用于实时探测钻孔内温度的钻具的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种钻具。本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术中钻具不能实时探测钻孔内的温度并将探测到的温度及时反馈给操作人员的缺点，提供一种用于实时探测钻孔内温度的钻具。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：用于实时探测钻孔内温度的钻具，包括钻杆，包括固定支架、温度探测发射装置及信号接收装置，温度探测发射装置与信号接收装置相连，温度探测发射装置通过固定支架固定在钻杆内部。本实用新型的有益效果是：结构简单，体积小、功耗低，能够实时探测钻孔内的温度，并通过无线装置将温度信息传递给钻孔技术人员，有效提高煤矿钻孔安全性，保证工作人员的人身安全及矿井的安全。本实用新型适用于矿井钻孔。
【专利说明】用于实时探测钻孔内温度的钻具
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种钻具，尤其是涉及一种用于实时探测钻孔内温度的钻具。
【背景技术】
[0002]煤炭是我国的主体能源，然而井下煤层赋存及开采条件复杂，且我国煤层瓦斯含量普遍较高，其中50%以上的煤层为高瓦斯煤层，高突矿井占全国矿井总数的44%。当前瓦斯治理的措施较多，但最终都需要煤层钻孔后进行瓦斯抽采，施工过程中钻孔是关键环节。钻孔深度、钻孔直径、钻孔质量直接影响瓦斯治理效果。特别在松软煤层，塌孔严重，钻孔成孔效率低，水钻会进一步降低成孔质量，因此风钻成为松软煤层钻孔的唯一选择。然而，在风钻过程中，钻杆与煤壁高速摩擦,随着钻进深度的增加,煤岩体温度亦相应增加,钻杆温度升高极快。而且在风钻过程会给钻孔内不间断送入空气，钻孔内氧气充足，瓦斯含量大，当钻杆温度达到煤炭燃点时，极易引起煤炭燃烧，带来矿井安全隐患。
[0003]然而，目前的钻具不能有效预防钻孔过程孔内煤炭燃烧，为煤矿的安全生产带来潜在的风险，因此亟需一种能够实时探测钻孔内的温度并将探测到的温度及时反馈给操作人员的钻具。
实用新型内容
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术中钻具不能实时探测钻孔内的温度并将探测到的温度及时反馈给操作人员的缺点，提供一种用于实时探测钻孔内温度的钻具。
[0005]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:用于实时探测钻孔内温度的钻具，包括钻杆，包括固定支架、温度探测发射装置及信号接收装置，温度探测发射装置与信号接收装置相连，温度探测发射装置通过固定支架固定在钻杆内部。
[0006]具体的，所述温度探测发射装置，包括温度采集模块、第一数据处理模块及数据发射模块，所述温度采集模块与第一数据处理模块相连，第一数据处理模块又与数据发射模块相连。
[0007]优选的，温度采集模块为热电偶式数字温度传感器。
[0008]具体的，所述信号接收装置包括数据接收模块、第二数据处理模块及显示单元，数据接收模块与第二数据处理模块相连，第二数据处理模块又与显示单元相连。
[0009]进一步的，所述信号接收装置还包括报警单元，报警单元与第二数据处理模块相连。
[0010]优选的，所述数据发射模块为无线数据发射模块，所述数据接收模块为无线数据接收模块。
[0011]具体的，用于实时探测钻孔内温度的钻具还包括温度探测发射装置外壳，所述温度探测发射装置外壳设置于温度探测发射装置的外部。
[0012]进一步的，温度探测发射装置外壳还包括设于其外部的螺杆，固定支架包括通孔，螺杆的外螺纹与通孔内的内螺纹相匹配，螺杆与螺帽将固定支架固定在螺杆与螺帽之间。
[0013]进一步的，所述固定支架焊接在钻杆内部。
[0014]优选的，所述钻杆的材料为低铬镍抗氧化钢。
[0015]本实用新型的有益效果是:结构简单，体积小、功耗低，能够实时探测钻孔内的温度，并通过无线装置将温度信息传递给钻孔技术人员，及时采取相应的措施，防止煤炭在孔内的燃烧，有效提高煤矿钻孔安全性，避免人力物力的损失，保证工作人员的人身安全及矿井的安全。本实用新型适用于矿井钻孔。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型的结构示意图；
[0017]图2是本实用新型实施例的结构示意图；
[0018]图3是图2的A-A剖面图；
[0019]图4是本实用新型实施例中温度探测发射装置与固定支架的连接方式示意图；
[0020]其中，I为钻杆，2为固定支架，3为温度探测发射装置，31为温度探测发射装置外壳，4为螺杆，5为通孔，6为垫片，7为螺帽。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图及实施例，详细描述本实用新型的技术方案。如图1所示，本实用新型的用于实时探测钻孔内温度的钻具，包括钻杆1，包括固定支架2、温度探测发射装置3及信号接收装置，温度探测发射装置3与信号接收装置相连，温度探测发射装置3通过固定支架2固定在钻杆I内部。
[0022]温度探测发射装置3用于探测钻孔内的温度，并将处理后的温度信息发送给信号接收装置；
[0023]信号接收装置用于接收温度探测发射装置发送的温度信息，并根据温度信息做出相应的响应。
[0024]温度探测发射装置3与信号接收装置可以为无线连接，也可以为有线连接。但是鉴于钻具钻孔时钻孔内温度过高，会损坏有线线路，因此优选为无线连接。
[0025]所述温度探测发射装置，包括温度采集模块、第一数据处理模块及数据发射模块，所述温度采集模块与第一数据处理模块相连，第一数据处理模块又与数据发射模块相连。
[0026]所述信号接收装置包括数据接收模块、第二数据处理模块及显示单元，数据接收模块与第二数据处理模块相连，第二数据处理模块又与显示单元相连。在使用本钻具时，可将信号接收装置置于钻孔外部，以便于操作人员及时获知当前钻孔内的温度信息。
[0027]温度采集模块能够灵敏地感知温度变化，为了适于煤矿钻孔需求，需要温度采集模块能够耐高温。由于钻具的空间狭小，因此要求该模块体积微小耗能极低，可采用热电偶式数字温度传感器，能够灵敏地感知温度变化且直接将温度信息进行转化，避免了复杂的信号译制，使结构极为简单，使用寿命长。
[0028]第一数据处理模块与第二数据处理模块皆可采用市面上常见的51系列单片机，如常用的AT89C52型单片机、MSP430型单片机等，具有运算处理能力并能耗较低且有多种数据接口可供连接，可根据需要对其进行各种变换，能够有效提高装置的兼容性，满足程序的存取和运行。
[0029]数据发射模块可以为有线数据发射模块，但优选的，数据发射模块为无线数据发射模块，可以省去布线的空间，减小钻具体积，且防止线路被高温所损坏造成伤害，例如可以采用nRF905多信道单片收发芯片，采用无线射频发射技术，可以将第一数据处理模块处理过的信号无线发射，实现信号的实时传送；此外，该芯片能够自动处理报头和CRC(CyclicRedundancy Check,循环冗余校验码)冗余校验，而且可以直接通过SPI接口(SerialPeripheral Interface，串行外设接口)来进行软件配置。同理，数据接收模块也可以为有线数据接收模块，优选的，数据接收模块为无线数据接收模块。无线数据接收模块可以及时接收到温度探测发射装置所发出的信号，且能与无线数据发射模块所匹配。
[0030]显示单元能够及时显示所收到的温度信息，以便操作人员实时了解钻孔内的温度情况。可选用RT12864M型液晶显示器，该显示器具有体积小、功耗低、无辐射、寿命长、工作电压低等优点且与第二数据处理模块具有较好的匹配度。
[0031]此外，信号接收装置还包括报警单元，报警单元与第二数据处理模块相连，当钻孔内的温度超过一定警戒值后，报警单元会及时发出警报，以及时警示操作人员采取相应的安全措施，保证生命财产安全。报警单元可以为声音报警单元和/或灯光报警单元。
[0032]温度探测发射装置3与固定支架2的连接方式有多种，可以为焊接、钢丝扎接、铆钉铆接、螺纹螺母对接等方式。同理，固定支架2与钻杆I的连接方式也可以有多种。
[0033]钻杆I的材料可选用高强耐高温钢材，例如低铬镍抗氧化钢等材质，以便能够在钻孔的高温环境中使用，且保持较长的使用寿命。
[0034]在具体的高突低透气性松软煤层瓦斯治理钻孔过程中，利用本钻具的具体过程如下:
[0035]首先，依据瓦斯治理设计，在高突低透气性松软煤层确定钻孔位置；按照钻孔的空间方位，在钻孔位置架设钻机，安放钻具；信号接收装置放置在钻孔外，以便操作人员能够及时通过显示单元看到当前钻孔内的温度信息，以便于及时了解当前的情况；使用钻具进行钻孔，实时监控孔内温度变化，控制钻进速度，避免钻孔内温度过高，产生次生灾害。钻孔内温度信息可以无线传输到钻孔外的显示单元上进行显示，避免钻进过程中摩擦导致钻孔内温度过高燃烧煤层或损毁钻头。
[0036]一般的，可在钻具的整体钻杆的第一截上配置温度探测发射装置3，以探测钻孔内深处的温度。且温度探测发射装置3体积小、封闭性好、防爆性能强且功耗低，因此运输方便且续航能力长，可以长时间的监控钻进的温度状况。
[0037]实施例
[0038]如图2和图3所示，本例中，为了更好地保护温度探测发射装置3，可以在其外部设置温度探测发射装置外壳31，该外壳具有良好的导热能力，能够真实反映钻孔内的温度变化情况，并且具有良好的耐腐蚀性及封闭效果，保护内部电路，使得本钻具适于在恶劣环境中工作。其材质可以采用例如金、银、铜等金属，就性价比而言铜最为合适。在实际应用中，温度探测发射装置外壳31固定在温度探测发射装置3外部，且和其固定连接。
[0039]本例中温度探测发射装置3与固定支架2的连接方式如图4所示，为了将温度探测发射装置外壳31与固定支架有效连接，可在温度探测发射装置外壳31上设有螺杆4，螺杆4的外螺纹与固定支架2的通孔5内的内螺纹相适配，再通过螺帽7固定支架2固定在螺杆4与螺帽7之间，即将温度探测发射装置外壳31固定在固定支架2上，如此固定方式简单易操作，且在部件损坏后易于维修更换。在螺杆4与固定支架2之间，及固定支架2与螺帽7之间可设有垫片6，以增强固定力。使用设有内螺纹的通孔5与螺帽7进行双重固定，增强固定能力。此外，考虑到实际加工与操作的难度，也可只设置内部没有内螺纹的通孔5，使得螺杆4穿过通孔5后，利用螺帽7直接固定；抑或是，无需螺帽7，直接用内部设有内螺纹的通孔5来固定螺杆4。
[0040]此外，若温度探测发射装置3本身是利用具有良好的导热能力且耐腐蚀性良好的材质制造的，也可以不采用温度探测发射装置外壳31，而直接在温度探测发射装置3外部设有螺杆4。
[0041]所述固定支架2焊接在钻杆I内部，有利于保证在钻进过程中固定支架2的稳定性，而由于固定支架2是用来固定温度探测发射装置3的，如此设计也就间接增强温度探测发射装置3的固定性。固定支架2的材质可以采用例如金、银、铜等金属，其导热性能良好。
[0042]具体的，本实施例中的用于实时探测钻孔内温度的钻具用于高突低透气性松软煤层瓦斯治理钻孔，瓦斯抽采钻孔为向上倾斜孔，钻孔孔径为94.00mm，钻孔孔深40.0Om0
[0043]本例中的钻具的钻杆直径为94.00mm，壁厚为8.0mm，长为1100.00mm，在距离钻杆I 一端150.0Omm处焊接有固定支架2，固定支架2内设有长度为30.0Omm的内螺纹，温度探测发射装置3与温度探测发射装置外壳31固定连接，温度探测发射装置外壳31上设有螺杆4，螺杆4上设有与通孔5内的内螺纹匹配的外螺纹，长度为50.00mm。
[0044]温度探测发射装置3的温度采集模块采用电偶式数字温度传感器，第一数据处理模块采用MSP430型单片机，数据发射模块采用nRF905多信道单片收发芯片，将上述芯片按照工程需要编写好相应的程序，使得温度探测发射装置能够每隔10秒发送一组温度信息，然后串联在设计好的电路板上，封装在专用外壳之中形成完整的无线探测发射装置。
[0045]信号接收装置的数据接收模块采用nRF905多信道单片收发芯片，第二数据处理模块采用MSP430型单片机，显示单元采用RT12864M型液晶显示器，将上述装置组装完整以待用。
[0046]具体过程如下:
[0047]A.依据瓦斯治理设计，在高突低透气性松软煤层确定钻孔位置；
[0048]B.启动无线探测发射装置以及信号接收装置；使用钻具进行钻孔，随着钻杆的深入孔内温度不断升高，温度探测发射装置每隔10秒发射出一组孔内的温度信息，并通过信号接收装置显示出来；当孔内的温度接近煤炭燃点的时候，工作人员应该及时地采取相应的措施，停止钻进，避免发生危险；
[0049]C.等待孔内温度冷却或退出钻杆人工降温后，继续推进钻杆；
[0050]D.密切观察钻孔内的温度变化，重复步骤B和步骤C，完成设计钻孔孔深。
【权利要求】
1.用于实时探测钻孔内温度的钻具，包括钻杆(1)，其特征在于，包括固定支架(2)、温度探测发射装置(3)及信号接收装置，温度探测发射装置(3)与信号接收装置相连，温度探测发射装置(3)通过固定支架(2)固定在钻杆(I)内部。
2.如权利要求1所述的用于实时探测钻孔内温度的钻具，其特征在于，所述温度探测发射装置(3)，包括温度采集模块、第一数据处理模块及数据发射模块，所述温度采集模块与第一数据处理模块相连，第一数据处理模块又与数据发射模块相连。
3.如权利要求2所述的用于实时探测钻孔内温度的钻具，其特征在于，温度采集模块为热电偶式数字温度传感器。
4.如权利要求2所述的用于实时探测钻孔内温度的钻具，其特征在于，所述信号接收装置包括数据接收模块、第二数据处理模块及显示单元，数据接收模块与第二数据处理模块相连，第二数据处理模块又与显示单元相连。
5.如权利要求4所述的用于实时探测钻孔内温度的钻具，其特征在于，所述信号接收装置还包括报警单元，报警单元与第二数据处理模块相连。
6.如权利要求4所述的用于实时探测钻孔内温度的钻具，其特征在于，所述数据发射模块为无线数据发射模块，所述数据接收模块为无线数据接收模块。
7.如权利要求1至6中任意一项所述的用于实时探测钻孔内温度的钻具，其特征在于，还包括温度探测发射装置外壳(31)，所述温度探测发射装置外壳(31)设置于温度探测发射装置(3)的外部。
8.如权利要求7所述的用于实时探测钻孔内温度的钻具，其特征在于，温度探测发射装置外壳(31)还包括设于其外部的螺杆(4)，固定支架(2)包括通孔(5)，螺杆(4)的外螺纹与通孔(5)内的内螺纹相匹配，螺杆(4)与螺帽(7)将固定支架(2)固定在螺杆(4)与螺帽(7)之间。
9.如权利要求1所述的用于实时探测钻孔内温度的钻具，其特征在于，所述固定支架(2)焊接在钻杆(I)内部。
10.如权利要求1所述的用于实时探测钻孔内温度的钻具，其特征在于，所述钻杆(I)的材料为低铬镍抗氧化钢。
【文档编号】E21B47/12GK203594372SQ201320751089
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2013年11月25日 优先权日:2013年11月25日
【发明者】徐晓炼, 张泽天, 谢晶, 李果, 张茹, 高明忠 申请人:四川大学