技术摘要：
本发明公开了一种煤矿井下随钻钻孔轨迹测量系统，包括用于实施采集钻孔轨迹参数的钻孔轨迹采集设备以及与钻孔轨迹采集设备通信连接的钻孔轨迹处理设备；所述钻孔轨迹处理设备用于实时接收钻孔轨迹采集设备发送的钻孔轨迹参数形成钻孔轨迹曲线。一种煤矿井下随钻钻孔轨  全部
背景技术：
煤矿井下钻进施工钻孔是进行瓦斯灾害治理、工作面卸压、排放水、地质勘察的重 要途径和基本保证。现阶段，我国煤矿生产企业多采用普通回转钻机进行井下钻进施工作 业，利用人工进行钻孔方位角、倾角以及钻孔成孔轨迹的测量工作，受工人素质水平、煤层 赋存及测量工具等多重因素影响，钻孔实际成孔轨迹与设计轨迹存在较大偏差，容易存在 瓦斯抽采空白带、应力集中、探放水钻孔没有施工到设计区域及地勘钻孔勘探结果不清等 安全生产隐患，进而给矿井安全生产工作带来严重影响，甚至会发生安全事故。因此，提升 矿井钻孔施工质量，精准探测钻孔成孔轨迹，对保障矿井安全高效生产具有重要的作用。 因此，为解决以上问题，需要一种煤矿井下随钻钻孔轨迹测量系统及方法，能够随 钻实时测量钻机施工成孔轨迹，操作过程简单，测量数据准确可靠，有助于提高钻孔成孔质 量，利于精准勘探工作面前方地质赋存情况，提升矿井灾害防控能力水平。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供煤矿井下随钻钻孔轨迹 测量系统及方法，能够随钻实时测量钻机施工成孔轨迹，操作过程简单，测量数据准确可 靠，有助于提高钻孔成孔质量，利于精准勘探工作面前方地质赋存情况，提升矿井灾害防控 能力水平。 本发明的一种煤矿井下随钻钻孔轨迹测量系统，包括用于实施采集钻孔轨迹参数 的钻孔轨迹采集设备以及与钻孔轨迹采集设备通信连接的钻孔轨迹处理设备；所述钻孔轨 迹处理设备用于实时接收钻孔轨迹采集设备发送的钻孔轨迹参数形成钻孔轨迹曲线； 其中，所述钻孔轨迹采集设备包括参数采集装置； 所述钻孔轨迹处理设备包括钻孔轨迹信号处理装置以及与钻孔轨迹信号处理装 置通信连接的钻孔轨迹显示装置；所述钻孔轨迹信号处理装置用于实时接收并解析所述参 数采集装置发送的钻孔轨迹参数得到钻孔轨迹数字电信号，并输出至所述钻孔轨迹显示装 置；所述钻孔轨迹显示装置对钻孔轨迹数字电信号进行拟合形成钻孔轨迹曲线并进行显 示。 进一步，所述参数采集装置包括柔性承载基体以及多个光纤光栅，所述光纤光栅 嵌入式设置于柔性承载基体且相邻光纤光栅之间等间距设置，所述柔性承载基体设置于钻 杆内部。 进一步，所述钻孔轨迹信号处理装置包括信号滤波放大单元以及信号有效性判定 单元，所述信号滤波放大单元用于对钻孔轨迹数字电信号进行滤波放大，所述信号有效性 判定单元用于判定钻孔轨迹数字电信号是否有效。 4 CN 111594142 A 说　明　书 2/8 页 进一步，所述参数采集装置还包括柔性保护件，所述柔性保护件嵌入于柔性承载 基体，对所述柔性承载基体进行抗拉保护。 进一步，所述柔性承载基体与钻杆之间通过连接降阻组件连接；所述连接降阻组 件包括第一环形部件、第二环形部件以及设置于第一环形部件与第二环形部件之间的滚 珠；所述第一环形部件固定设置于钻杆内部，所述第二环形部件外套于柔性承载基体外部。 进一步，所述柔性保护件位于柔性承载基体的轴向中心线。 一种煤矿井下随钻钻孔轨迹测量方法，包括如下步骤： S1 .控制钻杆工作，由钻孔轨迹采集设备采集钻杆在钻进过程中表征轨迹参数的 光纤光栅输出的光信号； S2.钻孔轨迹处理设备接收光纤光栅输出的光信号并转换成数字电信号；钻孔轨 迹处理设备根据数字电信号识别出轨迹参数，并根据识别出的轨迹参数拟合形成钻孔轨迹 曲线。 进一步，步骤S2中，钻孔轨迹处理设备根据数字电信号识别出轨迹参数，并根据识 别出的轨迹参数拟合形成钻孔轨迹曲线，具体包括： S21.将光纤光栅划分为N个光纤光栅单元； S22.从数字电信号中提取每个光纤光栅单元的光纤光栅特征参数，所述光纤光栅 特征参数包括光纤光栅表面应变、光纤光栅结构变化转角以及光纤光栅弯曲变化挠度； S23.根据光纤光栅特征参数计算第m个光纤光栅单元的弯曲变化挠度ω(s)为： 其中，m＝1,2,…N，取值为正整数；sm为第m个光纤光栅单元的起点；s为第m个光纤 光栅单元的起点与终点之间的任意点；t为光纤光栅的厚度；ε(s)为第m个光纤光栅单元s点 的表面应变；θm为第m个光纤光栅单元起点的结构变化转角；ωm为第m个光纤光栅单元起点 的光纤弯曲变化挠度； S24.将各版本个光纤光栅单元的弯曲变化挠度拟合形成钻孔轨迹曲线。 进一步，步骤S2中，还包括对数字电信号的有效性进行判定，具体包括： S201 .判断是否至少有2个数字电信号，若是，则进入步骤S202，若否，则数字电信 号无效，需要重新采集光纤光栅光信号； S202.判断多个数字电信号是否一致，若是，则数字电信号有效，若否，则数字电信 号无效，需要重新采集光纤光栅光信号。 本发明的有益效果是：本发明公开的一种煤矿井下随钻钻孔轨迹测量系统及方 法，通过实时采集并解析钻孔轨迹光信号，得到钻孔轨迹数字电信号，并对钻孔轨迹数字电 信号进行有效性判定，进而形成并显示钻孔轨迹曲线；操作过程简单，测量的钻孔轨迹准确 可靠，有助于提高钻孔成孔质量，利于精准勘探工作面前方地质赋存情况，提升矿井灾害防 控能力水平。 附图说明 下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述： 5 CN 111594142 A 说　明　书 3/8 页 图1为本发明的钻孔轨迹测量系统示意图； 图2为本发明的钻孔内装置结构示意图； 图3为本发明的参数采集装置剖面结构示意图； 图4为本发明的钻孔轨迹信号处理装置结构示意图； 图5为本发明的钻孔轨迹显示装置结构示意图； 图6为本发明的钻孔轨迹信号处理装置的工作流程示意图； 图中，1为钻孔钻进装置；2为钻杆；3为参数采集装置；4为连接降阻装置；5为钻孔 轨迹信号处理装置；6为钻孔轨迹显示装置；7为信号线缆；3-1为基质单元；3-2为钻孔轨迹 测量单元；3-3为测量装置保护单元；5-1为壳体Ⅰ；5-2为测量信号交互模块；5-3为运行状态 显示模块；5-4-1为信号交互接口Ⅰ；5-4-2为信号交互接口Ⅱ；5-5为把手；5-6为紧固螺栓Ⅰ； 6-1为壳体Ⅱ；6-2为成孔轨迹显示模块；6-3为铭牌；6-4为信号交互接口Ⅲ；6-5为开关按 键；6-6为紧固螺栓Ⅱ。