人为失误和机械故障是造成煤矿巷道塌方的主要原因，目前，坍塌事件难以预测和提前预防，因此对于矿山而言，如何执行应急响应救援，最大程度地降低人身伤害或生命损失是极为重要的。在救援钻机的井下钻进中，难以避免钻遇巷道支护建设时使用的金属锚杆、锚网等障碍，这些障碍成为救援通道的“绊脚石”。如何探测出金属所在位置成为至关重要的问题。为了打通救援通道，不仅需要探测钻孔周围是否存在金属体，还要明确金属体的具体位置才能有效切割，现有技术中，常规的地球物理探测孔中方法主要包括孔中地震波法、孔中地质雷达法、孔中电阻率法等。但煤矿巷道坍塌情况下，金属绝大部分处于破碎、疏松、非压实的坍塌体中，导致传统的电法无法将电流有效导入地层，而现有的超前探测仪器存在以下缺陷：探测深度低；受金属质钻杆和钻头的干扰比较严重；刀盘、钻具和钻机设备本体存在复杂的电气干扰和金属强磁影响，要在强磁环境中探测锚杆、锚网等弱磁金属体信号非常困难。

2、综上所述，研发一种具备较大探测距离、能获得金属体的精确三维空间坐标、可实现三维成像的探测装置具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种煤矿井下救援钻机随钻弱磁金属超前探测装置，以解决现有技术中由于缺少适用的探测装置而导致的煤矿井下坍塌区域金属探测困难、探测结果不准确的技术问题，实现井下坍塌区域金属探测区域的透明化。

2、本发明所采用的技术方案是：

3、一种煤矿井下救援钻机随钻弱磁金属超前探测装置，包括外钻铤，所述外钻铤前端设置有外钻头，所述外钻铤内同轴套设有内钻铤，所述内钻铤前端固设有内钻头；所述外钻头中间贯通开设有安装孔，所述外钻铤中设置有伸缩机构，所述内钻铤能够在伸缩机构的带动下沿轴向移动，从所述安装孔中穿出/收回；

4、所述外钻头中设置有近距离探测单元和中距离探测单元，所述内钻铤中设置有远距离探测单元、供电单元和数据通信控制模块；

5、所述供电单元用于为所述近距离探测单元、中距离探测单元和远距离探测单元供电；所述数据通信控制模块分别连接近距离探测单元、中距离探测单元、远距离探测单元和远程控制器，所述数据通信控制模块用于与近距离探测单元、中距离探测单元、远距离探测单元和远程控制器进行数据通信；

6、所述远距离探测单元用于采集三分量磁探测数据，并将采集到的三分量磁探测数据经数据通信控制模块发送到远程控制器；

7、所述中距离探测单元用于采集聚焦电法探测数据，并将采集到的聚焦电法探测数据经数据通信控制模块发送到远程控制器；

8、所述近距离探测单元用于采集电磁探测数据，并将采集到的电磁探测数据经数据通信控制模块发送到远程控制器；当电磁探测数据显示超强探测装置与金属体距离小于设定值时，近距离探测单元能够经数据经数据通信控制模块向远程控制器发送预警信号。

9、本发明还具有以下技术特征：

10、具体的，所述近距离探测单元包括感应式接近开关组件、第一电路控制模块和第一数据处理模块，所述感应式接近开关组件包括多个感应式接近开关，多个所述的感应式接近开关沿外钻头径向两两对称设置；

11、每个所述的感应式接近开关均分别连接所述的第一电路控制模块和第一数据处理模块；

12、所述第一数据处理模块与数据通信控制模块相连，所述第一电路控制模块与所述供电单元相连。

13、更进一步的，所述中距离探测单元包括屏蔽聚焦电极组件、第二电路控制模块和第二数据处理模块，所述屏蔽聚焦电极组件包括四个屏蔽聚焦电极，且四个所述的屏蔽聚焦电极两两对称分布在一正方形的四角；每个所述的屏蔽聚焦电极均分别连接所述的第二电路控制模块和第二数据处理模块；

14、所述第二数据处理模块与数据通信控制模块相连，所述第二电路控制模块与所述供电单元相连；

15、所述屏蔽聚焦电极包括由内向外顺序同轴套设的发射电极、内屏蔽环、屏蔽电极和外屏蔽环。

16、更进一步的，所述远距离探测单元包括第一三分量磁探测传感器、第二三分量磁探测传感器、第三电路控制模块和第三数据处理模块；所述第一三分量磁探测传感器分别连接所述的第三电路控制模块和第三数据处理模块，所述第二三分量磁探测传感器分别连接所述的第三电路控制模块和第三数据处理模块；

17、所述第三数据处理模块与数据通信控制模块相连，所述第三电路控制模块与所述供电单元相连。

18、更进一步的，所述伸缩机构包括驱动电机和推靠板，所述驱动电机输出轴前端套设有蜗轮，所述蜗轮上啮合连接有蜗杆，所述蜗杆远离所述驱动电机的一端连接所述的推靠板，所述推靠板能够沿内钻铤轴向移动，进而带动内钻铤沿轴向移动。

19、更进一步的，所述发射电极的实时电压与所述屏蔽电极的实时电压相同。

20、更进一步的，所述的设定值为10cm。

21、更进一步的，所述感应式接近开关的输出端连接有报警器，当金属体与所述应式接近开关的距离小于10cm时，报警器能够经数据通信控制模块向远程控制器发送报警信号。

22、本发明的有益效果是：

23、(1)本发明装置通过设置远距离探测单元、中距离探测单元和近距离探测单元，能够将远距离探测数据、中距离探测数据和近距离探测数据叠加，探测(距离、方位)准确性提升明显。

24、(2)本发明装置的远距离探测单元、中距离探测单元和近距离探测单元能够分时启动，使得装置的有效工作时间可以达到100小时，能够满足救援黄金时间需求，避免探测系统没电反复退钻更换耽误救援。

25、(3)本发明装置将三分量磁探测数据和聚焦电法探测数据分别进行三维空间成像，远近数据互补成像相结合，实时了钻进工况的异常判断，借助高精度三分量方位探测技术，能够对微弱金属体探测信号实现灵敏捕捉，实现钻进前方的弱磁金属体超前探测识别。

技术特征：

1.一种煤矿井下救援钻机随钻弱磁金属超前探测装置，包括外钻铤(1)，所述外钻铤(1)前端设置有外钻头(2)，其特征在于，所述外钻铤(1)内同轴套设有内钻铤(3)，所述内钻铤(3)前端固设有内钻头(4)；所述外钻头(2)中间贯通开设有安装孔，所述外钻铤(1)中设置有伸缩机构(5)，所述内钻铤(3)能够在伸缩机构(5)的带动下沿轴向移动，经所述安装孔穿出/收回外钻铤(1)；

2.如权利要求1所述的煤矿井下救援钻机随钻弱磁金属超前探测装置，其特征在于，所述近距离探测单元(6)包括感应式接近开关组件、第一电路控制模块和第一数据处理模块，所述感应式接近开关组件包括多个感应式接近开关(61)，多个所述的感应式接近开关(61)沿外钻头(2)径向两两对称设置；

3.如权利要求1所述的煤矿井下救援钻机随钻弱磁金属超前探测装置，其特征在于，所述中距离探测单元(7)包括屏蔽聚焦电极组件、第二电路控制模块和第二数据处理模块，所述屏蔽聚焦电极组件包括四个屏蔽聚焦电极(71)，且四个所述的屏蔽聚焦电极(71)两两对称分布在一正方形的四角；每个所述的屏蔽聚焦电极(71)均分别连接所述的第二电路控制模块和第二数据处理模块；

4.如权利要求1所述的煤矿井下救援钻机随钻弱磁金属超前探测装置，其特征在于，所述远距离探测单元(8)包括第一三分量磁探测传感器(81)、第二三分量磁探测传感器(82)、第三电路控制模块和第三数据处理模块；所述第一三分量磁探测传感器(81)分别连接所述的第三电路控制模块和第三数据处理模块，所述第二三分量磁探测传感器(82)分别连接所述的第三电路控制模块和第三数据处理模块；

5.如权利要求1所述的煤矿井下救援钻机随钻弱磁金属超前探测装置，其特征在于，所述伸缩机构(5)包括驱动电机和推靠板(52)，所述驱动电机的输出轴(51)前端套设有蜗轮(53)，所述蜗轮上啮合连接有蜗杆(54)，所述蜗杆(54)远离所述驱动电机(51)的一端连接所述的推靠板(52)，所述推靠板(52)能够沿内钻铤(3)轴向移动，进而带动内钻铤(3)沿轴向移动。

6.如权利要求3所述的煤矿井下救援钻机随钻弱磁金属超前探测装置，其特征在于，所述发射电极(711)的实时电压与所述屏蔽电极(713)的实时电压相同。

7.如权利要求1所述的煤矿井下救援钻机随钻弱磁金属超前探测装置，其特征在于，所述的设定值为10cm。

8.如权利要求2所述的煤矿井下救援钻机随钻弱磁金属超前探测装置，其特征在于，所述感应式接近开关(61)的输出端连接有报警器，当金属体与所述应式接近开关(61)的距离小于10cm时，所述报警器能够经数据通信控制模块向远程控制器发送报警信号。

技术总结本发明公开一种煤矿井下救援钻机随钻弱磁金属超前探测装置，包括外钻铤，外钻铤前端设置有外钻头，外钻铤内同轴套设有内钻铤，内钻铤前端固设有内钻头；外钻头中间贯通开设有安装孔，外钻铤中设置有伸缩机构，内钻铤能够在伸缩机构的带动下沿轴向移动，从安装孔中穿出/收回；外钻头中设置有近距离探测单元和中距离探测单元，内钻铤中设置有远距离探测单元、供电单元和数据通信控制模块；供电单元用于为近距离探测单元、中距离探测单元和远距离探测单元供电；数据通信控制模块用于与近距离探测单元、中距离探测单元、远距离探测单元和远程控制器进行数据通信。本发明将远距离探测数据、中距离探测数据和近距离探测数据叠加，探测准确度更高。技术研发人员：陈刚,姚宁平,凡东,鲁飞飞,张意,陈龙,张冀冠,陈翔,王博,闫文超受保护的技术使用者：中煤科工西安研究院（集团）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14