一种竖井井筒垂直度复核装置及复核方法与流程

本发明属于竖井施工，具体涉及一种竖井井筒垂直度复核装置及复核方法。

背景技术：

1、竖井是指洞壁直立的井状管道，通常由竖井钻机垂直向下钻进而成，为检测竖井钻机钻进过程中的垂直度，现有的竖井钻机大多设有垂直度检测系统，如图1所示，该系统主要包括安装在钻机导向器上的陀螺倾斜仪，陀螺倾斜仪用于测量钻头的自转角和x和y两个方向的倾斜角；在测量时，由于陀螺仪需要自整定，且井下处于高温，以及泥浆、砂石混流的状态，叠加掘进过程中钻头的高频震动等因素的影响，该方案最终计算出的偏差数据并不可靠，需要进行复核。

2、常见的复核方式为超声波复核，通过将超声波仪器下放到竖井中，利用超声波探测竖井井壁位置，从而判断竖井井筒垂直度，该复核方式对竖井上部无泥浆部分进行复核时，准确性较高，但对于竖井下部，特别是大深度、富水地层竖井的下部而言，不仅有泥浆，泥浆内还混有砂石碎屑，在这一部位进行超声波检测的误差较大，准确性难以保证，目前行业中没有较好的针对富水地层大直径大深度竖井井筒垂直度的复核装置及复核方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种复核结果准确可靠、适用于富水地层大直径大深度竖井井筒垂直度复核作业的竖井井筒垂直度复核装置及复核方法。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案中的产品是，竖井井筒垂直度复核装置，包括：

3、悬吊于竖井内的复核仪；

4、位于地面的控制中心；

5、与所述复核仪及所述控制中心电连接的水密电缆；

6、所述复核仪具有自下向上依次密封连接的圆锥部、支撑板、罩盖，所述圆锥部内设有用于检测所述复核仪姿态的水平传感器，所述支撑板内设有用于探测所述竖井井壁位置的伸缩油缸，所述伸缩油缸为带位移传感器的伸缩油缸，所述水密电缆与所述水平传感器及所述位移传感器电连接，在所述伸缩油缸的伸缩臂伸出所述支撑板的侧壁并触碰所述竖井井壁时，所述位移传感器将所述伸缩臂的位移值发送给所述控制中心，所述罩盖的顶部中心连接有用于穿设所述水密电缆的中空管，所述罩盖与所述支撑板围成一空腔，所述复核仪还包括设于所述空腔内的调平组件，所述调平组件通过改变所述复核仪的重心位置调整所述复核仪的姿态。

7、优选地，所述伸缩油缸至少有三个，这三个所述伸缩油缸围绕所述圆锥部的轴心线均布。

8、优选地，所述支撑板为方形板，所述支撑板罩在所述圆锥部的上端面。

9、优选地，所述伸缩臂沿所述圆锥部的上端面的径向方向伸缩，或者，所述伸缩臂沿所述圆锥部上端面的切向方向伸缩。

10、优选地，所述伸缩臂的端部设有弹性触发组件，所述弹性触发组件包括触头、弹簧和形变传感器，所述触头可伸缩地插设在所述伸缩臂端部的容纳槽内，所述弹簧和所述形变传感器设于所述容纳槽内并位于所述触头和容纳槽的底壁之间，所述弹簧的两端部分别抵紧所述触头和所述容纳槽底壁，所述弹簧的最大弹力为所述伸缩油缸工作推力的30-50％，在所述触头缩回至极限位置时，所述形变传感器触发，所述伸缩油缸停止动作。

11、进一步优选地，所述触头位于所述容纳槽外的端部呈圆锥状，所述触头位于所述容纳槽内的端部设有环状凸缘，所述容纳槽的槽口连接有用于阻挡所述环状凸缘的端盖，所述触头穿设在所述端盖内并与所述端盖动密封连接。

12、优选地，所述调平组件至少有三组并围绕所述圆锥部的轴心线均布。

13、进一步优选地，所述调平组件包括设于所述支撑板上表面的滑轨、滑块、丝杆副、伺服电机，所述滑轨沿所述圆锥部的上端面的径向方向延伸，所述滑块为配重滑块，所述滑块可滑动地连接在所述滑轨上，所述丝杆副的丝母与所述滑块相连接，所述丝杆副的丝杆与所述伺服电机相连接，在所述伺服电机转动时，能够带动所述丝杆转动，使所述丝母、所述滑块沿所述滑轨滑动，改变所述复核仪的重心位置。

14、进一步优选地，所述中空管的底面连接有法兰盘，所述调平组件还包括气体支撑杆，所述气体支撑杆的上端部铰接在所述法兰盘的边缘，所述气体支撑杆的下端部铰接在所述丝母上。

15、进一步优选地，所述中空管的底部外壁设有侧开口，所述侧开口用于穿设所述伸缩油缸的油管和所述水密电缆，所述水密电缆还与所述伺服电机电连接。

16、进一步优选地，所述圆锥部的内部中空形成密封舱，所述密封舱内设有与所述支撑板的下端面密封连接的中心吊舱，所述中心吊舱内设有方位角传感器、电源模块及所述水平传感器。

17、进一步优选地，所述支撑板上穿设有与所述密封舱相连通的水管及气管，所述水管的下端部位于所述密封舱的底部，所述气管的下端部位于所述密封舱的顶部，所述水管用于向所述密封舱内注水，使所述复核仪增重下沉，所述气管用于向所述密封舱供气，使所述密封舱内的水沿所述水管排出，使所述复核仪减重上浮。

18、进一步优选地，所述复核仪与悬吊所述复核仪的链条之间设有拉绳传感器，所述拉绳传感器用于检测所述复核仪下沉或上浮的距离。

19、为达到上述目的，本发明采用的技术方案中的方法是，竖井井筒垂直度复核方法，采用上述竖井井筒垂直度复核装置进行复核，所述复核方法包括以下步骤：

20、步骤一：测量所述竖井井口截面的初始中心坐标

21、步骤二：将所述复核仪悬吊至设定深度；

22、步骤三：在所述方位角传感器检测到所述复核仪静止时，所述控制中心根据所述水平传感器的检测值，控制所述调平组件动作，直至将所述复核仪的姿态调整至水平；

23、步骤四：在所述方位角传感器再次检测到所述复核仪静止时，所述控制中心控制所述伸缩油缸动作，使所述伸缩臂伸出直至触碰到所述竖井井壁，所述控制中心根据所述位移传感器检测的位移值以及所述方位角传感器检测出的偏转角度δ，计算该位移传感器对应的所述伸缩臂与所述竖井井壁触碰点的坐标计算公式为：

24、当复核姿态结构静止时，复核姿态装置自转了δ度，由于∠aδa′oi等于145°，则aδoi根据余弦定理公式计算得：

25、

26、则∠aδoia′角度可以计算出：

27、

28、由于相当于北方向的自转角δ，则∠a′oic′δ＝45°-δ；

29、则∠aδoia′δ＝90°-∠a′oic′δ-∠aδoia′；

30、则坐标等于：

31、

32、步骤五：所述控制中心根据其余位移传感器检测的位移值及所述方位角传感器检测出的偏转角度，计算出其余伸缩臂与所述竖井井壁触碰点的坐标

33、步骤六：所述控制中心控制所述伸缩油缸动作，使所述伸缩臂复位，转动悬吊所述复核仪的链条，使所述方位角传感器检测出的偏转角度由δ变化至ξ，重复步骤三至步骤四，获得第二组触碰点坐标

34、步骤七：重复步骤六，获得第三组至第n组触碰点坐标；

35、步骤八：根据第一组、第二组、……、第n组触碰点坐标拟合计算出所述竖井在所述设定深度处截面的实际中心坐标再根据与oi(xoi,yoi)以及所述设定深度，即可计算出所述竖井井筒的垂直度。

36、优选地，所述设定深度至少有两个，所述步骤七根据所述竖井在这两个设定深度处截面的中心坐标以及这两个所述设定深度的差值计算出所述竖井井筒的垂直度。

37、由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

38、本发明提供的竖井井筒垂直度复核装置，包括复核仪、控制中心、水密电缆，通过使复核仪具有自下向上依次密封连接的圆锥部、支撑板、罩盖，在圆锥部内设置水平传感器，在支撑板内设置带位移传感器的伸缩油缸，使水密电缆与水平传感器及位移传感器电连接，在伸缩油缸的伸缩臂伸出支撑板并触碰竖井井壁时，位移传感器能够将伸缩臂的位移值发送给控制中心，触碰式检测的方式，不受泥浆、砂石影响，适用于富水地层大直径大深度竖井井筒垂直度复核作业，通过在罩盖与支撑板围成的空腔内设置改变复核仪重心位置的调平组件，在水平传感器检测到复核仪倾斜时，能够通过调平组件将其调平，从而确保伸缩臂位移为水平伸出位移，在拟合中心坐标时更加符合要求，从而使复核结果准确可靠。

39、本发明提供的竖井井筒垂直度复核方法，通过位移传感器检测的伸缩臂水平伸出位移并配合方位角传感器检测的偏转角度计算竖井井壁触碰点坐标，再利用多组竖井井壁触碰点坐标拟合处设定深度处截面的实际中心坐标，通过实际中心坐标与初始中心坐标及设定深度，即可计算出竖井井筒的垂直度，操作简单，复核结果准确可靠，适用于富水地层大直径大深度竖井井筒垂直度复核作业。