一种钻杆钻孔深度测量装置及使用该测量装置的测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种钻杆钻孔深度测量装置及使用该测量装置的测量方法。
【背景技术】
[0002]随着煤矿企业对井下安全生产的重视程度越来越高，煤矿企业采用各种各样的手段来预防和避免矿难发生，加强安全生产。在引起矿难的各种原因中，瓦斯突出占了相当大的比重，井下空间有限，一旦爆发瓦斯突出，大量瓦斯不容易及时排放，极易引发矿难。煤矿企业预防瓦斯突出的普遍做法是采用预先在煤层打孔检测的方式来勘测地质环境，通过管道把煤层孔的瓦斯气体抽放到地面进行利用。
[0003]目前，多是采用钻机进行钻孔，钻孔时，由钻机上的动力头将一根接一根的标准钻杆向前钻进以进行钻孔操作，标准钻杆首尾对接如图4所示，各标准钻杆的中部杆体100处具有较大空腔，金属横截面积较小，而相邻标准钻杆的对接处200存在接缝，在接缝位置处的金属横截面积也越大于标准钻杆的其他杆体部位。在将一根接一根的首尾对接的标准钻杆打入煤层或岩层中时，由工人观察标准钻杆的对接处的通过次数，实现对标准钻杆个数的计量，计数个数乘以标准钻杆的长度即可得到钻孔深度，在钻孔深度达到预定要求后，再将标准钻杆一根接一根的退出钻孔，在退出过程中，也由人工观察标准钻杆的对接处的通过次数进行计数以复核钻孔深度。
[0004]但由于钻杆安装由人工完成并计数，人工计数一方面增加了工人的劳动强度，影响工人劳动效率，另一方面，也容易出现因工人疲劳而导致的认为计数误差。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种钻杆钻孔深度测量装置，以解决现有技术中主要依靠人工计数导致工人劳动强度大的技术问题；同时，本发明还提供一种使用上述装置测量孔深的测量方法。
[0006]本发明所提供的钻杆钻孔深度测量装置的技术方案是:钻杆钻孔深度测量装置，包括用于套装在标准钻杆上的测量探头，该测量探头包括用于产生交变电流的激励电路，激励电路包括用于非接触的套装在标准钻杆上的激励线圈，测量探头还包括用于在标准钻杆穿过所述激励线圈的过程中检测激励线圈内部信号变化的检测电路，检测电路包括用于非接触的套装在标准钻杆上的检测所述激励线圈内部信号变化的检测线圈，检测线圈与激励线圈相互靠近布置以与所述激励线圈形成电磁耦合。
[0007]所述的激励电路包括依次连接的交变激励源、信号放大单元和所述的激励线圈。
[0008]所述的交变激励源为幅值不变的正弦激励源。
[0009]所述的检测电路包括依次连接的所述检测线圈和对检测线圈输出的检测信号进行处理并将检测信号与设定阈值进行比较且根据比较结果输出脉冲信号的信号处理单元，所述测量装置还包括用于与信号处理单元的输出端信号连接以对所述脉冲信号进行计数的检测主机。
[0010]所述的激励线圈整体和检测线圈整体在标准钻杆长度方向上错开。
[0011]本发明所提供的使用上述测量装置测量孔深的测量方法的技术方案是:使用上述的测量装置测量孔深的测量方法，包括如下步骤；
步骤一，在钻机将首尾对接的标准钻杆打入/拔出时，由非接触的套装在标准钻杆上的测量探头的激励线圈向标准钻杆施加感应磁场；
步骤二，由检测电路的检测线圈感应所述激励线圈内部信号变化并输出检测信号，然后将检测线圈输出的检测信号与设定阈值进行比较，将超出设定阈值的检测信号定为有效信号，并输出脉冲信号；
步骤三，对脉冲信号的个数进行计数，将计数个数乘以标准钻杆的长度，即可得到钻孔深度。
[0012]所述的步骤二中的设定阈值通过测量探头预先测定，将首尾对接的至少两根钻杆依次通过测量探头，记录检测电路检测出的钻杆杆体部位通过测量探头及钻杆对接处通过测量探头时的检测信号，根据检测信号得到设定阈值。
[0013]上述步骤二中的检测线圈输出的检测信号由检测电路中的信号处理单元对检测信号进行放大、幅度和相位鉴别处理，在信号处理单元中将处理后的检测信号与设定阈值进行比较，根据比较结果，在检测信号超出设定阈值时由信号处理单元输出脉冲信号，检测主机对接收到的脉冲信号进行计数以得到上述步骤三中的有效信号的个数。
[0014]本发明的有益效果是:本发明所提供的测量装置在使用时，使首尾对接的标准钻杆连续性的通过测量探头，非接触的套装在标准钻杆上的激励线圈会向标准钻杆施加感应磁场，该感应磁场会在首尾对接的标准钻杆内部产生涡流，根据电磁感应定律，涡流产生的磁场会反抗原来激励线圈自身磁场的变化，等效于激励线圈自身阻抗的变化，激励线圈内部信号发生变化，通过与激励线圈电磁耦合的检测线圈检测到激励线圈内部信号变化，因为首尾对接的标准钻杆在对接处不仅存在接缝，而且接缝处的金属横截面积也远大于标准钻杆杆体的其他部位，在首尾对接的标准钻杆连续性的穿过激励线圈时，标准钻杆的对接处所产生的涡流和中部杆体处所产生的涡流对激励线圈的内部信号的影响不同，激励线圈的内部信号变化也不相同，即当标准钻杆的对接处通过激励线圈时所造成的影响大于标准钻杆杆体的其他部位对激励线圈所造成的影响，与激励线圈形成电磁耦合的检测线圈会检测到激励线圈内部信号变化，进而可通过检测线圈输出的检测信号判断标准钻杆的对接处是否通过，可有效降低工人的劳动强度，提高工人的劳动效率。
[0015]本发明所提供的使用上述测量装置测量孔深的测量方法中，在激励线圈向首尾对接的标准钻杆施加感应磁场后，感应磁场会在首尾对接的标准钻杆内部产生涡流，根据电磁感应定律，涡流产生的磁场会反抗原来激励线圈自身磁场的变化，等效于激励线圈自身阻抗的变化，激励线圈内部信号发生变化，通过与激励线圈电磁耦合的检测线圈检测到激励线圈内部信号变化，因为首尾对接的标准钻杆在对接处不仅存在接缝，而且接缝处的金属横截面积也远大于标准钻杆杆体的其他部位，在首尾对接的标准钻杆连续性的穿过激励线圈时，标准钻杆的对接处所产生的涡流和中部杆体处所产生的涡流对激励线圈的内部信号的影响不同，激励线圈的内部信号变化也不相同，即当标准钻杆的对接处通过激励线圈时所造成的影响大于标准钻杆杆体的其他部位对激励线圈所造成的影响，将检测线圈输出的检测信号与设定阈值进行比较，将超出设定阈值的检测信号定为有效信号，即为在标准钻杆对接处通过激励线圈时，检测线圈输出的是与标准钻杆对接处对应的检测信号为超出设定阈值的有效信号，此时，对有效信号进行计数，一个计数代表一个标准钻杆经过，最后将计数个数乘以标准钻杆的长度即为钻孔深度。本发明所提供的测量装置与运动的标准钻杆为非接触式配合，这样，可以有效避免在打入或退出标准钻杆时对测量装置造成影响，不仅可保证测量装置的测量结果的有效性，还可延长测量装置的使用寿命。
【附图说明】
[0016]图1是本发明所提供的钻杆钻孔深度测量装置安装在钻机上的结构示意图；
图2是图1中测量装置的测量探头的电气原理框图；
图3是祸流效应原理图；
图4是标准钻杆连接结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]如图1、图2所示，一种钻杆钻孔深度测量装置的实施例，该实施例中的测量装置包括测量探头2和检测主机3，本实施例中的测量探头在使用时直接固设在钻机的夹持器I上，测量探头2在使用时套装在标准钻杆4上。测量探头2包括用于产生交变电流的激励电路，激励电路包括依次连接的交变激励源21、信号放大单元22和激励线圈23，激励线圈23用于非接触的套装在标准钻杆4上，本实施例中的交变激励源21为幅值不变的正弦激励源。测量探头还包括用于在标准钻杆穿过所述激励线圈的过程中检测激励线圈内部信号变化的检测电路，检测电路包括依次连接的检测线圈24和信号处理单元25，检测线圈24用于非接触的套装在标准钻杆4上的检测所述激励线圈23内部信号变化，且该检测线圈24与激励线圈23相互靠近布置以与所述激励线圈23形成电磁耦合，此处的激励线圈23整体和检测线圈24整体在标准钻杆长度方向上错开，而信号处理单元25则是对检测线圈24输出的检测信号进行处理并将检测信号与设定阈值进行比较且根据比较结果输出脉冲信号，信号处理单元25对检测信号进行放大、幅度和相位鉴别处理。检测主机3与信号处理单元25的输出端信号连接以对信号处理单元输出的脉冲信号进行计数，将计数个数乘以标准钻杆的长度，即可得到钻孔深度。
[0018]本实施例所提供的测量装置在使用时，将测量探头2固设在夹持器3上，测量探头2非接触的套装在标准钻杆4上，当钻机上的动力头将如图4所示的首尾对接的标准钻杆4连续性的打