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4.随钻测量系统煤矿井下定向钻进技术培训系列1.工作原理2.硬件结构与组装3.软件功能与操作4.操作规程及故障判断一.工作原理煤矿井下MWD系统主要用在煤矿巷道内的定向水平钻孔，能够实时显示钻进轨迹数据，操作者可根据显示数据及时调整钻孔轨迹方向，从而达到定向钻进的目的。1.综述21.综述2.测斜和定向参考点（前一个测点）孔深（测量间隔）倾角方位角得到钻孔测点轨迹需要的四要素2.测斜和定向在定向钻进中我们需要知道马达弯头朝向MWD测量仪器的工具面向角仪器与马达高边保持一致工具面向角——马达弯头朝向3.孔底探管倾角由一个三轴加速度传感器进行测量加速度传感器三个轴正交重力加速度方向是其参考计算工具轴线与参考之间的夹角方位角由一个三轴磁传感器进行测量磁传感器三个轴正交地球的磁北是其参考计算工具轴线与参考之间的夹角3.孔底探管测量短节电气部分包括三轴加速度传感器、三轴磁传感器、数据采集与处理部分、微控制器电路、通讯电路、电源电路。数据采集与处理电路将加速度计信号，磁通门信号，温度传感器信号，电池电压信号经过A/D转换电路，传输给微控制器，微控制器根据当前的工作方式以规定的通讯协议通过中心通缆式钻杆传输给孔口单元。3.孔底探管探管采用孔口的防爆计算机供电，不使用充电电池，可连续工作。无需更换电池，减少因仪器拆装造成的损坏。4.防爆计算机孔口防爆计算机：具有孔口供电、逻辑运算、图像显示及远距离数据传输等功能。其内部电气元件包括：1、工控机2、电源3、本安隔离板4、通讯板二.硬件结构及组装1.结构特征孔底探管：1）测量短节的壳体和支架全部采用无磁铜加工，在没有磁干扰的前提下，保证在井下使用时至少能够承受12MPa的压力和冲刷。2）所有电气部分均用密封胶密封，在增加可靠性的同时还起到减震的作用。3）固定组件的设计充分保证了井下长时间使用时由于振动过大而造成的松扣现象。4）本安型仪器。1.结构特征防爆计算机：1）由隔爆外壳和内部电气原件组成。2）隔爆兼本安型设备，可适用于有甲烷、煤尘爆炸危险的环境。2.技术特点孔底探管：1）孔口供电：探管采用孔口的防爆计算机供电，可连续长时间地工作。2）测量精度高：加速度传感器采用高精度加速度传感器，具有线性度高、重复性好等特点，磁传感器采用新型的磁阻传感器，保证探管测量准确可靠。3）传送数据全面：传送全部数据时除了倾角、方位角、工具面数据时，还附带传送校验和、磁场强度、仪器温度、仪器电池电压。2.技术特点防爆计算机：1）系统软件：支持WindowsXP操作系统2）性能参数：CPU：处理能力不低于C/M1GHz处理器；SDRAM：内存大小不低于1GBbyte。3）供电电源：AC127V，电压波动范围：75%～115%2.技术特点型号说明探管：2.技术特点型号说明防爆计算机：2.技术特点技术指标：测量参数：项目测量范围允许误差限制条件倾角±90°±0.2°/方位角0～360°±1.5°倾角：±30°工具面向角0～360°±1.5°倾角：±30°2.技术特点技术指标：工作环境：2.技术特点技术指标：防爆计算机电源：项目指标电压交流127V频率50Hz电压波动范围100V～240V2.技术特点技术指标：防爆计算机接口：两路USB总线口①信号传输方式：半双工、USB2.0②信号最大传输距离：不大于2m③信号工作电压峰值：3V～10V一路信号转换接口①输出电压：DC13～14V②信号工作电流峰值≤30mA③传输距离传输距离≤1km3.结构组成项目指标探管外径35mm探管长度530mm探管质量小于3KG计算机尺寸411×348×112(mm)计算机质量38KG3.结构组成3.结构组成防爆计算机防爆计算机键盘数据存储器3.结构组成T型扳手六角螺栓固定套呆扳手螺纹胶扶正器4.组装操作安装扶正器和连接套先将扶正器套在测量短节上，再将连接套拧在测量短节上，最后使用两个呆扳手将连接套紧固。4.组装操作仪器测试将通讯螺钉拧在测量短节通讯端内孔的螺纹处，然后将防爆计算机的通讯线的正极与通讯螺钉连接，负极或地线与安装套连接，启动软件并进入测量状态，此时计算机屏幕显示探管测量数据，待数据显示稳定后，若数据满足下面的情况，则说明探管正常，可以下井使用。1）校验和在0.99～1.01之间。2）温度与当前室温相差不大。3）电压显示在10V~14V之间。4）倾角跳动不超过0.1°，方位跳动不超过0.5°。4.组装操作安装固定套在固定套的外螺纹上涂覆螺纹紧固胶，然后拧紧在无磁钻铤的内螺纹上。安装成功后，除非固定套有磨损，否则无需再卸开固定套。。4.组装操作装入无磁钻铤：1）将探管左侧进入无磁钻铤；2）推动探管，待安装套与固定套接触时，转动探管，使得固定套的凸键嵌入安装套的凹槽内，同时安装套上的螺纹孔与固定套的过孔正对；3）取两个六角头螺栓，在螺纹处涂覆螺纹紧固胶；4）一人在所示的左侧顶住探管，一人将六角头螺栓穿过固定套，拧在安装套上，并用T型套筒扳手拧紧。4.组装操作探管拆卸：若探管出现故障，需将探管从无磁钻铤中取出，操作步骤如下：用T型套筒扳手将六角头螺栓从安装套中卸下；按图所示，用手从图右侧推动探管通讯端，将探管从图左侧中推出无磁钻铤。三.随钻测量软件软件可与随钻测量探管进行通讯，实时读取定向钻井轨迹。可满足煤矿井下定向钻进的施工需要，通过预先设计钻井轨道、施工中实时监控钻井轨迹和调整钻进方向，确保钻井轨迹沿着设计轨道达到目标点。1.概述点击计算机桌面图标，启动应用软件，成功启动后屏幕显示如下图所示。在软件主菜单界面中，点击右上角的“×”键或通过菜单栏-文件菜单中的退出菜单，退出应用软件。1.概述1.概述软件在第一次启动时，会对系统进行初始化，初始化结果如下表所示：项目初始化结果说明串口号COM1与信号处理板/系统控制板/数据处理板连接的串口号，通常为“COM1”。孔深每次增长量6m相邻两次测量之间的孔深差。轨迹计算平均角法目前地质钻探常用的算法。曲线参数见图设定曲线的显示参数。连接探管YHD1-1000T（A）与计算机连接的探管类型。信号处理板HK25安装在计算机内的信号处理板类型。密码ccteg初始密码，可修改。显示曲线显示当前孔的顶板、底板、设计轨迹以及实钻轨迹，不显示相关孔的实钻轨迹/2.主界面主界面内容分布2.主界面标题栏显示软件名称、软件版本号以及连接的串口号。菜单栏具有文件、操作、显示和系统配置四个一级菜单，每个一级菜单又含有二级菜单。文件菜单主要用于建立钻孔建立、数据文件操作等；操作菜单用于工具面修正、钻进时工具面调整和数据测量；显示菜单用于调整图表区显示的轨迹内容；系统配置菜单用于对系统主要参数进行设置。工具栏显示功能键，其功能与菜单中的菜单键对应。将鼠标移动到工具栏上的功能键上，会显示提示。2.主界面状态栏显示钻孔主设计方位、当前打开的孔号、当前实钻的测量深度、最后一次测量的电池电压、研制单位和当前时间。数据表格区以数据表格的形式显示当前钻孔的所有数据，可以上下拖动和左右拖动，以查看所有数据。图表区左侧为图形操作按键，右侧为显示的当前钻孔轨迹。工具面表盘以表盘的形式显示工具面值，并显示出工具面修正值的数值及工具面最新测量值数据。3.系统配置系统配置在软件第一次启动后、进行数据采集前或查看图形时，需要对系统软件进行设置。点击系统【系统配置】出现如图所示界面。针对YHD2-1000(A)随钻测量系统，软件第一次启动后必须对探管类型和信号处理板类型进行重新设置；需要修改显示的图形曲线参数时对曲线参数设置；需要更改测量增量时候，对孔深每次增长值进行设置。3.系统配置设置串口号用于设置串口，单击【系统配置】/【设置串口号】，选择相应的串口，系统默认为串口1，不需要修改。3.系统配置设置曲线参数在主界面中，按下【Ctrl】键的同时，按下【Q】键，或者通过菜单，进入〖设置曲线参数〗界面。用于设置各曲线颜色、宽度和线型及网格参数。3.系统设置确定轨迹计算方法用于设置钻孔轨迹的计算方法，单击【系统配置】/【确定轨迹计算方法】，进行相应的配置，默认采用平均角法，不需要修改。3.系统设置确定探管类型用于设置使用的探管，单击【系统配置】/【确定探管类型】弹出如图所示界面，进行相应的配置，默认为“YHD1-1000T探管”，必须修改为“YHD2-1000T(A)”。3.系统设置确定信号处理板类型用于设置使用的信号处理板，单击【系统配置】/【确定信号处理板类型】弹出如图所示界面，进行相应的配置，默认为“HK25信号处理板”，必须修改为“HK25S系统控制板”。3.系统设置设置密码用于对系统的管理密码进行修改，单击【系统配置】/【输入密码】弹出如图所示界面，输入想修改的密码即可。设置数据采集间隔数据采集间隔为两个采集点之间的孔深。单击【文件】/【确定孔深每次增长值】或直接在工具栏点击【孔深增长】进入设置界面如图12。系统默认的数据采集间隔为6米，可以调整为大于3小于99的任意数值。4.新建钻场和钻孔新建钻场若已经建立了钻场，则此步骤可以跳过。单击菜单栏【文件】/【新建钻场】或工具栏【新建钻场】后出现一个对话框如图所示，进入新建钻场界面。首先光标焦点在钻场编号上，输入完成后，按【TAB】键进入钻场描述，再按【TAB】键光标移动【新建】键，按回车键可以完成新建。4.新建钻场和钻孔新建主孔单击菜单栏【文件】/【新建主孔】或工具栏【新建主孔】后出现一个对话框如图所示，进入新建主孔界面。首先在“已存在的钻场”中选择钻场；其次输入主孔编号（注意：不要与已存在的主孔编号相同），输入完成后孔号会更新；然后输入开孔参数和辅助参数等所有参数；最后按下【新建】键，完成主孔新建工作。4.新建钻场和钻孔新建分支孔分支孔的建立与施工可分为后退式和前进式两种方式，为保证施工轨迹最长钻孔为主孔，其软件操作方法不同。但两种方法为推荐使用方法，当前进式开分支钻进分支孔数量不多时，也可按照后退式开分支方法进行分支孔操作。4.新建钻场和钻孔后退式开分支单击菜单栏【文件】/【新建分支孔】或工具栏【新建分支孔】后出现一个对话框如图所示，进入新建分支孔界面。首先在“已存在的钻场”中选择分支孔所在的钻场；其次在“此钻场下的所有主孔”下拉框中选择父孔所在的分支孔编号；再次在“此钻孔下的所有分支孔（含主孔）”下拉框选择分支孔的父孔；然后确定分支点：在父孔数据中点击对应孔深的行，则“分支孔数据”框中显示分支点数据；再输入分支孔编号，注意不要与以前孔重名；最后按下【新建】键，完成新建分支孔，分支孔孔号为父孔号+分支孔编号。4.新建钻场和钻孔4.新建钻场和钻孔前进式开分支当采用前进式方式定向钻孔，探顶后后退一定距离开分支继续钻进主孔时，单击菜单栏【文件】/【拆分当前孔的实钻轨迹】后出现如图所示对话框，进入拆分当前孔的实钻轨迹界面。在当前孔的实钻数据中选择拆分点（拆分点为欲进行开分支操作的孔深），选择好后，拆分点的数据会在数字区显示，且拆分点及其以后数据转移到右侧分支孔表格区域内，当前孔只有拆分点及其以前数据，输入拆分后的分支孔编号后，选择【确定】即完成钻孔拆分工作，钻孔将回到当前孔欲进行开分支操作的孔深位置，进行开分支操作后，继续钻进的数据将保存在当前钻孔内。4.新建钻场和钻孔4.新建钻场和钻孔输入设计轨迹当新建主孔或分支孔成功后，会弹出如图所示对话框，用于输入设计轨迹参数，也可通过点击菜单栏【文件】/【修改设计轨迹】或直接在工具栏点击【修改设计】打开该显示界面对设计轨迹进行修改。界面的标题栏中显示孔号。设计轨迹参数包括孔深、设计倾角、设计方位、顶板相对标高和底板相对标高。输入设计轨迹有两种方式，一是人工编辑，二是EXCEL编辑。4.新建钻场和钻孔4.新建钻场和钻孔人工编辑：点击【增加一行】，弹出如图所示对话框，用于在末尾增加一行（孔深为上一行的孔深+单步增量，其他数据同上一行）。输入相应的设计参数按确定即可。点击【增加多行】，弹出如图所示对话框，用于在末尾插入多行，输入孔深起点和终点以及起点数据，可生成多行数据。按照