CN104265184A - 一种智能在线钻杆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能在线钻杆，它包括钻杆（3）和与钻杆一端相连的钻头（1），所述钻头内设置有光纤传感器（2），所述钻杆内设置有光纤光缆（4），所述光纤光缆一端与光纤传感器相连，光纤光缆另一端通过快换接头（5）与处理控制器（8）相连，所述光纤传感器监测到的各种信息通过光纤光缆传到处理控制器，并经数据过滤、综合分析及比对处理后，再将信息向外传输，实现在线监测。本发明所述智能在线钻杆不仅结构紧凑、制造、使用和维护方便，而且可靠准确地对井下岩石硬度、瓦斯浓度、地热温度、水、钻孔深度等各种地质结构参数进行实时在线监测，提前反映地质结构，及时发现和消除安全隐患，调整各种钻孔参数，提高生产效率，确保进下安全生产。
Description
技术领域
本发明涉及井下钻掘设备，尤其涉及到煤矿用钻掘设备上的钻杆。
背景技术
在当今煤矿事故中，瓦斯和透水是煤矿安全生产的最大威胁。因而在采煤或掘进之前都要先对巷道中的水和瓦斯等提前进行探测，并根据探测的结果采取相应措施，有利于从根本上防止煤矿瓦斯透水等事故。目前，我国煤矿使用的探水、探瓦斯等所使用的钻机或钻车基本上都是在钻完孔后，再根据工作面布置的瓦斯报警仪判断瓦斯浓度，以及所钻孔中是否有水涌出判断巷道前方是否有水等，不能在探测中实时监测是否有水和瓦斯浓度，存在着一定的滞后性，对于高瓦斯矿井来说，无形中在安全方面埋下了重大隐患。
发明内容
针对上述现有技术中现有进下水和瓦斯探测存在的滞后性，本发明提供了一种在水和瓦斯浓度探测中可实时在线监测水和瓦斯浓度，完全消除安全隐患的智能在线钻杆。
本发明要解决的技术问题所采取的技术方案是：所述智能在线钻杆包括钻杆和与钻杆一端相连的钻头，钻头和钻杆内具有通水孔，所述钻头内设置有光纤传感器，所述钻杆内设置有光纤光缆，所述光纤光缆一端与光纤传感器相连，光纤光缆另一端通过快换接头与处理控制器相连，所述处理控制器为PLC数据处理器并与显示器、控制键、打印机、模/数转换器、报警器、电源接口和通信接口连接，所述模/数转换器的输出与PLC数据处理器的输入连接，PLC数据处理器的输入与控制键的输出连接，PLC数据处理器的输出与显示器的输入连接，PLC数据处理器的输入与打印机的输出连接，PLC数据处理器的输入与报警器的输出连接，电源接口的输出与PLC数据处理器连接，通信接口与PLC数据处理器连接。
本发明钻杆中加装了光纤光缆，所述钻头加装了光纤传感器，所述处理控制器具有信息监测、处理及传输等综合功能，钻孔过程中光纤传感器监测到的各种信息通过光纤光缆传到处理控制器，经数据过滤、综合分析及处理后，再将信息向外传输，实现在线监测。
本发明的工作原理是:在工作机构的钻杆中嵌入基于非接触传感信号传输的光纤光栅传感***，实现深孔钻机钻探速度、输出扭矩的自动控制；并由钻头部内置的光纤传感器实现工作时在线监测（包括岩石硬度、瓦斯浓度、地热温度、水、钻孔深度等），提前反映地质结构；采集到的信号通过数据处理器PLC自动处理，再发出指令实现自动精确控制。
本发明将光纤传感器和光纤光缆分别安装在钻头和钻杆内部，能实时在线监测（包括岩石硬度、瓦斯浓度、地热温度、水、钻孔深度等），提前反映地质结构；采集到的信号通过处理控制器（数据处理器PLC自动处理），再发出指令对主机进行自动控制；并与煤矿井下监控***接驳，第一时间将监测诊断数据传送至地面物联网，实现在线监测。
本发明虽然与普通钻杆外形和接口相同，但是在其内部作了结构处理，既能保证光纤光缆在其内部固定可靠，又不会在钻孔时因排渣的压力水或压风而受到影响或损坏。
对不同深度的钻孔，既可以选用相应光纤光缆长度的钻杆，也可以通过增加这种钻杆，加长连接时，光纤光缆通过快换接头互相连接，拆装简单方便。
本发明光纤传感器和光纤光缆的抗干扰能力强，是煤矿用的防爆型，且是免维护，完全能适应煤矿井下及非金属矿山等各种恶烈工况使用。
本发明所述智能在线钻杆不仅结构紧凑、制造、使用和维护方便，而且可靠准确地对井下岩石硬度、瓦斯浓度、地热温度、水、钻孔深度等各种地质结构参数进行实时在线监测，提前反映地质结构，及时发现和消除安全隐患，调整各种钻孔参数，提高生产效率，确保进下安全生产。
附图说明
图1是本发明的主剖视结构示意图，
图2是本发明的模块连接关系示意图，
在图中，1、钻头 2、光纤传感器 3、钻杆 4、光纤光缆 5、快换接头 6、螺纹 7、通水孔 8、处理控制器。
具体实施方式
在图1和图2中，所述智能在线钻杆包括钻杆3和钻头1，所述钻杆一端与钻头固定相连，所述钻杆和钻头内具有彼此相通的用于冷却和排渣的通水孔7，钻杆另一端上设置有螺纹6，该端通过螺旋与动力头相连，所述钻头内（通水孔中）并排设置有三只光纤传感器2，所述钻杆内设置有光纤光缆4，所述光纤光缆一端与光纤传感器相连，光纤光缆另一端通过快换接头5与处理控制器8相连。所述的处理控制器为PLC数据处理器，所述PLC数据处理器还与现有技术中的显示器、控制键、打印机、模/数转换器、报警器、电源接口和通信接口连接，所述模/数转换器的输出与PLC数据处理器的输入连接，PLC数据处理器的输入与控制键的输出连接，PLC数据处理器的输出与显示器（液晶）的输入连接，PLC数据处理器的输入与打印机的输出连接，PLC数据处理器的输入与报警器的输出连接，电源接口的输出与PLC数据处理器连接，通信接口与PLC数据处理器连接。所述处理控制器具有信息监测、收集、识别、比对和传输以及发出指令等处理功能，在工作过程中，通过布置在钻头内的光纤传感器，可将监测到的地质结构信息通过布置在钻杆里的光纤光缆传输至处理控制器中，经处理控制器数据过滤、综合分析及处理后，再将信息向外传输，从而实现进下钻孔实时在线监测。
Claims (1)
1.一种智能在线钻杆，它包括钻杆（3）和与钻杆一端相连的钻头（1），所述钻头和钻杆内具有通水孔（7），其特征是：所述钻头内设置有光纤传感器（2），所述钻杆内设置有光纤光缆（4），所述光纤光缆一端与光纤传感器相连，光纤光缆另一端通过快换接头（5）与处理控制器（8）相连，所述的处理控制器为PLC数据处理器并与显示器、控制键、打印机、模/数转换器、报警器、电源接口和通信接口连接，所述模/数转换器的输出与PLC数据处理器的输入连接，PLC数据处理器的输入与控制键的输出连接，PLC数据处理器的输出与显示器的输入连接，PLC数据处理器的输入与打印机的输出连接，PLC数据处理器的输入与报警器的输出连接，电源接口的输出与PLC数据处理器连接，通信接口与PLC数据处理器连接。
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