专利名称：煤矿用钻孔角度测量系统及方法
技术领域：
本发明涉及矿井测量技术，尤其涉及一种煤矿用钻孔角度测量系统及方法。
背景技术：
目前煤矿井下的瓦斯治理已成为煤矿瓦斯灾害预防中的一个重要课题，瓦斯治理最有效的手段是瓦斯抽放，瓦斯抽放通常是通过在矿井的巷道中打钻实现的，由于钻孔的开孔精度直接影响钻孔的成孔质量，直接影响瓦斯治理的效果。现有技术中，矿井打钻角度测量都采用平移巷道中线法，在通过平移巷道中线法进行打钻角度测量之前，需要悬挂至少两条垂线，需要4个技术人员配合操作实现巷道中线的平移，操作时间长。而且，矿井中的环境对角度测量也有很大的影响，特别是风会吹动悬挂的线绳以及人为因素，造成了很大的测量误差，最终造成实际施工的瓦斯抽放钻孔与 设计相差大，给煤矿瓦斯治理带来隐患。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供一种煤矿用钻孔角度测量系统及方法，以提高煤矿用钻孔角度测量的准确性，提高了钻孔施工质量，提高瓦斯治理效果。本发明提供一种煤矿用钻孔角度测量系统，包括用于产生相互垂直的第一激光平面和第二激光平面的激光基准线发射装置，所述第一激光平面与巷道内壁的交线和巷道中线重合，所述第二激光平面与待测量的钻杆相交；用于根据所述第二激光平面对所述钻杆的角度进行测量的数字角度测量仪，所述数字角度测量仪设置在所述钻杆上与所述第二激光平面的相交处。如上所述的煤矿用钻孔角度测量系统，所述激光基准线发射装置包括用于产生相互垂直的所述第一激光平面和所述第二激光平面的激光发射器；用于进行水平检测的第一水平检测器。如上所述的煤矿用钻孔角度测量系统，所述数字角度测量仪包括用于进行水平检测的第二水平检测器；用于在所述第二水平检测到水平时，测量所述钻杆的倾角的倾角测量器；用于第二水平检测到水平时，根据检测到的所述第二激光平面的位置，测量所述钻杆的方位角的方位角测量器；用于显示所述倾角和方位角的显示器，所述显示器分别与所述倾角测量器和所述方位角测量器相连。如上所述的煤矿用钻孔角度测量系统，其中，所述数字角度测量仪还包括用于发送红外控制信号的红外发射器；所述激光基准线发射装置还包括
用于接收所述红外控制信号的红外接收器；用于根据所述红外控制信号控制所述激光发射器产生所述第一激光平面和所述第二激光平面的控制器，所述控制器分别与所述红外接收器和所述激光发射器相连。如上所述的煤矿用钻孔角度测量系统，所述激光基准线发射装置还包括用于为所述激光发射器、所述红外接收器和所述控制器提供工作电源的第一电源模块，所述第一电源模块分别与所述激光发射器、所述红外接收器和所述控制器相连。如上所述的煤矿用钻孔角度测量系统，所述数字角度测量仪还包括用于为所述倾角测量器、所述方位角测量器、所述显示器和所述红外发射器提供工作电源的第二电源模块，所述第二电源模块分别与所述倾角测量器、所述方位角测量器、所述显示器和所述红外发射器相连。如上所述的煤矿用钻孔角度测量系统，还包括第一支架，设置在巷道锚杆上；·万向夹转盘，设置在所述第一支架上；第二支架，设置在所述万向夹转盘上；万向支架，设置在所述第二支架上，所述激光基准线发射装置设置在所述万向支架上。本发明提供一种煤矿用钻孔角度测量方法，包括激光基准线发射装置产生相互垂直的第一激光平面和第二激光平面，其中，所述第一激光平面与巷道内壁的交线和巷道中线重合，所述第二激光平面与待测量的钻杆相交；数字角度测量仪根据所述第二激光平面对所述钻杆的角度进行测量。如上所述的煤矿用钻孔角度测量方法，所述数字角度测量仪根据所述第二激光平面对所述钻杆的角度进行测量，包括所述数字角度测量仪进行水平检测，检测到一水平面；所述数字角度测量仪根据所述水平面对所述钻杆的倾角进行测量；所述数字角度测量仪根据所述第二激光平面和所述水平面对所述钻杆的方位角进行测量。由上述技术方案可知，本发明实施例提供的煤矿用钻孔角度测量系统及方法，通过激光基准线发射装置的设置，可以产生相互垂直的第一激光平面和第二激光平面，通过将第一激光平面与巷道内壁的交线与巷道中线重合，使得第二激光平面具有精确基准，避免了通过悬挂线绳作为测量基准时受到人为或环境影响造成的测量误差较大的缺陷。数字角度测量仪设置在该第二激光平面与钻杆的相交处，通过该第二激光平面可以对钻杆的角度进行测量，进一步提高了测量的准确性，而且通过本实施例提供的煤矿用钻孔角度测量系统进行钻孔角度测量的作业过程简单，易于实现。本实施例提供的煤矿用钻孔角度测量系统，能够高效快捷地给定高精度的瓦斯抽采钻孔角度参数，确保钻孔的成孔质量，有效地提高了瓦斯治理效果。
图I为本发明实施例提供的煤矿用钻孔角度测量系统结构示意图2为本发明实施例提供的激光基准线发射装置安装结构示意图；图3为本发明实施例提供的激光基准线发射装置结构示意图；图4为本发明实施例提供的数字角度测量仪结构示意图；图5为本发明实施例提供的 煤矿用钻孔角度测量方法流程图。
具体实施例方式图I为本发明实施例提供的煤矿用钻孔角度测量系统结构示意图。如图I所示，本实施例提供的煤矿用钻孔角度测量系统100具体可以应用于煤矿井下钻孔角度的测量过程。本实施例提供的煤矿用钻孔角度测量系统100具体包括用于产生相互垂直的第一激光平面和第二激光平面的激光基准线发射装置81和用于根据第二激光平面对钻杆的角度进行测量的数字角度测量仪82。第一激光平面与巷道内壁的交线和巷道中线重合，第二激光平面与待测量的钻杆相交；数字角度测量仪82设置在钻杆上与第二激光平面的相交处。具体地，通过测量钻杆的角度即可确定钻孔的角度。激光基准线发射装置81可以产生相互垂直的第一激光平面和第二激光平面，在实际应用过程中，可以通过专用支架将激光基准线发射装置81设置在巷道中，调整激光基准线发射装置81的安装角度，以使得第一激光平面与巷道内壁的交线与巷道中线重合，第二激光平面与待测量的钻杆相交，第二激光平面作为钻杆角度测量的基准。第二激光平面与钻杆相交处设置有数字角度测量仪82，数字角度测量仪82可以感测第二激光平面，并根据第二激光平面的位置测量钻杆的角度。本实施例提供的煤矿用钻孔角度测量系统100，通过激光基准线发射装置81的设置，可以产生相互垂直的第一激光平面和第二激光平面，通过将第一激光平面与巷道内壁的交线与巷道中线重合，使得第二激光平面具有精确基准，避免了通过悬挂线绳作为测量基准时受到人为或环境影响造成的测量误差较大的缺陷。数字角度测量仪82设置在该第二激光平面与钻杆的相交处，通过该第二激光平面可以对钻杆的角度进行测量，进一步提高了测量的准确性，而且通过本实施例提供的煤矿用钻孔角度测量系统进行煤矿用钻孔角度测量的作业过程简单，易于实现。本实施例提供的煤矿用钻孔角度测量系统，能够高效快捷地给定高精度的瓦斯抽采钻孔角度参数，确保钻孔的成孔质量，有效地提高了瓦斯治理效果。图2为本发明实施例提供的激光基准线发射装置安装结构示意图。如图2所示，在本实施例中，该煤矿用钻孔角度测量系统具体还可以包括第一支架11、万向夹转盘12、第二支架13和万向支架14。第一支架11设置在巷道锚杆上；万向夹转盘12设置在第一支架11上；第二支架13设置在万向夹转盘12上；万向支架14设置在第二支架13上，激光基准线发射装置81设置在万向支架14上。具体地，在实际作业中，第一支架11可以设置在靠近巷道中线的顶板锚杆上，万向夹转盘12设置在第一支架11上，万向支架14通过第二支架13设置在万向夹转盘12上，激光基准线发射装置81设置在万向支架14上。通过调整该万向夹转盘12可以将激光基准线发射装置81调整到合适的高度，通过调整万向支架14，可以将激光基准线发射装置81调整到合适的发射角度，以使的发射的第一激光平面对准巷道中线。第一支架11和第二支架13具体可以为长约O. 5米的4分钢管。通过第一支架11、万向夹转盘12、第二支架13和万向支架14的设置，可以方便地将激光基准线发射装置81设置在巷道中，而且可以根据安装需要自由地调整激光基准线发射装置81的高度和发射角度，大大简化了操作流程。图3为本发明实施例提供的激光基准线发射装置结构示意图。如图3所示，在本实施例中，该激光基准线发射装置81具体可以包括用于产生相互垂直的第一激光平面和第二激光平面的激光发射器21和用于进行水平检测的第一水平检测器22。具体地，第一水平检测器22可以通过水平珠实现，第一水平检测器22具体用于水平检测，通过水平检测结果可以将激光基准线发射装置81的发射角度进行调整，以使得发射的第二激光平面垂直于水平面。通过水平检测可以提高测量基准的准确性。在本实施例中，若该激光基准线发射装置81具有红外遥控功能，则该激光基准线发射装置81还可以包括用于接收红外控制信号的红外接收器23和用于根据红外控制信号控制激光发射器21产生第一激光平面和第二激光平面的控制器24，控制器24分 别与红外接收器23和激光发射器21相连。具体地，红外控制信号可以是由数字角度测量仪82发出的，也可以由其他遥控装置发出。该红外控制信号具体用以指示激光基准线发射装置81开始激光发射的工作，激光基准线发射装置81的控制器24接收到该红外控制信号后触发激光发射器21工作，激光发射器21产生第一激光平面和第二激光平面。控制器24还可以接收用于指示停止激光发射工作的红外控制信号。在本实施例中，该激光基准线发射装置81还可以包括用于为激光发射器21、红外接收器23和控制器24提供工作电源的第一电源模块25,第一电源模块25分别与激光发射器21、红外接收器23和控制器24相连。第一电源模块25具体可以包括电池组和过流保护器，通过过流保护器的设置可以实现对激光发射器21、红外接收器23和控制器24的过流保护，提高电路的可靠性。图4为本发明实施例提供的数字角度测量仪结构示意图。如图4所示，在本实施例中，该数字角度测量仪82具体可以包括用于进行水平检测的第二水平检测器31、用于在第二水平检测到水平时，测量钻杆的倾角的倾角测量器32，用于第二水平检测到水平时，根据检测到的第二激光平面的位置，测量钻杆的方位角的方位角测量器33和用于显示倾角和方位角的显示器34，显示器34分别与倾角测量器32和方位角测量器33相连。具体地，第二水平检测器31可以通过水平珠实现，可以检测数字角度测量仪82是否水平，当数字角度测量仪82水平时，倾角测量器32可以根据该水平位置测量钻杆的倾角，钻杆的倾角具体用以指示钻杆与水平平面的夹角，方位角测量器33可以根据该水平位置以及检测到的第二激光平面的位置测量钻杆的方位角，该方位角具体为第二激光平面在水平面的投影与钻杆在水平面的投影的夹角。显示器34将测量到的钻杆的倾角和方位角实时显示给用户，以便用户根据测量到的数值调整钻杆的角度，以将钻杆调整到与设计角度相符，钻杆调整完毕后，通过该钻杆实际打出的钻孔与设计钻孔相符。在实际实现过程中，倾角测量器32中可以设置有高精度重力传感器，通过该高精度重力传感器可以实现对倾角的测量。方位角测量器33中设置有测量动臂和高精度角度传感器，在方位角的测量过程中，可以首先将测量动臂上的标志线与第二激光平面与钻杆的交线对准，高精度角度传感器再对方位角进行测量计算。在本实施例中，数字角度测量仪82还可以作为激光基准线发射装置81的遥控装置，则数字角度测量仪82还可以包括用于发送红外控制信号的红外发射器35。在本实施例中，该数字角度测量仪82还可以包括用于为倾角测量器32、方位角测量器33、显示器34和红外发射器35提供工作电源的第二电源模块36，第二电源模块36分别与倾角测量器32、方位角测量器33、显示器34和红外发射器35相连。第二电源模块36具体可以包括电池组和过流保护器，通过过流保护器的设置可以实现对倾角测量器32、方位角测量器33、显示器34和红外发射器35的过流保护，提高电路的可靠性。图5为本发明实施例提供的煤矿用钻孔角度测量方法流程图。如图5所示，本实施例提供的煤矿用钻孔角度测量方法具体包括步骤10、激光基准线发射装置产生相互垂直的第一激光平面和第二激光平面，其中，第一激光平面与巷道内壁的交线和巷道中线重合，第二激光平面与待测量的钻杆相 交；步骤20、数字角度测量仪根据第二激光平面对钻杆的角度进行测量。本实施例提供的煤矿用钻孔角度测量方法，激光基准线发射装置产生相互垂直的第一激光平面和第二激光平面，其中，第一激光平面与巷道内壁的交线和巷道中线重合，第二激光平面与待测量的钻杆相交，数字角度测量仪根据第二激光平面对钻杆的角度进行测量。激光基准线发射装置可以产生相互垂直的第一激光平面和第二激光平面，通过将第一激光平面与巷道内壁的交线与巷道中线重合，使得第二激光平面具有精确基准，避免了通过悬挂线绳作为测量基准时受到人为或环境影响造成的测量误差较大的缺陷。数字角度测量仪设置在该第二激光平面与钻杆的相交处，通过该第二激光平面可以对钻杆的角度进行测量，进一步提高了测量的准确性，而且通过本实施例提供的煤矿用钻孔角度测量系统进行煤矿用钻孔角度测量的作业过程简单，易于实现。本实施例提供的煤矿用钻孔角度测量系统，能够高效快捷地给定高精度的瓦斯抽采钻孔角度参数，确保钻孔的成孔质量，有效地提高了瓦斯治理效果。在本实施例中，步骤20，数字角度测量仪根据第二激光平面对钻杆的角度进行测量，具体可以包括如下步骤数字角度测量仪进行水平检测，检测到一水平面；数字角度测量仪根据水平面对钻杆的倾角进行测量；数字角度测量仪根据第二激光平面和水平面对钻杆的方位角进行测量。在本发明实施例提供的煤矿用钻孔角度测量系统及方法，采用高精度、抗干扰的激光提供测量基准线以替代传统测量使用的线绳，解决了人工拉线绳不稳定及井下巷道风流扰动导致中线抖动的问题，提高了测量精度。激光基准线发射装置用专用支架固定在巷道顶板上，提供激光基准线，解决了传统的每测量一次钻孔方位角都必须重复平移中线操作方法，提高了测量精度、缩短了测量时间；使用高精度的数字角度测量仪解决了手持夹角规及坡度规进行测量不稳定、夹角规及坡度规刻度分辨率不高、钻杆和平移的中线不在同一个水平平面上而无法准确测量钻孔夹角的问题，测量精度可达到±0.2度的级别，为强化煤矿防治煤与瓦斯突出钻孔施工质量和预抽煤层瓦斯效果提供了保障，确保了矿井安全闻效生广。最后应说明的是以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换， 并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
权利要求
1.一种煤矿用钻孔角度测量系统，其特征在于，包括 用于产生相互垂直的第一激光平面和第二激光平面的激光基准线发射装置，所述第一激光平面与巷道内壁的交线和巷道中线重合，所述第二激光平面与待测量的钻杆相交；用于根据所述第二激光平面对所述钻杆的角度进行测量的数字角度测量仪，所述数字角度测量仪设置在所述钻杆上与所述第二激光平面的相交处。
2.根据权利要求I所述的煤矿用钻孔角度测量系统，其特征在于，所述激光基准线发射装置包括 用于产生相互垂直的所述第一激光平面和所述第二激光平面的激光发射器； 用于进行水平检测的第一水平检测器。
3.根据权利要求I所述的煤矿用钻孔角度测量系统，其特征在于，所述数字角度测量仪包括 用于进行水平检测的第二水平检测器； 用于在所述第二水平检测到水平时，测量所述钻杆的倾角的倾角测量器； 用于第二水平检测到水平时，根据检测到的所述第二激光平面的位置，测量所述钻杆的方位角的方位角测量器； 用于显示所述倾角和方位角的显示器，所述显示器分别与所述倾角测量器和所述方位角测量器相连。
4.根据权利要求3所述的煤矿用钻孔角度测量系统，其特征在于 所述数字角度测量仪还包括 用于发送红外控制信号的红外发射器； 所述激光基准线发射装置还包括 用于接收所述红外控制信号的红外接收器； 用于根据所述红外控制信号控制所述激光发射器产生所述第一激光平面和所述第二激光平面的控制器，所述控制器分别与所述红外接收器和所述激光发射器相连。
5.根据权利要求4所述的煤矿用钻孔角度测量系统，其特征在于，所述激光基准线发射装置还包括 用于为所述激光发射器、所述红外接收器和所述控制器提供工作电源的第一电源模块，所述第一电源模块分别与所述激光发射器、所述红外接收器和所述控制器相连。
6.根据权利要求4所述的煤矿用钻孔角度测量系统，其特征在于，所述数字角度测量仪还包括 用于为所述倾角测量器、所述方位角测量器、所述显示器和所述红外发射器提供工作电源的第二电源模块，所述第二电源模块分别与所述倾角测量器、所述方位角测量器、所述显示器和所述红外发射器相连。
7.根据权利要求I所述的煤矿用钻孔角度测量系统，其特征在于，还包括 第一支架，设置在巷道锚杆上； 万向夹转盘，设置在所述第一支架上； 第二支架，设置在所述万向夹转盘上； 万向支架，设置在所述第二支架上，所述激光基准线发射装置设置在所述万向支架上。
8.一种煤矿用钻孔角度测量方法，其特征在于，包括激光基准线发射装置产生相互垂直的第一激光平面和第二激光平面，其中，所述第一激光平面与巷道内壁的交线和巷道中线重合，所述第二激光平面与待测量的钻杆相交；数字角度测量仪根据所述第二激光平面对所述钻杆的角度进行测量。
9.根据权利要求8所述的煤矿用钻孔角度测量方法，其特征在于，所述数字角度测量仪根据所述第二激光平面对所述钻杆的角度进行测量，包括 所述数字角度测量仪进行水平检测，检测到一水平面； 所述数字角度测量仪根据所述水平面对所述钻杆的倾角进行测量； 所述数字角度测量仪根据所述第二激光平面和所述水平面对所述钻杆的方位角进行测量。
全文摘要
本发明提供一种煤矿用钻孔角度测量系统及方法，该煤矿用钻孔角度测量系统包括用于产生相互垂直的第一激光平面和第二激光平面的激光基准线发射装置，第一激光平面与巷道内壁的交线和巷道中线重合，第二激光平面与待测量的钻杆相交；用于根据第二激光平面对钻杆的角度进行测量的数字角度测量仪，数字角度测量仪设置在钻杆上与第二激光平面的相交处。本发明提供的煤矿用钻孔角度测量系统及方法，提高了钻孔角度测量参数的准确性，保证了煤矿瓦斯治理钻孔的施工质量，提高了瓦斯治理效果。
文档编号E21B47/02GK102889075SQ201210361620
公开日2013年1月23日 申请日期2012年9月25日 优先权日2012年9月25日
发明者王永, 蔡如法, 苗宇, 高艳忠, 童校长, 周韬, 王迎龙 申请人:淮南矿业(集团)有限责任公司