CN210109346U - 一种用于水平分支孔内定向数据采集的电磁勘探设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于水平分支孔内定向数据采集的电磁勘探设备，包括控制器、信号转换器、定向数据采集器和自适应机器人，所述控制器、信号转换器和数据采集器通过信号线依次连接，所述数据采集器通过复合线缆与所述自适应机器人相连接；所述自适应机器人能够根据所述控制器的指令在所述水平分支孔内自动行走，所述自适应机器人内装设有定向接收和定向发射装置，用于在所述水平分支孔内进行数据采集并传输至所述数据采集器。本实用新型的电磁勘探设备利用自适应机器人能够在水平分支孔内部自动行走，将接收和发射装置携带进寻常勘探方式无法达到的位置，便于水平孔内定向数据采集，扩大了煤层底板水平分支井井下探测的范围，提高探测精度。

Description

一种用于水平分支孔内定向数据采集的电磁勘探设备

技术领域

本实用新型涉及地球物理勘探领域，尤其涉及一种用于水平分支孔内定向数据采集的电磁勘探设备。

背景技术

煤田受岩溶水威胁十分严重，解放受岩溶水威胁煤炭资源，实现绿色安全开采，需要对煤层底板进行精细探测和综合治理，目前，水平分支孔技术已广泛应用于该领域，但水平孔只是线状揭露地层和构造特征，不能查明底板构造，综合治理具一定的盲目性。

实用新型内容

与现有技术相比，本实用新型提供了一种用于水平分支孔内定向数据采集的电磁勘探设备，以解决现有技术问题中的至少一种技术问题。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于水平分支孔内定向数据采集的电磁勘探设备，所述电磁勘探设备包括控制器、信号转换器、定向数据采集器和自适应机器人，所述控制器、信号转换器和数据采集器通过信号线依次连接，所述数据采集器通过复合线缆与所述自适应机器人相连接；

所述自适应机器人能够根据所述控制器的指令在所述水平分支孔内自动行走，所述自适应机器人内装设有定向接收和定向发射装置，用于在所述水平分支孔内进行数据采集并传输至所述数据采集器。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进：

优选的，所述自适应机器人包括运动装置、端部清理装置和自适应装置，所述运动装置用于驱动端部清理装置在水平井内运动，所述定向接收和定向发射装置装设于所述运动装置上，两个所述端部清理装置分别装设于运动装置的两个端部，用于在运动装置移动过程中执行清理动作，所述自适应装置装设于运动装置的顶部，且位于所述运动装置外的部分与水平井内壁接触，用于适应水平井内壁轮廓。

优选的，所述运动装置包括运动主体、驱动电机、变速连接装置和主动轮，所述驱动电机和变速连接装置均装设于运动主体内，所述定向接收和定向发射装置装设于所述运动主体的两侧，所述变速连接装置的输入端与驱动电机的输出端连接，所述变速连接装置的输出端与主动轮连接，所述主动轮位于运动主体外，且沿水平井内壁转动。

优选的，所述定向接收和定向发射装置包括馈源组件和抛物面反射器，所述馈源组件装设于所述运动主体上，且位于所述抛物面反射器的焦点处，所述抛物面反射器与所述运动主体接触的背面涂有绝缘层。

优选的，所述接收定向和定向发射装置的个数为两个，对称装设于所述运动主体的两侧。

优选的，所述自适应装置包括缓冲件、摆动件和被动轮，所述缓冲件装设于所述运动主体内，一端与所述运动主体内壁连接，另一端与所述摆动件的一端连接，所述摆动件的另一端位于所述运动主体外，且与所述被动轮连接，所述被动轮沿水平井内壁转动。

优选的，所述端部清理装置包括支撑架、清理电机和执行机构，所述支撑架通过万向传动装置与运动装置的端部连接，所述清理电机设置于支撑架内，所述执行机构设置于支撑架远离运动装置的一侧，且与所述清理电机的输出端连接。

优选的，所述复合线缆包括电缆芯、两组信号线、三组电源线和外覆层，所述外覆层将电缆芯、两组信号线及三组电源线包覆在内。

优选的，所述数据采集器为电磁波***。

优选的，所述自适应机器人的尺寸与水平分支孔的孔径相匹配。

综上所述，本实用新型的有益效果是：本实用新型利用自适应机器人能够在水平分支孔内部自动行走，将定向接收和定向发射装置携带进寻常勘探方式无法达到的位置，便于水平孔内数据采集，扩大了井下探测的范围；利用本实用新型的电磁勘探设备，可探测小构造(小断层、裂隙、岩溶裂隙等)、煤层底板治理注浆效果检测等，有效优化指导和提高煤层底板的注浆治理工程及治理效果，保障深部煤炭资源安全开采。

附图说明

图1为本实用新型所述电磁勘探设备的结构示意图；

图2为本实用新型所述自适应机器人的结构示意图；

图3为本实用新型所述运动装置的结构示意图；

图4为本实用新型所述第一端部清理装置的结构示意图；

图5为本实用新型所述第二端部清理装置的结构示意图；

图6为本实用新型所述复合线缆的截面示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

100、控制器；200、信号转换器；300、定向数据采集器；310、复合线缆；311、电缆芯；312、信号线；313、电源线；314、外覆层；400、自适应机器人；410、运动装置；411、运动主体、412、驱动电机；413、变速连接装置；414、主动轮；420、端部清理装置；421、支撑架；422、清理电机；423、执行机构；4231、清理叶轮；4232、叶片；430、自适应装置；431、缓冲件；432、摆动件；433、被动轮；440、万向传动装置；500、定向接收和定向发射装置；510、馈源组件；520、抛物面反射器；521、绝缘层。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1所示，本实用新型涉及一种用于水平分支孔内定向数据采集的电磁勘探设备，包括适用于水平分支孔电磁法的控制器100、信号转换器200、定向数据采集器300、定向接收和定向发射装置500和自适应机器人400，控制器100、信号转换器200和数据采集器300通过导线依次连接，所述数据采集器300通过复合线缆310与所述自适应机器人400相连接；所述自适应机器人400能够根据所述控制器100的指令在所述水平分支孔内自动行走，所述自适应机器人400内装设有定向接收和定向发射装置500，用于在所述水平分支孔内进行数据采集并传输至所述数据采集器300。利用本实用新型的电磁勘探设备，可探测小构造(小断层、裂隙、岩溶裂隙等)、区域治理注浆效果检测等，有效优化指导和提高煤层底板的注浆治理工程及治理效果，保障深部煤炭资源安全开采。

本实用新型利用自适应机器人400能够在水平分支孔内部自动行走，将接收和发射装置500携带进寻常勘探方式无法达到的位置，便于水平孔内数据采集，扩大了井下探测的范围；结合定向数据采集器300和信号转换器200，使电磁勘探设备的信号发射与接收实现点对点传输，提高了电磁勘探设备对煤层底板构造、富水性进行精细探测的探测精度，为煤矿生产提供了安全保障；通过自动清理障碍、精确定位的自适应机器人400携带定向接收和东西发射装置500，使水平分支孔进行小构造探测(包括小断层、裂隙、岩溶裂隙等)成为可能，为煤层底板综合探测治理提供可行性技术方案，可对注浆效果进行检测提供了可靠的手段，此外，本实用新型的电磁勘探设备实现了机、电、仪一体化***，工作简捷、方便、可靠。

在一些实施例中，控制器100200为笔记本电脑，便于携带和现场操作；控制器100、信号转换器200和定向数据采集器300通过导线依次连接，定向数据采集器300通过复合线缆310与自适应机器人400连接，用于控制自适应机器人400。自适应机器人400能够在水平分支孔内部自动行走，将定向接收和定向发射装置500携带进寻常勘探方式无法达到的位置，便于水平孔内数据采集，扩大了井下探测的范围。

如图2所示，本实用新型所述的自适应机器人400包括运动装置410、端部清理装置420和自适应装置430，所述运动装置410用于驱动端部清理装置在水平井内运动，所述定向接收和定向发射装置500装设于所述运动装置410上，两个所述端部清理装置420分别装设于运动装置410的两个端部，用于在运动装置410移动过程中执行清理动作，所述自适应装置430装设于运动装置410的顶部，且位于所述运动装置410外的部分与水平井内壁接触，用于适应水平井内壁轮廓。

具体的，如图2-4所示，本实用新型的所述端部清理装置420分为第一端部清理装置和第二端部清理装置。所述第一端部清理装置通过万向传动装置440与运动装置410的前端连接，第二端部清理装置通过万向传动装置440与运动装置410的后端连接。所述第一端部清理装置包括支撑架421、清理电机422和执行机构423，所述支撑架421通过万向传动装置440与运动装置410的前端连接，所述清理电机422设置于支撑架421内，所述执行机构423设置于支撑架421远离运动装置410的一侧，且与所述清理电机422的输出端连接。所述执行机构423包括清理叶轮4231和叶片4232，清理叶轮4231通过传动轴与清理电机422连接，清理叶轮4231为金属半圆或半椭圆旋转面，叶片4232焊接在清理叶轮外侧，叶片4232为2-6个，在清理电机422转动时，多个叶片4232在支撑架421端部形成钢质椭圆旋转面。叶片4232外边缘焊接硬质合金，当然，清理叶轮4231和叶片4232也可为铸件。所述第二端部清理装置在第一端部清理装置的基础上增加设置了电缆管424，电缆管424为金属圆管，焊接或螺丝固定在支撑架421上，与叶片4232保持一定距离。

进一步的，万向传动装置440是用来在工作过程中相对位置不断改变的两根轴间传递动力的装置。其作用是连接不在同一直线上的运动装置410和端部清理装置420，并保证在二者之间的夹角和距离经常变化的情况下，仍能可靠地传递动力。它主要由万向节、传动轴和中间支承组成。安装时必须使传动轴两端的万向节处于同一平面。在本实用新型的一些实施例中，所述万向传动装置2选用十字万向联轴器。

如图1、2和5所示，所述运动装置410包括运动主体411、驱动电机412、变速连接装置413和主动轮414，所述驱动电机412和变速连接装置413均装设于运动主体411内，所述定向接收和定向发射装置500装设于所述运动主体411的两侧，所述变速连接装置413的输入端与驱动电机412的输出端连接，所述变速连接装置413的输出端与主动轮414连接，所述主动轮414位于运动主体411外，且沿水平井内壁转动。

具体的，变速连接装置413和驱动电机412分别固定安装在运动主体411内。所述变速连接装置413的个数为2个，与每个变速连接装置413连接的主动轮414的个数为2个。即，运动主体411的两侧均安装有一对主动轮414。可选的，在本实用新型的一些实施例当中，所述运动主体411选用圆筒，并在加装方形骨架。例如，圆筒为直径50-150mm、长300-1200mm的钢制圆筒，方形骨架为100*100mm的骨架。变速连接装置413为变速连接桥装置或变速连接器，优选为变速连接桥装置。驱动电机选用行星减速器。

进一步的，所述自适应装置430包括缓冲件431、摆动件432和被动轮433，所述缓冲件431装设于所述运动主体411内，一端与所述运动主体411内壁连接，另一端与所述摆动件432的一端连接，所述摆动件432的另一端位于所述运动主体411外，且与所述被动轮433连接，所述被动轮433沿水平井内壁转动。

具体的，摆动件432通过旋转轴与运动主体411活动连接，所述缓冲件431为弹簧或橡胶件。所述缓冲件431的一端通过固定座设置于运动主体411内。被动轮433通过密封轴承与摆动件432一端连接；摆动件432中间通过密封轴承和旋转轴相连接，摆动件432能以旋转轴为中心自由转动；缓冲件431的两端分别焊接或通过螺栓等紧固件固定在摆动件432另一端和固定座上。缓冲件431能保持被动轮433与水平井内壁接触。可选的，摆动件432为连接杆，例如钢制横杆。

如图6所示，本实用新型所述的定向接收和定向发射装置500包括馈源组件510和抛物面反射器520，所述馈源组件510装设于所述运动主体411上，且位于所述抛物面反射器520的焦点处，所述抛物面反射器520远离所述馈源组件510的抛物面上涂有绝缘层521。优选的，所述定向接收和定向发射装置500的个数为两个，对称装设于所述运动主体411的两侧。

定向接收和定向发射装置500为抛物面天线，由馈源组件510发出的球面电磁波经抛物面反射器520反射后，形成方向性很强的平面波束向空间辐射。接收天线由抛物面反射器520将垂直信号反射收集到馈源组件510。绝缘层521涂抹在抛物面反射器的背面，可有效消除屏蔽。

在至少一个实施例中，复合线缆310包括电缆芯311、两组信号线312、三组电源线313和外覆层314，外覆层314将电缆芯311、两组信号线312及三电源线313包覆在内。上述线路的具体连接过程，未在图中标出。电缆芯311为多股钢丝绳(股数为1-100)。

本实用新型目的在于利用自适应机器人400能够在水平分支孔内部自动行走，将定向接收和定向发射装置500携带进寻常勘探方式无法达到的位置，便于水平孔内数据采集，扩大了井下探测的范围；结合数据采集器300和信号转换器200，使电磁勘探设备的信号发射与接收实现点对点传输，提高了电磁勘探设备对煤层底板构造、富水性进行精细探测的探测精度，为煤矿生产提供了安全保障；通过自动清理障碍、精确定位的自适应机器人400携带定向接收和定向发射装置500，使水平分支孔进行小构造探测(包括小断层、裂隙、岩溶裂隙等)成为可能，为煤层底板综合探测治理提供可行性技术方案，可对注浆效果进行检测提供了可靠的手段，此外，本实用新型的电磁勘探设备实现了机、电、仪一体化***，工作简捷、方便、可靠。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于水平分支孔内定向数据采集的电磁勘探设备，其特征在于，所述电磁勘探设备包括控制器、信号转换器、定向数据采集器和自适应机器人，所述控制器、信号转换器和定向数据采集器依次连接，所述数据采集器通过复合线缆与所述自适应机器人相连接；

所述自适应机器人能够根据所述控制器的指令在所述水平分支孔内自动行走，所述自适应机器人内装设有定向接收和定向发射装置，用于在所述水平分支孔内进行数据采集并传输至所述数据采集器。

2.根据权利要求1所述的电磁勘探设备，其特征在于，所述自适应机器人包括运动装置、端部清理装置和自适应装置，所述运动装置用于驱动端部清理装置在水平井内运动，所述定向接收和定向发射装置装设于所述运动装置上，两个所述端部清理装置分别装设于运动装置的两个端部，用于在运动装置移动过程中执行清理动作，所述自适应装置装设于运动装置的顶部，且位于所述运动装置外的部分与水平井内壁接触，用于适应水平井内壁轮廓。

3.根据权利要求2所述的电磁勘探设备，其特征在于，所述运动装置包括运动主体、驱动电机、变速连接装置和主动轮，所述驱动电机和变速连接装置均装设于运动主体内，所述定向接收和定向发射装置装设于所述运动主体的两侧，所述变速连接装置的输入端与驱动电机的输出端连接，所述变速连接装置的输出端与主动轮连接，所述主动轮位于运动主体外，且沿水平井内壁转动。

4.根据权利要求3所述的电磁勘探设备，其特征在于，所述定向接收和定向发射装置包括馈源组件和抛物面反射器，所述馈源组件装设于所述运动主体上，且位于所述抛物面反射器的焦点处，所述抛物面反射器与所述运动主体接触的背面涂有绝缘层。

5.根据权利要求4所述的电磁勘探设备，其特征在于，所述定向接收和定向发射装置的个数为两个，对称装设于所述运动主体的两侧。

6.根据权利要求3所述的电磁勘探设备，其特征在于，所述自适应装置包括缓冲件、摆动件和被动轮，所述缓冲件装设于所述运动主体内，一端与所述运动主体内壁连接，另一端与所述摆动件的一端连接，所述摆动件的另一端位于所述运动主体外，且与所述被动轮连接，所述被动轮沿水平井内壁转动。

7.根据权利要求2所述的电磁勘探设备，其特征在于，所述端部清理装置包括支撑架、清理电机和执行机构，所述支撑架通过万向传动装置与运动装置的端部连接，所述清理电机设置于支撑架内，所述执行机构设置于支撑架远离运动装置的一侧，且与所述清理电机的输出端连接。

8.根据权利要求1所述的电磁勘探设备，其特征在于，所述复合线缆包括电缆芯、两组信号线、三组电源线和外覆层，所述外覆层将电缆芯、两组信号线及三组电源线包覆在内。

9.根据权利要求1所述的电磁勘探设备，其特征在于，所述定向数据采集器为电磁波***。

10.根据权利要求1所述的电磁勘探设备，其特征在于，所述自适应机器人的尺寸与水平分支孔的孔径相匹配。

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