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矿用随钻动态方位伽马仪器的研制与应用

煤田地质与勘探 2022年第1期50卷 86-91页

作者：陈龙陈刚张冀冠中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077

顺煤层瓦斯抽采钻孔是目前最直接最有效的瓦斯治理方法,自然伽马作为含煤地层识别常用的判识依据,可以根据地层放射性判断钻孔轨迹是否在目标层中。但现有的矿用伽马测井仪器只能进行滑动钻进测量,不适用于复合钻进及旋转导向钻进,无法... 详细信息

顺煤层瓦斯抽采钻孔是目前最直接最有效的瓦斯治理方法,自然伽马作为含煤地层识别常用的判识依据,可以根据地层放射性判断钻孔轨迹是否在目标层中。但现有的矿用伽马测井仪器只能进行滑动钻进测量,不适用于复合钻进及旋转导向钻进,无法满足伽马动态连续测量的工况。针对以上问题,在分析了煤矿井下随钻测量工况特点和伽马测井原理的基础上,通过低压直流载波双向通信技术进行孔底多扇区方位伽马数据的实时传输;采用屏蔽开窗的结构设计,实现单伽马晶体的8扇区分区测量;基于三轴MEMS加速度传感器和三轴MEMS陀螺仪不同的频率特性,采用互补滤波的动态测量方法,克服了回转钻进过程中振动和旋转对工具面向角测量的影响。通过地面性能测试和井下的工业性试验,验证了仪器在不同放射性地层分界面能正确反映出地层放射性变化规律。试验结果表明,仪器可以满足复合回转定向钻进时的地质导向测量要求,为煤矿井下顺煤层定向钻进提供了技术保障。

关键词：方位伽马随钻测井地质导向互补滤波

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煤矿井下随钻测量数据声波传输系统

煤炭学报 2020年第7期45卷 2507-2512页

作者：高珺李泉新陈龙张冀冠李姗中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710054

煤矿井下坑道钻探是防治瓦斯和水突出最直接、最有效的技术手段,常规回转钻进工艺因为工艺简单、成孔速度快和设备要求低等优点成为煤矿坑道钻探的主流施工方式,但其钻进过程中不能进行钻孔轨迹随钻测量,给煤矿安全开采留下了安全隐患... 详细信息

煤矿井下坑道钻探是防治瓦斯和水突出最直接、最有效的技术手段,常规回转钻进工艺因为工艺简单、成孔速度快和设备要求低等优点成为煤矿坑道钻探的主流施工方式,但其钻进过程中不能进行钻孔轨迹随钻测量,给煤矿安全开采留下了安全隐患。针对常规回转钻进过程中无法随钻测量钻孔轨迹的关键问题,进行随钻测量数据声波传输的研究,弥补现有随钻测量数据传输方式应用于常规回转钻进的不适应性。首先,通过建立钻杆柱中声波传输数学模型、借助仿真分析软件和搭建声波传输特性试验平台,得到声波在不同钻杆柱结构中传播时幅值衰减和波形变化规律,为数据传输速率的确定提供理论依据;其次,通过建立稀土超磁致伸缩换能器输出特性数学模型和优化激励线圈和预压力系统参数,研制钻孔内声波信号发送装置,为声波传输系统提供大功率高精度信号源;然后,针对接收信号的波形识别问题,通过对识别的信号提取多维特征向量,构建支持向量机分类器,提出SVM多维特征向量提取的波形识别方法,解决煤矿复杂工况条件下声波信号的智能识别问题;最后,通过搭建的随钻测量数据传输平台验证系统在传输距离289.5 m和传输速率10 bit/s条件下的运行效果,证明各模块理论模型、设计方法和整体系统的科学性和有效性。

关键词：随钻测量数据声波传输特性常规回转钻进磁致伸缩换能器波形识别

煤层水平井中随钻电磁波仪器影响因素分析及电阻率模拟计算

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煤田地质与勘探 2022年第1期50卷 45-51页

作者：陈刚张冀冠李泉新刘志毅兰州大学核科学与技术学院甘肃兰州730000 中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077

为掌握煤层水平井中随钻电磁波仪器探测影响因素,通过有限元数值模拟研究顶底板围岩电阻率、仪器偏心、煤层井眼垮塌和煤层厚度等因素对电阻率测量值的影响,分析高阻煤岩地层条件下幅度比和相位差计算的电阻率响应规律。在此基础上,建... 详细信息

为掌握煤层水平井中随钻电磁波仪器探测影响因素,通过有限元数值模拟研究顶底板围岩电阻率、仪器偏心、煤层井眼垮塌和煤层厚度等因素对电阻率测量值的影响,分析高阻煤岩地层条件下幅度比和相位差计算的电阻率响应规律。在此基础上,建立三层地质数学模型,模拟不同发射频率情况下随钻电磁波仪器钻进煤层时,幅度比和相位差电阻率计算解析解和数值解的差异,以及煤层相对介电常数对幅度比和相位差计算的影响。模拟结果表明:幅度比和相位差计算的电阻率解析解和数值解符合度很高,但当电阻率大于100Ω·m时,幅度比电阻率已经不能反映煤层的真实电阻率,所以在实际处理解释过程中用相位差电阻率要好些;高阻煤层不同发射频率情况下,电阻率数据主要对煤层电阻率敏感,对介电常数不敏感,只有在超高频时,介电常数才会对电磁波传播造成较大影响。

关键词：随钻电磁波仪器有限元模拟电阻率计算煤层水平孔

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煤矿井下钻孔内涡轮发电机的设计

煤矿机械 2020年第5期41卷 28-30页

作者：陈龙张冀冠中煤科工集团西安研究院有限公司西安710077

针对煤矿井下孔内仪器续航能力差且现有的发电技术难以满足煤矿钻探安全性要求等技术问题,设计开发了一套煤矿井下涡轮发电机装置。流动的泥浆进入转子涡轮叶片流道,带动涡轮高速旋转,从而驱动发电机组件的转子旋转,产生交流电能;将交... 详细信息

针对煤矿井下孔内仪器续航能力差且现有的发电技术难以满足煤矿钻探安全性要求等技术问题,设计开发了一套煤矿井下涡轮发电机装置。流动的泥浆进入转子涡轮叶片流道,带动涡轮高速旋转,从而驱动发电机组件的转子旋转,产生交流电能;将交流电能转化为直流电后对充电电池组进行充电,电池组经过本安保护后提供电能给负载使用。经过搭建试验平台,对样机转速和水流驱动性能进行了测试,试验数据证明样机符合设计目标,能够满足煤矿井下钻孔内探测仪器的使用要求。

关键词：发电机涡轮矿用本安自供电

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矿用随钻涡轮发电装置设计

煤炭工程 2021年第9期53卷 178-181页

作者：张冀冠陈龙高珺中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077

针对煤矿井下随钻仪器续航时间短的问题,结合涡轮发电技术和井下钻孔内仪器的要求,研制了一种矿用随钻涡轮发电装置。发电装置防爆型式设计为隔爆兼本安型,电机驱动结构采用磁耦合连接方式,电路设计实现装置电池组充电自关断和自恢复、... 详细信息

针对煤矿井下随钻仪器续航时间短的问题,结合涡轮发电技术和井下钻孔内仪器的要求,研制了一种矿用随钻涡轮发电装置。发电装置防爆型式设计为隔爆兼本安型,电机驱动结构采用磁耦合连接方式,电路设计实现装置电池组充电自关断和自恢复、发电过程及电池信息实时监测、充放电双重保护等功能。通过搭建试验平台,对其发电能力和实际工况时的温升进行了试验模拟及验证。设计方法和试验结果表明,该装置符合矿用设备防爆要求和实际工况需要,能够作为井下随钻仪器的主供电系统。

关键词：随钻测量涡轮发电装置磁耦合实时监测导热

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煤矿井下随钻涡轮发电装置研制与试验

煤矿安全 2023年第7期54卷 243-247页

作者：陈超博李泉新张冀冠褚志伟煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077

针对孔口防爆计算机供电能力有限和可充电电池组供电需要提钻更换电池的问题,研制了一种煤矿井下随钻涡轮发电装置;在进行涡轮发电装置总体结构设计的基础上,优化设置涡轮和导轮叶片数量和螺旋角,配套开发了具备电池组件自行关断和恢复... 详细信息

针对孔口防爆计算机供电能力有限和可充电电池组供电需要提钻更换电池的问题,研制了一种煤矿井下随钻涡轮发电装置;在进行涡轮发电装置总体结构设计的基础上,优化设置涡轮和导轮叶片数量和螺旋角,配套开发了具备电池组件自行关断和恢复功能的主控电路。涡轮发电装置性能试验表明:冲洗液流量保持390 L/min时,涡轮发电装置的发电能力可达13 W;冲洗液流量保持200 L/min时,300 min充电过程中涡轮发电装置充电功率平稳,充电过程可靠;经过近3 h温升性能试验,涡轮发电装置温度稳定在41℃附近,满足煤矿井下安全规程的要求。

关键词：随钻测量孔口防爆计算机供电涡轮发电装置充电电池组主控电路长续航用电

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煤矿井下钻孔内可视探测装置研究

电子设计工程 2020年第21期28卷 98-102页

作者：张冀冠高珺中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077

针对目前煤矿井下钻探过程中钻孔内复杂情况给施工带来的不利影响,设计一种煤矿井下钻孔内复杂情况可视探测装置,由通缆钻杆、摄像钻头、监测显示设备和检测仪器等组成;通过通缆钻杆和摄像钻头将检测仪器送入孔内指定位置,采用通缆钻杆... 详细信息

针对目前煤矿井下钻探过程中钻孔内复杂情况给施工带来的不利影响,设计一种煤矿井下钻孔内复杂情况可视探测装置,由通缆钻杆、摄像钻头、监测显示设备和检测仪器等组成;通过通缆钻杆和摄像钻头将检测仪器送入孔内指定位置,采用通缆钻杆作为通信载体将检测数据上传,在孔口监测设备上可同时观测图像、自然伽马与钻头姿态等信息,提高现场技术人员对钻孔内复杂情况判断的准确度,为进一步钻孔施工事故处理或地质信息勘察等提供技术保障。

关键词：钻孔内复杂情况可视探测通缆钻杆摄像钻头自然伽马

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煤矿井下基于光纤陀螺的随钻测斜方法研究

电子测试 2016年第6期27卷 131-132页

作者：丛琳张冀冠中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077

对于煤矿井下一些特殊环境,如磁性矿区域或钻机附近等,磁性测斜仪无法通过感应地磁场而确定钻孔方位角,可采用光纤陀螺代替磁性传感器完成测斜工作。本文主要基于惯性导航初始对准原理,完成了光纤陀螺随钻测斜方法研究,并通过仿真验证... 详细信息

对于煤矿井下一些特殊环境,如磁性矿区域或钻机附近等,磁性测斜仪无法通过感应地磁场而确定钻孔方位角,可采用光纤陀螺代替磁性传感器完成测斜工作。本文主要基于惯性导航初始对准原理,完成了光纤陀螺随钻测斜方法研究,并通过仿真验证了该方法的正确性及有效性。

关键词：煤矿光纤陀螺测斜仪初始对准

煤矿井下电磁波无线随钻测量系统的设计与实现

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电子设计工程 2020年第13期28卷 133-136页

作者：连杰张冀冠中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077

为保证煤矿安全高效开采,我国每年累计施工数亿米长度的治理瓦斯钻孔工程。为提高钻孔施工效率及质量,保障煤矿安全高效开采,设计了一种煤矿井下电磁波无线随钻测量系统。该系统可随钻测量钻井姿态等参数,通过钻柱与接地线之间形成电势... 详细信息

为保证煤矿安全高效开采,我国每年累计施工数亿米长度的治理瓦斯钻孔工程。为提高钻孔施工效率及质量,保障煤矿安全高效开采,设计了一种煤矿井下电磁波无线随钻测量系统。该系统可随钻测量钻井姿态等参数,通过钻柱与接地线之间形成电势回路,将测得信号通过地层传输到钻机后被接收,实时显示钻孔内近钻头处的钻探参数,可应用于定向钻井施工。经现场工业性试验验证,该仪器使用电磁波传输信号时,信号最大传输距离为500 m,传输速率可达50 bit/s。

关键词：电磁波煤矿无线随钻测量