CN110259432A - 一种基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置及方法，包括钻机、钻杆、非金属钻杆、钻孔雷达仪、非金属钻杆、钻头、孔深记录仪和防爆手机；孔深记录仪安装在钻机上，以记录钻孔雷达仪在钻孔内的深度，防爆手机与孔深记录仪和钻孔雷达仪通信，为孔深记录仪和钻孔雷达仪同步时间、下发参数命令和传输数据；钻孔雷达仪包括控制中心模块、数据存储模块、WIFI通信模块、电池、轨迹测量模块、发射天线、接收天线、信号发射机、信号接收机等。本发明能对煤矿井下的所有钻孔进行探测，可测钻孔深度大于500m，可测钻孔周围1m～10m范围内的地质异常体、含水异常体、煤层顶底板的界面位置，分辨率达0.15m～0.3m，为煤矿井下的智能开采提供精细的指导依据。
Description
技术领域
本发明涉及应用地球物理学雷达波探测技术领域，具体地指一种基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置及方法。
背景技术
随着煤矿的智能化开采的发展，当前煤矿勘探趋向于寻找小型、隐藏的地质构造，煤矿的瓦斯治理和水害治理从定性到定量的发展，开采工作面的超前探测需求等，对于物探勘探提出了探测精度高并且探测距离远的探测要求。
一般的地球物理方法都是在地表或者待测体表面进行的，然而由于地下或者待测体内部的结构比较复杂，仅仅依靠从这些方法中所获得的数据去准确推断诸如岩性、地质体方位等信息就很难，这就给地质学家们提出了一个新的问题，即如何提高解释的精度。然而，井中雷达的最大特点和优势就是高分辨率和高精度，但令人遗憾的是，探测的范围非常有限，探测的地质目标的尺度也很小。
发明内容
针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置及方法，通过该装置和方法，可以对煤矿井下的所有钻孔进行探测，可测钻孔深度大于500m，可以探测钻孔周围1m～10m范围内的地质异常体、含水异常体、煤层顶底板的界面位置，分辨率达到0.15m～0.3m，为煤矿井下的智能开采提供精细的指导依据。
为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：
一种基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置，包括依次连接的钻机、钻杆、非金属钻杆、钻孔雷达仪、非金属钻杆和钻头；
还包括孔深记录仪和防爆手机，所述孔深记录仪安装在钻机上，以记录钻孔雷达仪在钻孔内的深度，所述防爆手机通过WIFI与孔深记录仪和钻孔雷达仪通信，为孔深记录仪和钻孔雷达仪同步时间、下发参数命令和传输数据；
所述钻孔雷达仪包括钻孔雷达仪控制中心模块、钻孔雷达仪数据存储模块、钻孔雷达仪WIFI通信模块、钻孔雷达仪电池、轨迹测量模块、发射天线、接收天线、信号发射机、信号接收机、电路板、固定电路板的铜螺钉、用于装配固定各部件的骨架以及套在各部件外的非金属外管。
本发明还包括如下技术特征：
具体的，所述钻孔雷达仪控制中心模块为信号发射机、信号接收机及轨迹测量模块下发工作命令，并将信号接收机采集的直达雷达波和发射雷达波进行数字化，再将其存储在钻孔雷达仪数据存储模块中，将钻孔轨迹测量模块测量的钻孔的倾角、方位数据存储在钻孔雷达仪数据存储模块中；
钻孔雷达仪控制中心模块控制钻孔雷达仪WIFI通信模块与防爆手机进行通信、下发接收时间同步命令，并进行内部的时间同步；钻孔雷达仪控制中心模块接收防爆手机下发的参数设置并进行参数设置、接收防爆手机数据传输命令以及向防爆手机发送采集的所有数据。
具体的，信号发射机在钻孔雷达仪控制中心模块的控制下根据接收到的信号发射命令，产生电磁波脉冲信号，通过发射天线发射到地层中；
信号接收机在钻孔雷达仪控制中心模块的控制下，接收接收天线接收到的信号，并将信号传送至钻孔雷达仪控制中心模块，由钻孔雷达仪控制中心模块进行处理；
钻孔轨迹测量模块测量仪器的倾角、方位，根据钻孔雷达仪控制中心模块的控制命令，将测量的数据返回至钻孔雷达仪控制中心模块，钻孔雷达仪控制中心模块对数据进行处理，并将数据存储在钻孔雷达仪数据存储模块中。
具体的，钻孔雷达仪WIFI通信模块为钻孔雷达仪控制中心模块与防爆手机连接提供了无线通信方式，钻孔雷达仪WIFI通信模块与钻孔雷达仪控制中心模块连接，钻孔雷达仪控制中心模块为其供电，并且对其进行控制，钻孔雷达仪WIFI通信模块提供WIFI信号的产生源，防爆手机通过手机WIFI寻找该WIFI，建立连接之后二者实现无线通信。
具体的，钻孔雷达仪数据存储模块为钻孔雷达仪控制中心模块提供外部存储单元，钻孔雷达仪控制中心模块将测得的轨迹测量数据、雷达返回数据通过时间戳的方式存储在钻孔雷达仪数据存储模块的数据存储单元中，钻孔雷达仪控制中心模块在需要取出数据时再从中取出存储的数据。
具体的，所述发射天线和接收天线均由两个圆锥铜管组成，两个圆锥铜管的锥行端之间连接一个馈电电阻组成发射天线或接收天线，两个圆锥铜管锥形端的距离小于5mm；
发射天线与信号发射机连接，接收信号发射机发射的脉冲雷达信号，并将雷达信号发射到地层中；接收天线与信号接收机连接，接收雷达信号，并将信号传递给信号接收机；发射天线和接收天线直接装在用于装配固定各部件的骨架中；
发射天线末端点与接收天线前端点的距离大于15mm，发射天线和接收天线的整体长度范围为300mm～600mm，直径小于30mm；发射天线和接收天线中心频率为500MHz-1000MHz，带宽为400MHz-1200MHz；
非金属外管材质为玻璃纤维材质，具有非金属特性，内径大于30mm，外径最小可达73mm，能应用于钻孔成孔的直径大于73mm钻孔中。
具体的，所述孔深记录仪包括孔深记录仪控制中心、孔深记录仪数据存储模块、孔深记录仪WIFI通信模块、孔深记录仪电池、光电编码器、滚轮、分量应力传感器、振动传感器以及状态监测模块。
具体的，所述孔深记录仪控制中心为孔深记录仪的主控单元，孔深记录仪控制中心接收光电编码器传回的深度变化量、状态监测模块返回的3分量应力传感器测得的滚轮上的三个方向上的应力和振动传感器监测的振动幅度，然后将接收到的数据进行处理，再将数据存储至孔深记录仪数据存储模块中；
所述孔深记录仪控制中心通过孔深记录仪WIFI通信模块与防爆手机建立连接，接收防爆手机下发的参数配置命令，并且根据防爆手机的命令上传孔深记录仪数据存储模块中存储的数据；
所述光电编码器与滚轮连接，滚轮转动时，光电编码器计数，滚轮转动2mm光电编码器记录一个脉冲，转动一圈为1024个脉冲；
所述状态监测模块控制3分量应力传感器和振动传感器，3分量应力传感器与振动传感器均安装在滚轮表面，3分量应力传感器监测滚轮上的X、Y、Z三个方向的受力情况，以用于判断钻杆是滑动前进或旋转前进，振动传感器主要监测钻杆的振动情况，反应钻孔雷达仪与钻杆连接的整个***的振动状态；
所述孔深记录仪WIFI通信模块为孔深记录仪与防爆手机的连接提供了无线通信方式，孔深记录仪WIFI通信模块与孔深记录仪控制中心连接，孔深记录仪控制中心为其供电，并对其进行控制，孔深记录仪WIFI通信模块为WIFI信号产生源，防爆手机通过WIFI信号寻找该WIFI，建立连接之后二者实现无线通信；
所述孔深记录仪数据存储模块为孔深记录仪控制中心提供了外部存储单元，孔深记录仪控制中心将深度信息、应力信息、振动信息以时间戳的方式存储在孔深记录仪数据存储模块中，孔深记录仪控制中心在需要取出存储的数据时从孔深记录仪数据存储模块中取出数据。
具体的，所述防爆手机为手持终端，其上安装有基于钻机推送的钻孔雷达的数据采集控制APP，由操作人员在测量之前为钻孔雷达仪和孔深记录仪同步时间，为钻孔雷达仪下发仪器所需参数，在数据采集结束时获取钻孔雷达数据和孔深数据，并且根据钻孔雷达数据的时间戳和孔深数据的时间戳将二者匹配，建立以孔深变化的采集的钻孔雷达数据；并在该防爆手机的APP上，进行钻孔雷达的数据的整体展示、雷达单道数据展示、钻孔轨迹展示、整个测量过程中振动情况的展示、钻杆推送过程中钻杆的运动情况展示，并可将所有数据传递给电脑。
本发明还提供一种采用所述的基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置的探测方法，该探测方法包括以下步骤：
步骤1：将孔深记录仪安装在钻机上；
步骤2：将非金属钻杆与钻头连接后，再将钻孔雷达仪与非金属钻杆连接；
步骤3：打开钻孔雷达仪以及孔深记录仪上的电源控制开关，启动钻孔雷达仪与孔深记录仪；
步骤4：使用防爆手机分别与钻孔雷达仪、孔深记录仪进行WIFI连接，分别对其进行参数设置以及时间同步，下发钻孔雷达仪和孔深记录仪开始工作的命令；
步骤5：为钻孔雷达仪后端加上非金属钻杆，利用钻机往孔内推送钻孔雷达仪，后续重复加钻杆将钻孔雷达仪往孔内推送，钻孔雷达仪根据设置的参数自动进行测量，孔深记录仪也根据设定的参数自动进行测量；
步骤6：在钻机将钻孔雷达仪送至孔底后，再利用钻机将其提出至孔口；
步骤7：利用防爆手机与钻孔雷达仪建立WIFI连接，通过防爆手机上的APP下发取出钻孔雷达数据命令，将钻孔雷达仪数据存储模块中存储的钻孔雷达数据取出至防爆手机中，钻孔雷达数据取出完成后，防爆手机下发命令将钻孔雷达仪中钻孔雷达仪数据存储模块中的数据清除，为下一次的钻孔雷达测量腾出数据存储空间；
步骤8：防爆手机与孔深记录仪建立WIFI连接，通过防爆手机上的APP下发取出孔深数据命令将孔深记录仪数据存储模块中的存储的数据取出至防爆手机中，孔深数据取出完成后，防爆手机下发命令将孔深记录仪中孔深记录仪数据存储模块中的数据清除，为下一次钻孔深度的记录测量腾出数据存储空间；
步骤9：防爆手机上的APP对钻孔雷达数据、孔深记录的数据进行处理，首先是根据二者的时间对二者进行匹配，使得钻孔雷达的数据以时间戳记录的变为随着深度变化的，然后APP自动进行数据处理，计算钻孔轨迹，分析送钻孔雷达仪进孔测量过程中的钻杆的运动方式，测量过程的振动状态分析，根据振动条件将振动过大的数据进行处理，再对各数据进行成图显示，用户可以查看随着钻孔深度变化的钻孔雷达变密度图，用户可以根据需要选择其中的一个深度点的钻孔雷达单道曲线图，用户可以查看钻孔轨迹变化图，测量过程中的振动情况，测量过程中钻杆运动的方式；
步骤10：在煤矿井下现场，根据防爆手机上的APP显示的钻孔雷达二维的变密度图，了解钻孔周围5-10m范围内的地质特征，可以了解钻孔周围煤岩界面的位置，钻孔周围的有无含水体，钻孔周围有无缝洞，钻孔周围有无断层情况。
本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：
(Ⅰ)采用本发明，操作简单，在测量过程中，在最开始利用防爆手机对钻孔雷达仪、孔深记录仪设置完成之后钻孔雷达仪、孔深记录仪自动进行测量存储数据，在后续的送钻过程中，人员无需进行任何的操作。数据传输采用WIFI通信，仪器之间没有线缆连接，方便现场安装与操作。
(Ⅱ)采用本发明，方便运输携带，非金属钻杆、钻孔雷达仪、孔深记录仪由矿用运输车运输，防爆手机由人员携带即可。
(Ⅲ)采用本发明，钻孔雷达中心频率高，500MHz-1000MHz，探测半径5m-10m，分辨率达到0.15m～0.3m，探测的精度高，本发明既能满足探测精度高的要求，又能满足探测半径大的要求，可以为煤矿井下的智能开采提供有力的地质信息。
(Ⅳ)采用本发明，基于钻机推送，钻孔雷达进孔测量的深度不受其他因素制约，可以测量的深度根据钻孔深度确定，为煤矿井下的工作面的精细探测提供了支撑，在煤矿井下，只要有打孔的地方，在打孔完成时使用钻机即可推送钻孔雷达进孔测量，测量之后现场人员根据防爆手机上显示的图像，可以初步对钻孔周围的地质情况进行评估，测量完成升井之后，专业的钻孔雷达数据处理人员对数据进行更进一步的处理分析解释。
(Ⅴ)采用本发明，该仪器能适用于任何型号的钻机，并且在遇到钻孔坍塌时，可以采用旋转钻进的方式进行送钻，在测量完成升井之后，地面的人员可以根据记录信息了解井下测量的过程，以及整个测量过程中的状态，方便后续的数据处理与解释。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明钻孔雷达仪内部结构示意图。
图3为本发明钻孔雷达仪工作原理示意图。
图4为本发明孔深记录仪工作原理示意图。
图中各标号表示为:1-钻机，2-钻杆，3-非金属钻杆，4-钻孔雷达仪，5-钻头，6-孔深记录仪，7-防爆手机；8-待测钻孔，9-围岩，10-巷道或工作面；
401-钻孔雷达仪控制中心模块，402-钻孔雷达仪数据存储模块，403-钻孔雷达仪WIFI通信模块，404-钻孔雷达仪电池，405-轨迹测量模块，406-发射天线，407-接收天线，408-信号发射机，409-信号接收机，410-电路板，411-铜螺钉，412-骨架，413-非金属外管；
601-孔深记录仪控制中心，602-孔深记录仪数据存储模块，603-孔深记录仪WIFI通信模块，604-孔深记录仪电池，605-光电编码器，606-滚轮，607-3分量应力传感器，608-振动传感器，609-状态监测模块。
以下结合说明书附图和具体实施方式对本发明做具体说明。
具体实施方式
钻孔雷达不但测量精度高，而且探测范围大，所以它很好地解决了这两种尺度之间的空白。此外，作为连接这两种资料的最佳桥梁，钻孔雷达技术的发展也会进一步提升这些资料的整体利用价值，可以在钻孔的深度范围内探测钻孔两侧的构造，其作用相比大许多。为了煤矿安全生产，煤矿井下为了防止水害事故，在工作面上打了很多穿层的探放水孔，目前探放水孔仅仅用于探放水的目的，同样，为了解决瓦斯灾害的问题，煤矿井下沿煤层打了很多瓦斯抽放孔，其钻孔功能也仅是用来瓦斯抽放，未能将其很好利用。煤矿井下探放水孔及瓦斯抽采孔没有充分发挥钻孔的作用，将钻孔周围内10-15m范围内的地质异常进行精细探测，可以利用钻孔深度大、距离巷道、工作面较远、不受巷道内的掘进机、底板的铁轨、工字钢支护、锚杆支护、运输皮带支架等的影响的优势，可以将孔周围的地质异常体探测清楚，形成透明工作面，为后续的精准采煤提供更精细的地质条件。
本发明提供一种基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置，包括依次连接的钻机1、钻杆2、非金属钻杆3、钻孔雷达仪4、非金属钻杆3和钻头5；还包括孔深记录仪6和防爆手机7，孔深记录仪6安装在钻机1上，以记录钻孔雷达仪6在钻孔内的深度，防爆手机7通过WIFI与孔深记录仪6和钻孔雷达仪4通信，为孔深记录仪6和钻孔雷达仪4同步时间、下发参数命令和传输数据；钻孔雷达仪4包括钻孔雷达仪控制中心模块401、钻孔雷达仪数据存储模块402、钻孔雷达仪WIFI通信模块403、钻孔雷达仪电池404、轨迹测量模块405、发射天线406、接收天线407、信号发射机408、信号接收机409、电路板410、固定电路板的铜螺钉411、用于装配固定各部件的骨架412以及套在各部件外的非金属外管413。本发明，基于钻机推送，钻孔雷达进孔测量的深度不受其他因素制约，可以测量的深度根据钻孔深度确定，为煤矿井下的工作面的精细探测提供了支撑，在煤矿井下，只要有打孔的地方，在打孔完成时使用钻机即可推送钻孔雷达进孔测量，测量之后现场人员根据防爆手机上显示的图像，可以初步对钻孔周围的地质情况进行评估，测量完成升井之后，专业的钻孔雷达数据处理人员对数据进行更进一步的处理分析解释。
遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1：
如图1至图4所示，本实施例给出一种基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置，包括依次连接的钻机1、钻杆2、非金属钻杆3、钻孔雷达仪4、非金属钻杆3和钻头5；还包括孔深记录仪6和防爆手机7，孔深记录仪6安装在钻机1上，以记录钻孔雷达仪6在钻孔内的深度，防爆手机7通过WIFI与孔深记录仪6和钻孔雷达仪4通信，为孔深记录仪6和钻孔雷达仪4同步时间、下发参数命令和传输数据；钻孔雷达仪4包括钻孔雷达仪控制中心模块401、钻孔雷达仪数据存储模块402、钻孔雷达仪WIFI通信模块403、钻孔雷达仪电池404、轨迹测量模块405、发射天线406、接收天线407、信号发射机408、信号接收机409、电路板410、固定电路板的铜螺钉411、用于装配固定各部件的骨架412以及套在各部件外的非金属外管413。钻孔雷达仪4两端的非金属钻杆3能有效避免信号干扰，提高测量精度。
具体的，上述骨架412由非金属的材质制作，非金属的材质为PVC的材质，在各零器件装入骨架412之后，进行灌胶处理。用于各零器件装配固定的骨架412在灌胶处理之后将其装入非金属外管413中，并且在非金属外管413中固定，保证在测量过程中骨架412与非金属外管413之间相对位置保持不变。钻孔雷达仪控制中心模块401、钻孔雷达仪数据存储模块402、钻孔雷达仪WIFI通信模块403、信号发射机408、信号接收机409在仪器内部安装在同一块电路板410上，电路板410和钻孔雷达仪电池404直接通过线连接，并且电路板410提供线路供钻孔雷达仪电池404为钻孔雷达仪控制中心模块401、信号发射机408、信号接收机409的供电。电路板410由铜螺钉411固定在骨架412上，钻孔雷达仪控制中心模块401与钻孔雷达仪WIFI通信模块403、钻孔雷达仪数据存储模块402连接，为钻孔雷达仪WIFI通信模块403、钻孔雷达仪数据存储模块402供电，并且控制钻孔雷达仪WIFI通信模块403、钻孔雷达仪数据存储模块402，钻孔雷达仪控制中心模块401为信号发射机408、信号接收机409发送命令，并且接收信号发射机408、信号接收机409返回的信号。
钻孔雷达仪控制中心模块401为信号发射机408、信号接收机409及轨迹测量模块405下发工作命令，并将信号接收机409采集的直达雷达波和发射雷达波进行数字化，再将其存储在钻孔雷达仪数据存储模块402中，将钻孔轨迹测量模块405测量的钻孔的倾角、方位数据存储在钻孔雷达仪数据存储模块402中；钻孔雷达仪控制中心模块401控制钻孔雷达仪WIFI通信模块403与防爆手机7进行通信、下发接收时间同步命令，并进行内部的时间同步；钻孔雷达仪控制中心模块401接收防爆手机7下发的参数设置并进行参数设置、接收防爆手机7数据传输命令以及向防爆手机7发送采集的所有数据。
信号发射机408在钻孔雷达仪控制中心模块401的控制下根据接收到的信号发射命令，产生电磁波脉冲信号，通过发射天线发射到地层中；信号接收机409在钻孔雷达仪控制中心模块401的控制下，接收接收天线接407收到的信号，并将信号传送至钻孔雷达仪控制中心模块401，由钻孔雷达仪控制中心模块401进行处理；
本实施例中，钻孔轨迹测量模块405由铜螺钉411固定在骨架412上，钻孔轨迹测量模块405与钻孔雷达仪控制中心模块401通过有线通信连接方式根据钻孔雷达仪控制中心模块401的要求将其测量得到的钻孔轨迹数据(倾角、方位)发送给钻孔雷达仪控制中心模块401，钻孔轨迹测量模块405与钻孔雷达仪电池404输出端通过线连接，钻孔雷达仪电池404为钻孔轨迹测量模块405供电。钻孔轨迹测量模块405测量仪器的倾角、方位，根据钻孔雷达仪控制中心模块401的控制命令，将测量的数据返回至钻孔雷达仪控制中心模块401，钻孔雷达仪控制中心模块401对数据进行处理，并将数据存储在钻孔雷达仪数据存储模块402中。
更具体的，钻孔雷达仪电池404分别为钻孔雷达仪的信号发射机408、信号接收机409、钻孔雷达仪控制中心模块401、钻孔轨迹测量模块405供电。钻孔雷达仪电池404电量快耗尽时钻孔雷达仪上的电量指示灯将给出提示，将钻孔雷达仪拿到地面进行充电即可。
钻孔雷达仪WIFI通信模块403为钻孔雷达仪控制中心模块401与防爆手机7连接提供了无线通信方式，钻孔雷达仪WIFI通信模块403与钻孔雷达仪控制中心模块401连接，钻孔雷达仪控制中心模块401为其供电，并且对其进行控制，钻孔雷达仪WIFI通信模块403提供WIFI信号的产生源，防爆手机7通过手机WIFI寻找该WIFI，建立连接之后二者实现无线通信。
钻孔雷达仪数据存储模块402为钻孔雷达仪控制中心模块401提供外部存储单元，钻孔雷达仪控制中心模块401将测得的轨迹测量数据、雷达返回数据通过时间戳的方式存储在钻孔雷达仪数据存储模块402的数据存储单元中，钻孔雷达仪控制中心模块401在需要取出数据时再从中取出存储的数据。
发射天线406和接收天线407均由两个圆锥铜管组成，两个圆锥铜管的锥行端之间连接一个馈电电阻组成发射天线406或接收天线407，两个圆锥铜管锥形端的距离小于5mm；发射天线406与信号发射机408连接，接收信号发射机408发射的脉冲雷达信号，并将雷达信号发射到地层中；接收天线407与信号接收机409连接，接收雷达信号，并将信号传递给信号接收机409；发射天线406和接收天线407直接装在用于装配固定各部件的骨架412中；发射天线406末端点与接收天线407前端点的距离大于15mm，发射天线406和接收天线407的整体长度范围为300mm～600mm，直径小于30mm；发射天线406和接收天线407中心频率为500MHz-1000MHz，带宽为400MHz-1200MHz；非金属外管413材质为玻璃纤维材质，具有非金属特性，内径大于30mm，外径最小可达73mm，能应用于钻孔成孔的直径大于73mm钻孔中。
在本实施例中，孔深记录仪6安装在钻机的卡瓦前端，孔深记录仪6包括孔深记录仪控制中心601、孔深记录仪数据存储模块602、孔深记录仪WIFI通信模块603、孔深记录仪电池604、光电编码器605、滚轮606、3分量应力传感器607、振动传感器608以及状态监测模块609。具体的，孔深记录仪电池604直接为孔深记录仪控制中心601供电，孔深记录仪控制中心601为孔深记录仪WIFI通信模块603、孔深记录仪数据存储模块602、光电编码器605、状态监测模块609供电。孔深记录仪电池604电量快耗尽时孔深记录仪上的电池电量指示灯将给出提示，将孔深记录仪拿到地面进行充电即可。
孔深记录仪控制中心601为孔深记录仪6的主控单元，孔深记录仪控制中心601接收光电编码器605传回的深度变化量、状态监测模块609返回的3分量应力传感器607测得的滚轮606上的三个方向上的应力和振动传感器608监测的振动幅度，然后将接收到的数据进行处理，再将数据存储至孔深记录仪数据存储模块602中；孔深记录仪控制中心601通过孔深记录仪WIFI通信模块603与防爆手机7建立连接，接收防爆手机7下发的参数配置命令，并且根据防爆手机7的命令上传孔深记录仪数据存储模块602中存储的数据；光电编码器605与滚轮606连接，滚轮606转动时，光电编码器605计数，滚轮606转动2mm光电编码器605记录一个脉冲，转动一圈为1024个脉冲；状态监测模块609控制3分量应力传感器607和振动传感器608，3分量应力传感器607与振动传感器608均安装在滚轮606表面，3分量应力传感器607监测滚轮606上的X、Y、Z三个方向的受力情况，以用于判断钻杆是滑动前进或旋转前进，振动传感器608主要监测钻杆的振动情况，反应钻孔雷达仪4与钻杆2连接的整个***的振动状态；孔深记录仪WIFI通信模块603为孔深记录仪6与防爆手机7的连接提供了无线通信方式，孔深记录仪WIFI通信模块603与孔深记录仪控制中心601连接，孔深记录仪控制中心601为其供电，并对其进行控制，孔深记录仪WIFI通信模块603为WIFI信号产生源，防爆手机7通过WIFI信号寻找该WIFI，建立连接之后二者实现无线通信；孔深记录仪数据存储模块602为孔深记录仪控制中心601提供了外部存储单元，孔深记录仪控制中心601将深度信息、应力信息、振动信息以时间戳的方式存储在孔深记录仪数据存储模块602中，孔深记录仪控制中心601在需要取出存储的数据时从孔深记录仪数据存储模块602中取出数据。
防爆手机7为手持终端，其上安装有基于钻机推送的钻孔雷达的数据采集控制APP，由操作人员在测量之前为钻孔雷达仪4和孔深记录仪6同步时间，为钻孔雷达仪下发仪器所需参数，在数据采集结束时获取钻孔雷达数据和孔深数据，并且根据钻孔雷达数据的时间戳和孔深数据的时间戳将二者匹配，建立以孔深变化的采集的钻孔雷达数据；并在该防爆手机的APP上，进行钻孔雷达的数据的整体展示、雷达单道数据展示、钻孔轨迹展示、整个测量过程中振动情况的展示、钻杆推送过程中钻杆的运动情况展示，并可将所有数据传递给电脑。
实施例2：
本实施例给出一种采用实施例1的基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置的探测方法，其特征在于，该探测方法包括以下步骤：
步骤1：将孔深记录仪安装在钻机上；
步骤2：将非金属钻杆与钻头连接后，再将钻孔雷达仪与非金属钻杆连接；
步骤3：打开钻孔雷达仪以及孔深记录仪上的电源控制开关，启动钻孔雷达仪与孔深记录仪；
步骤4：使用防爆手机分别与钻孔雷达仪、孔深记录仪进行WIFI连接，分别对其进行参数设置以及时间同步，下发钻孔雷达仪和孔深记录仪开始工作的命令；
步骤5：为钻孔雷达仪后端加上非金属钻杆，利用钻机往孔内推送钻孔雷达仪，后续重复加钻杆将钻孔雷达仪往孔内推送，钻孔雷达仪根据设置的参数自动进行测量，孔深记录仪也根据设定的参数自动进行测量；
步骤6：在钻机将钻孔雷达仪送至孔底后，再利用钻机将其提出至孔口；
步骤7：利用防爆手机与钻孔雷达仪建立WIFI连接，通过防爆手机上的APP下发取出钻孔雷达数据命令，将钻孔雷达仪数据存储模块中存储的钻孔雷达数据取出至防爆手机中，钻孔雷达数据取出完成后，防爆手机下发命令将钻孔雷达仪中钻孔雷达仪数据存储模块中的数据清除，为下一次的钻孔雷达测量腾出数据存储空间；
步骤8：防爆手机与孔深记录仪建立WIFI连接，通过防爆手机上的APP下发取出孔深数据命令将孔深记录仪数据存储模块中的存储的数据取出至防爆手机中，孔深数据取出完成后，防爆手机下发命令将孔深记录仪中孔深记录仪数据存储模块中的数据清除，为下一次钻孔深度的记录测量腾出数据存储空间；
步骤9：防爆手机上的APP对钻孔雷达数据、孔深记录的数据进行处理，首先是根据二者的时间对二者进行匹配，使得钻孔雷达的数据以时间戳记录的变为随着深度变化的，然后APP自动进行数据处理，计算钻孔轨迹，分析送钻孔雷达仪进孔测量过程中的钻杆的运动方式，测量过程的振动状态分析，根据振动条件将振动过大的数据进行处理，再对各数据进行成图显示，用户可以查看随着钻孔深度变化的钻孔雷达变密度图，用户可以根据需要选择其中的一个深度点的钻孔雷达单道曲线图，用户可以查看钻孔轨迹变化图，测量过程中的振动情况，测量过程中钻杆运动的方式；
步骤10：在煤矿井下现场，根据防爆手机上的APP显示的钻孔雷达二维的变密度图，了解钻孔周围5-10m范围内的地质特征，可以了解钻孔周围煤岩界面的位置，钻孔周围的有无含水体，钻孔周围有无缝洞，钻孔周围有无断层情况。
Claims (10)
1.一种基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置，其特征在于，包括依次连接的钻机(1)、钻杆(2)、非金属钻杆(3)、钻孔雷达仪(4)、非金属钻杆(3)和钻头(5)；
还包括孔深记录仪(6)和防爆手机(7)，所述孔深记录仪(6)安装在钻机(1)上，以记录钻孔雷达仪(6)在钻孔内的深度，所述防爆手机(7)通过WIFI与孔深记录仪(6)和钻孔雷达仪(4)通信，为孔深记录仪(6)和钻孔雷达仪(4)同步时间、下发参数命令和传输数据；
所述钻孔雷达仪(4)包括钻孔雷达仪控制中心模块(401)、钻孔雷达仪数据存储模块(402)、钻孔雷达仪WIFI通信模块(403)、钻孔雷达仪电池(404)、轨迹测量模块(405)、发射天线(406)、接收天线(407)、信号发射机(408)、信号接收机(409)、电路板(410)、固定电路板的铜螺钉(411)、用于装配固定各部件的骨架(412)以及套在各部件外的非金属外管(413)。
2.如权利要求1所述的基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置，其特征在于，所述钻孔雷达仪控制中心模块(401)为信号发射机(408)、信号接收机(409)及轨迹测量模块(405)下发工作命令，并将信号接收机(409)采集的直达雷达波和发射雷达波进行数字化，再将其存储在钻孔雷达仪数据存储模块(402)中，将钻孔轨迹测量模块(405)测量的钻孔的倾角、方位数据存储在钻孔雷达仪数据存储模块(402)中；
钻孔雷达仪控制中心模块(401)控制钻孔雷达仪WIFI通信模块(403)与防爆手机(7)进行通信、下发接收时间同步命令，并进行内部的时间同步；钻孔雷达仪控制中心模块(401)接收防爆手机(7)下发的参数设置并进行参数设置、接收防爆手机(7)数据传输命令以及向防爆手机(7)发送采集的所有数据。
3.如权利要求2所述的基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置，其特征在于，所述信号发射机(408)在钻孔雷达仪控制中心模块(401)的控制下根据接收到的信号发射命令，产生电磁波脉冲信号，通过发射天线发射到地层中；
信号接收机(409)在钻孔雷达仪控制中心模块(401)的控制下，接收接收天线接(407)收到的信号，并将信号传送至钻孔雷达仪控制中心模块(401)，由钻孔雷达仪控制中心模块(401)进行处理；
钻孔轨迹测量模块(405)测量仪器的倾角、方位，根据钻孔雷达仪控制中心模块(401)的控制命令，将测量的数据返回至钻孔雷达仪控制中心模块(401)，钻孔雷达仪控制中心模块(401)对数据进行处理，并将数据存储在钻孔雷达仪数据存储模块(402)中。
4.如权利要求2所述的基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置，其特征在于，钻孔雷达仪WIFI通信模块(403)为钻孔雷达仪控制中心模块(401)与防爆手机(7)连接提供了无线通信方式，钻孔雷达仪WIFI通信模块(403)与钻孔雷达仪控制中心模块(401)连接，钻孔雷达仪控制中心模块(401)为其供电，并且对其进行控制，钻孔雷达仪WIFI通信模块(403)提供WIFI信号的产生源，防爆手机(7)通过手机WIFI寻找该WIFI，建立连接之后二者实现无线通信。
5.如权利要求2所述的基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置，其特征在于，钻孔雷达仪数据存储模块(402)为钻孔雷达仪控制中心模块(401)提供外部存储单元，钻孔雷达仪控制中心模块(401)将测得的轨迹测量数据、雷达返回数据通过时间戳的方式存储在钻孔雷达仪数据存储模块(402)的数据存储单元中，钻孔雷达仪控制中心模块(401)在需要取出数据时再从中取出存储的数据。
6.如权利要求2所述的基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置，其特征在于，所述发射天线(406)和接收天线(407)均由两个圆锥铜管组成，两个圆锥铜管的锥行端之间连接一个馈电电阻组成发射天线(406)或接收天线(407)，两个圆锥铜管锥形端的距离小于5mm；
发射天线(406)与信号发射机(408)连接，接收信号发射机(408)发射的脉冲雷达信号，并将雷达信号发射到地层中；接收天线(407)与信号接收机(409)连接，接收雷达信号，并将信号传递给信号接收机(409)；发射天线(406)和接收天线(407)直接装在用于装配固定各部件的骨架(412)中；
发射天线(406)末端点与接收天线(407)前端点的距离大于15mm，发射天线(406)和接收天线(407)的整体长度范围为300mm～600mm，直径小于30mm；发射天线(406)和接收天线(407)中心频率为500MHz-1000MHz，带宽为400MHz-1200MHz；
非金属外管(413)材质为玻璃纤维材质，具有非金属特性，内径大于30mm，外径最小可达73mm，能应用于钻孔成孔的直径大于73mm钻孔中。
7.如权利要求1所述的基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置，其特征在于，所述孔深记录仪(6)包括孔深记录仪控制中心(601)、孔深记录仪数据存储模块(602)、孔深记录仪WIFI通信模块(603)、孔深记录仪电池(604)、光电编码器(605)、滚轮(606)、3分量应力传感器(607)、振动传感器(608)以及状态监测模块(609)。
8.如权利要求1所述的基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置，其特征在于，所述孔深记录仪控制中心(601)为孔深记录仪(6)的主控单元，孔深记录仪控制中心(601)接收光电编码器(605)传回的深度变化量、状态监测模块(609)返回的3分量应力传感器(607)测得的滚轮(606)上的三个方向上的应力和振动传感器(608)监测的振动幅度，然后将接收到的数据进行处理，再将数据存储至孔深记录仪数据存储模块(602)中；
所述孔深记录仪控制中心(601)通过孔深记录仪WIFI通信模块(603)与防爆手机(7)建立连接，接收防爆手机(7)下发的参数配置命令，并且根据防爆手机(7)的命令上传孔深记录仪数据存储模块(602)中存储的数据；
所述光电编码器(605)与滚轮(606)连接，滚轮(606)转动时，光电编码器(605)计数，滚轮(606)转动2mm光电编码器(605)记录一个脉冲，转动一圈为1024个脉冲；
所述状态监测模块(609)控制3分量应力传感器(607)和振动传感器(608)，3分量应力传感器(607)与振动传感器(608)均安装在滚轮(606)表面，3分量应力传感器(607)监测滚轮(606)上的X、Y、Z三个方向的受力情况，以用于判断钻杆是滑动前进或旋转前进，振动传感器(608)主要监测钻杆的振动情况，反应钻孔雷达仪(4)与钻杆(2)连接的整个***的振动状态；
所述孔深记录仪WIFI通信模块(603)为孔深记录仪(6)与防爆手机(7)的连接提供了无线通信方式，孔深记录仪WIFI通信模块(603)与孔深记录仪控制中心(601)连接，孔深记录仪控制中心(601)为其供电，并对其进行控制，孔深记录仪WIFI通信模块(603)为WIFI信号产生源，防爆手机(7)通过WIFI信号寻找该WIFI，建立连接之后二者实现无线通信；
所述孔深记录仪数据存储模块(602)为孔深记录仪控制中心(601)提供了外部存储单元，孔深记录仪控制中心(601)将深度信息、应力信息、振动信息以时间戳的方式存储在孔深记录仪数据存储模块(602)中，孔深记录仪控制中心(601)在需要取出存储的数据时从孔深记录仪数据存储模块(602)中取出数据。
9.如权利要求1所述的基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置，其特征在于，所述防爆手机(7)为手持终端，其上安装有基于钻机推送的钻孔雷达的数据采集控制APP，由操作人员在测量之前为钻孔雷达仪(4)和孔深记录仪(6)同步时间，为钻孔雷达仪下发仪器所需参数，在数据采集结束时获取钻孔雷达数据和孔深数据，并且根据钻孔雷达数据的时间戳和孔深数据的时间戳将二者匹配，建立以孔深变化的采集的钻孔雷达数据；并在该防爆手机的APP上，进行钻孔雷达的数据的整体展示、雷达单道数据展示、钻孔轨迹展示、整个测量过程中振动情况的展示、钻杆推送过程中钻杆的运动情况展示，并可将所有数据传递给电脑。
10.一种采用权利要求1至9任一权利要求所述的基于钻机推送的矿用钻孔雷达精细探测装置的探测方法，其特征在于，该探测方法包括以下步骤：
步骤1：将孔深记录仪安装在钻机上；
步骤2：将非金属钻杆与钻头连接后，再将钻孔雷达仪与非金属钻杆连接；
步骤3：打开钻孔雷达仪以及孔深记录仪上的电源控制开关，启动钻孔雷达仪与孔深记录仪；
步骤4：使用防爆手机分别与钻孔雷达仪、孔深记录仪进行WIFI连接，分别对其进行参数设置以及时间同步，下发钻孔雷达仪和孔深记录仪开始工作的命令；
步骤5：为钻孔雷达仪后端加上非金属钻杆，利用钻机往孔内推送钻孔雷达仪，后续重复加钻杆将钻孔雷达仪往孔内推送，钻孔雷达仪根据设置的参数自动进行测量，孔深记录仪也根据设定的参数自动进行测量；
步骤6：在钻机将钻孔雷达仪送至孔底后，再利用钻机将其提出至孔口；
步骤7：利用防爆手机与钻孔雷达仪建立WIFI连接，通过防爆手机上的APP下发取出钻孔雷达数据命令，将钻孔雷达仪数据存储模块中存储的钻孔雷达数据取出至防爆手机中，钻孔雷达数据取出完成后，防爆手机下发命令将钻孔雷达仪中钻孔雷达仪数据存储模块中的数据清除，为下一次的钻孔雷达测量腾出数据存储空间；
步骤8：防爆手机与孔深记录仪建立WIFI连接，通过防爆手机上的APP下发取出孔深数据命令将孔深记录仪数据存储模块中的存储的数据取出至防爆手机中，孔深数据取出完成后，防爆手机下发命令将孔深记录仪中孔深记录仪数据存储模块中的数据清除，为下一次钻孔深度的记录测量腾出数据存储空间；
步骤9：防爆手机上的APP对钻孔雷达数据、孔深记录的数据进行处理，首先是根据二者的时间对二者进行匹配，使得钻孔雷达的数据以时间戳记录的变为随着深度变化的，然后APP自动进行数据处理，计算钻孔轨迹，分析送钻孔雷达仪进孔测量过程中的钻杆的运动方式，测量过程的振动状态分析，根据振动条件将振动过大的数据进行处理，再对各数据进行成图显示，用户可以查看随着钻孔深度变化的钻孔雷达变密度图，用户可以根据需要选择其中的一个深度点的钻孔雷达单道曲线图，用户可以查看钻孔轨迹变化图，测量过程中的振动情况，测量过程中钻杆运动的方式；
步骤10：在煤矿井下现场，根据防爆手机上的APP显示的钻孔雷达二维的变密度图，了解钻孔周围5-10m范围内的地质特征，可以了解钻孔周围煤岩界面的位置，钻孔周围的有无含水体，钻孔周围有无缝洞，钻孔周围有无断层情况。
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