确定煤层走向及煤层厚度的方法、数据传输设备及系统

摘要

本发明提供了一种确定煤层走向及煤层厚度的方法、数据传输设备及系统，方法包括：当钻铤在井下钻进时，获得由随钻测量设备发送的井身轨迹数据以及由伽玛探测设备发送的地层伽玛数据；对井身轨迹数据及地层伽玛数据共同编码，将共同编码后的井身轨迹数据及地层伽玛数据通过单芯传输发送至上位机，以使上位机对地层伽玛数据及井身轨迹数据进行分析，确定煤层厚度及煤层走向；如此，当钻铤在井下钻进时，可以实时获取到井身轨迹数据及地层伽玛数据，进而根据地层伽玛数据及井身轨迹数据确定煤层厚度及煤层走向，实时指导钻铤沿煤层钻进；这样无需频繁开分支即可确定出煤层厚度及煤层走向，降低施工难度，提高煤矿开采效率。

说明书

技术领域

本发明属于煤炭开采技术领域，尤其涉及一种确定煤层走向及煤层厚度的方法、数据传输设备及系统。

背景技术

定向钻进技术包含煤矿井下定向钻进技术、其它地面及岩洞定向钻进技术。煤矿井下定向钻技术是指至在煤巷或岩巷内沿水平方向或近水平方向按照预先设计的钻孔轨迹施工钻孔的技术，也称水平定向钻进技术。

目前在煤巷内常规测量煤层厚度及煤层走向的方法为：运用水平定向钻技术，通过开分支孔探顶、探底，测出主孔与顶板、底板之间的垂直距离，进而通过该垂直距离分析煤层厚度及煤层走向。

但是现有技术该方法耗时长、施工难度较大，并且受煤质、岩质影响较大，在很大程度上影响煤矿开采效率。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种用于确定煤层走向及煤层厚度的方法、设备及系统，用于解决现有技术在确定煤层走向时，施工难度大，耗时长，导致煤矿开采效率降低的技术问题。

本发明提供一种用于确定煤层走向及煤层厚度的方法，应用在数据传输设备中，所述方法包括：

当钻铤在井下钻进时，获得由随钻测量设备发送的井身轨迹数据以及由伽玛探测设备发送的地层伽玛数据；

对所述井身轨迹数据及所述地层伽玛数据共同编码，将共同编码后的所述井身轨迹数据及所述地层伽玛数据通过单芯传输发送至上位机，以使所述上位机对所述地层伽玛数据及所述井身轨迹数据进行分析，确定煤层厚度及煤层走向。

可选的，所述获得由随钻测量设备发送的井身轨迹数据以及由伽玛探测设备发送的地层伽玛数据，包括：

利用数据接收串口接收所述井身轨迹数据；

利用定时器接收所述地层伽玛数据。

可选的，所述将所述井身轨迹数据及所述地层伽玛数据发送至上位机之前，包括：

对所述井身轨迹数据及所述地层伽玛数据进行缓存；

对缓存的所述井身轨迹数据及所述地层伽玛数据进行调制。

可选的，所述随钻测量设备及所述伽玛探测设备均安装在所述钻铤内部，并跟随所述钻铤同步移动。

本发明还提供一种数据传输设备，所述数据传输设备包括：

微控制器，用于当钻铤在井下钻进时，获得由随钻测量设备发送的井身轨迹数据以及由伽玛探测设备发送的地层伽玛数据；

数据调制器，用于对所述井身轨迹数据及所述地层伽玛数据共同编码，将共同编码后的所述井身轨迹数据及所述地层伽玛数据通过单芯传输发送至上位机，以使所述上位机对所述地层伽玛数据及所述井身轨迹数据进行分析，确定煤层厚度及煤层走向。

可选的，所述微控制器包括：

数据接收串口，用于接收所述井身轨迹数据；

定时器，用于接收所述地层伽玛数据。

可选的，所述微控制器还包括：

缓存器，用于对所述井身轨迹数据及所述地层伽玛数据进行缓存；

数据发送串口，用于将缓存器中的所述井身轨迹数据及所述地层伽玛数据发送至所述数据调制器；

所述数据调制器，还用于对缓存的所述井身轨迹数据及所述地层伽玛数据进行调制。

可选的，所述随钻测量设备及所述伽玛探测设备均安装在所述钻铤内部，并跟随所述钻铤同步移动。

本发明还提供一种用于确定煤层走向及煤层厚度的系统，所述系统包括：

随钻测量设备，安装在钻铤中，用于在所述钻铤在井下钻进时，采集井身轨迹数据；

伽玛探测设备，安装在所述钻铤中，用于在所述钻铤在井下钻进时，采集地层伽玛数据；

数据传输设备，用于接收由所述随钻测量设备发送的井身轨迹数据以及由伽玛探测设备发送的地层伽玛数据，并对所述井身轨迹数据及所述地层伽玛数据共同编码，将共同编码后的所述井身轨迹数据及所述地层伽玛数据通过单芯传输发送至上位机；

上位机，用于对所述地层伽玛数据及所述井身轨迹数据进行分析，确定煤层厚度及煤层走向。

可选的，所述上位机具体用于：

对所述地层伽玛数据进行解析，获得对应的脉冲数值；

基于所述脉冲数值确定地层的伽玛值；

基于所述地层的伽玛值及所述井身轨迹数据中的方位数据确定煤层位置、煤层顶板位置及煤层底板位置；

根据所述煤层位置、所述煤层顶板位置、所述煤层底板位置、所述井身轨迹数据中的井斜数据确定煤层厚度并预判煤层走向。

本发明提供了一种用于确定煤层走向及煤层厚度的方法、设备及系统，方法包括：当钻铤在井下钻进时，获得由随钻测量设备发送的井身轨迹数据以及由伽玛探测设备发送的地层伽玛数据；将所述井身轨迹数据及所述地层伽玛数据地层伽玛数据共同编码，将共同编码后的所述井身轨迹数据及所述地层伽玛数据通过单芯传输发送至上位机，以使所述上位机对所述地层伽玛数据及所述井身轨迹数据进行分析，确定煤层厚度及煤层走向；如此，当钻铤在井下钻进时，可以实时获取到井身轨迹数据及地层伽玛数据，进而根据地层伽玛数据及井身轨迹数据确定煤层厚度并预判煤层走向，实时指导钻铤沿煤层钻进；这样无需频繁开分支即可确定出煤层厚度及煤层走向，降低施工难度，提高煤矿开采效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的确定煤层走向及煤层厚度的系统结构框图；

图2为本发明实施例提供的确定煤层走向及煤层厚度的系统结构示意图；

图2-1为本发明实施例提供的确定煤层走向及煤层厚度的系统结构示意图的一部分示意图；

图2-2为本发明实施例提供的确定煤层走向及煤层厚度的系统结构示意图的另一部分示意图；

图3为本发明实施例提供的数据传输设备结构示意图；

图4为本发明实施例提供的用于显示煤层走向的人机界面示意图；

图5为本发明实施例提供的用于确定煤层走向及煤层厚度的方法流程示意图。

具体实施方式

为了解决现有技术在确定煤层走向时，施工难度大，耗时长，导致煤矿开采效率降低的技术问题，本发明提供了一种确定煤层走向及煤层厚度的方法、数据传输设备及系统。

下面通过附图及具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

实施例一

本实施例提供一种用于确定煤层走向及煤层厚度的系统，如图1及图2所示，系统包括：随钻测量设备1、伽玛探测设备2、数据传输设备3及上位机4；其中，

随钻测量设备1，安装在钻铤5内部，用于当钻铤在井下钻进时，采集井身轨迹数据；

伽玛探测设备2，安装在钻铤5内部，用于当钻铤在井下钻进时，采集地层伽玛数据；

数据传输设备3，安装在钻铤5内部，用于接收由随钻测量设备1发送的井身轨迹数据以及由伽玛探测设备2探测并发送的地层伽玛数据(为地层的原始伽玛数据)，对井身轨迹数据及地层伽玛数据共同编码，将共同编码后的井身轨迹数据及地层伽玛数据通过单芯传输发送至远端上位机4；

上位机4，安装在控制室，用于对地层伽玛数据及井身轨迹数据进行分析，确定煤层厚及煤层走向。

具体的，参考图2，随钻测量设备1偏心安装在钻铤5的内部，并位于钻铤5的一端；伽玛探测设备2偏心安装在钻铤5的内部，并位于钻铤5的另一端(靠近钻头位置)；钻测量设备1及伽玛探测设备2跟随钻铤5同步移动。其中，随钻测量设备1可以为(MWD，MeasureWhile Drilling)设备。

数据传输设备3通过撑芯6(可理解为固定部件)安装在钻铤5的内部，撑芯6位于数据传输设备3及随钻测量设备1之间。数据传输设备3位于随钻测量设备1与伽玛探测设备2之间。

为了防止随钻测量设备1、伽玛探测设备2及数据传输设备3在钻铤5挺进过程中受到损坏，钻测量设备1、伽玛探测设备2、数据传输设备3及撑芯6是安装在保护筒7中，保护筒7再整体安装至钻铤5管道的内部。保护筒7可以为钛金保护筒。

这里，继续参考图2-1(图2-1为图2的部分示意图)，系统还包括：硅胶柱8，安装在伽玛探测设备2的一端，用于减震。硅胶柱8的一端还安装有第一堵头9，第一堵头9用于防止水、灰尘等杂质进入伽玛探测设备2中。其中，第一堵头9可以为钛金堵头。

为了可以将保护筒7固定在钻铤5内部，系统还包括：第一卡簧槽10及固定螺丝11，安装在钻铤5管道的一端，用于将保护筒7的一端固定在钻铤5的一端。

因伽玛探测设备2需要偏心安装在钻铤5的内部，因此系统还包括：第一偏心隔板12，第一偏心隔板12安装在第一卡簧槽10的一侧，第一偏心隔板12用于提供定位功能，以能确保伽玛探测设备2偏心安装在钻铤5的内部。

进一步地，继续参考图2-1，系统还包括：第一涨紧螺丝13，安装在第一偏心隔板12上，用于紧固保护筒7。

同样的，为了对随钻测量设备1进行减震，参考图2-2(图2-2为图2的另一部分示意图)，系统还包括：轴向减震部件14，轴向减震部件14的一端与随钻测量设备1的一端相连。

轴向减震部件14的另一端与过渡接杆15的一端相连，过渡接杆15的另一端分别与第二堵头16、过渡电极17相连；其中，第二堵头16用于防止水、灰尘等杂质进入随钻测量设备1中。过渡电极17用于为随钻测量设备1、伽玛探测设备2及数据传输设备3提供电源，过渡电极17通过连接螺丝18固定。

这里，为了保护过渡电极17，过渡电极17外围(四周及表面)灌装有保护壳19，保护壳19的材料可以为高温环氧树脂。并且，在过渡电极17的一端还设置有绝缘套20。

继续参考图2-2，系统还包括：第二卡簧槽201，安装在钻铤5管道的另一端，用于将保护筒7的另一端固定在钻铤5的另一端。

同样的，因随钻测量设备1也需要偏心安装在钻铤5的内部，因此系统还包括：第二偏心隔板202，第二偏心隔板202安装在第二卡簧槽201的一侧，第二偏心隔板202用于提供定位功能，以能确保随钻测量设备1偏心安装在钻铤5的内部。

进一步地，继续参考图2-2，系统还包括：第二涨紧螺丝203，安装在第二偏心隔板202上，用于紧固保护筒7。

这里，在实际应用中，先将钻测量设备1、伽玛探测设备2、数据传输设备3及撑芯6等其他部件安装在保护筒7内，然后将保护筒7安装至钻铤5的管道内部，利用第一卡簧槽10及第二卡簧槽201将保护筒预固定，然后拧紧第一涨紧螺丝13及第二涨紧螺丝203，使得保护筒7紧固在钻铤5的内部。

当钻铤5在井下钻进时，每间隔预设的钻进距离(比如300m)，随钻测量设备1会实时采集井身轨迹数据，并将井身轨迹数据发送至数据传输设备3中；伽玛探测设备2会实时向井内发送伽玛射线，形成地层伽玛数据，并将地层伽玛数据发送至数据传输设备3中。其中，井身轨迹数据可以包括：井斜数据、方位数据、地磁倾角数据、磁性高边数据、重力高边数据及温度数据等。

这里，参考图3，数据传输设备3包括：微控制器、数据调制器21及电源22，微控制器包括：数据接收串口23、定时器24、缓存器25及数据发送串口26；控制器具体可以为MCU；其中，

数据传输设备3可通过数据接收串口23接收井身轨迹数据，通过定时器24接收地层伽玛数据，并对地层伽玛数据进行计数。

为了简化数据传输方式，提高数据传输效率，本实施例将井身轨迹数据及地层伽玛数据共同编码在一起，以电信号形式通过单芯传输发送至上位机4。那么当数据传输设备3接收到井身轨迹数据及地层伽玛数据后，对井身轨迹数据及地层伽玛数据进行缓存，以将井身轨迹数据及地层伽玛数据存储在缓存器25中；然后从缓存器中提取井身轨迹数据及地层伽玛数据，通过数据发送串口26将井身轨迹数据及地层伽玛数据发送至数据调制器21。

利用数据调制器21对井身轨迹数据及地层伽玛数据进行时分多址(TDMA，TimingDivision Multiple Access)调制。当然，调制方式并不限制与TDMA调制，可以根据实际情况确定。

然后将调制后的井身轨迹数据及地层伽玛数据发送至上位机4。

这里，电源22可以为数据调制器21及微控制器、随钻测量设备1及伽玛探测设备2提供电源。比如，电源22为数据调制器21及微控制器提供5V电源，为随钻测量设备1及伽玛探测设备2提供24V电源。

当上位机4接收到井身轨迹数据及地层伽玛数据后，对井身轨迹数据及地层伽玛数据进行解调，对解调后的地层伽玛数据及井身轨迹数据进行分析，确定煤层厚度及煤层走向。具体的，当钻铤挺进时，伽玛探测设备2会根据周围岩层放射性强度产生脉冲数(CPS)值，在不同的位置，CPS值是不同的。也即在煤层、煤层顶板、煤层底板位置处，对应的CPS值在会有差异。那么上位机4可以通过CPS值来确定地层的伽玛值，基于地层的伽玛值及井身轨迹数据中的方位数据确定煤层位置、煤层顶板位置及煤层底板位置，然后基于煤层位置、煤层顶板位置及煤层底板位置，并结合井身轨迹数据中的井斜数据确定煤层顶板高度、煤层底板高度及煤层顶板与煤层底板之间的高度差，进而确定出煤层厚度并预判煤层走向。

举例来说，当钻铤接近煤层顶板探测区域位置(距顶板大约300mm)时，对应的CPS值会有明显的增大；当钻铤处于底板探测区域位置(距底板大约300mm)时，对应的CPS值会有明显的减小。根据CPS值变化确定出对应的地层伽玛值，再结合钻铤方位数据即可确定出煤层顶板高度、煤层底板高度及两者之间的高度差，从而基于煤层顶板位置、煤层底板位置及井斜数据确定出煤层走向曲线，基于煤层顶板与煤层底板之间的高度差和确定出煤层厚度。

当确定出煤层走向时，实时将煤层走向推送至人机界面中，人机界面如图4所示。

基于同样的发明构思，本发明还提供一种用于确定煤层走向及煤层厚度的方法，详见实施例二。

实施例二

本实施例提供一种用于确定煤层走向及煤层厚度的方法，应用在数据传输设备中，如图5所示，方法包括：

S510，当钻铤在井下钻进时，获得由随钻测量设备发送的井身轨迹数据以及由伽玛探测设备发送的地层伽玛数据；

当钻铤在井下钻进时，每间隔预设的钻进距离(比如300m)，随钻测量设备会实时采集井身轨迹数据，并将井身轨迹数据发送至数据传输设备中；伽玛探测设备会实时向井内发送伽玛射线，形成地层伽玛数据，并将地层伽玛数据发送至数据传输设备中。其中，随钻测量设备及伽玛探测设备均安装在钻铤内部(安装方式已在上述实施例一中详细记载，故在此不再赘述)，并跟随钻铤同步移动。井身轨迹数据可以包括：井斜数据、方位数据、地磁倾角数据、磁性高边数据、重力高边数据及温度数据等。

那么数据传输设备即可获得由随钻测量设备发送的井身轨迹数据以及由伽玛探测设备发送的地层伽玛数据。

这里，参考图3，数据传输设备包括：控制器及数据调制器，控制器包括：数据接收串口、定时器、缓存器及数据发送串口；控制器具体可以为MCU；其中，

数据传输设备可通过数据接收串口接收井身轨迹数据，通过定时器接收地层伽玛数据，并对地层伽玛数据进行计数。

为了简化数据传输方式，提高数据传输效率，本实施例将井身轨迹数据及地层伽玛数据共同编码在一起，以电信号形式通过单芯传输发送至上位机4。那么当获取井身轨迹数据及地层伽玛数据后，将井身轨迹数据及地层伽玛数据发送至上位机之前，包括：

对所述井身轨迹数据及所述地层伽玛数据进行缓存；

对缓存的所述井身轨迹数据及所述地层伽玛数据进行调制。

具体的，对井身轨迹数据及地层伽玛数据进行缓存，以将井身轨迹数据及地层伽玛数据存储在缓存器中；然后从缓存器中提取井身轨迹数据及地层伽玛数据，通过数据发送串口将井身轨迹数据及地层伽玛数据发送至数据调制器。

利用数据调制器对井身轨迹数据及地层伽玛数据进行时分多址TDMA调制。当然，调制方式并不限制与TDMA调制，可以根据实际情况确定。

S511，对所述井身轨迹数据及所述地层伽玛数据共同编码，将共同编码后的所述井身轨迹数据及所述地层伽玛数据通过单芯传输发送至上位机，以使所述上位机对所述地层伽玛数据及所述井身轨迹数据进行分析，确定煤层厚度及煤层走向。

对井身轨迹数据及地层伽玛数据进行调制后(也即对井身轨迹数据及地层伽玛数据共同编码)，将共同编码后的井身轨迹数据及地层伽玛数据通过单芯传输发送至上位机，以使上位机对地层伽玛数据及井身轨迹数据进行分析，确定煤层厚度及煤层走向。

具体的，当钻铤挺进时，伽玛探测设备依照周围岩层放射性强度产生脉冲数(CPS)值，在不同的位置，CPS值是不同的。也即在煤层、煤层顶板、煤层底板位置处，对应的CPS值在会有差异，那么上位机可以通过CPS值确定地层的伽玛值，基于地层的伽玛值及井身轨迹数据中的方位数据确定煤层位置、煤层顶板位置及煤层底板位置，然后基于煤层位置、煤层顶板位置及煤层底板位置，并结合井身轨迹数据中的井斜数据确定煤层顶板高度、煤层底板高度及煤层顶板与煤层底板之间的高度差，进而确定出煤层厚度并预判煤层走向。

举例来说，当钻铤接近煤层顶板探测区域位置(距顶板大约300mm)时，对应的CPS值会有明显的增大；当钻铤处于底板探测区域位置(距底板大约300mm)时，对应的CPS值会有明显的减小。根据CPS值变化确定出对应的地层伽玛值，再结合钻铤方位数据即可确定出煤层顶板高度、煤层底板高度及两者之间的高度差，从而基于煤层顶板位置、煤层底板位置及井斜数据确定出煤层走向曲线，基于煤层顶板与煤层底板之间的高度差和确定出煤层厚度。

如此，当钻铤在井下钻进时，可以实时获取到井身轨迹数据及地层伽玛数据，进而根据地层伽玛数据及井身轨迹数据确定煤层厚度及煤层走向，实时指导钻铤沿煤层钻进；这样无需频繁开分支即可确定出煤层厚度及煤层走向，降低施工难度，提高煤矿开采效率。

基于同样的发明构思，本发明还提供一种用于确定煤层走向及煤层厚度的设备，详见实施例三。

实施例三

本实施例提供一种数据传输设备，如图3所示，数据传输设备包括：微控制器及数据调制器21；

微控制器，用于当钻铤在井下钻进时，获得由随钻测量设备1发送的井身轨迹数据以及由伽玛探测设备2发送的地层伽玛数据；

数据调制器21，用于将井身轨迹数据及地层伽玛数据发送至上位机，以使上位机对所述地层伽玛数据及井身轨迹数据进行分析，确定煤层厚度及煤层走向。

具体的，参考图3，数据传输设备包括：微控制器、数据调制器21及电源22，微控制器包括：数据接收串口23、定时器24、缓存器25及数据发送串口26；控制器具体可以为MCU；其中，

数据传输设备3可通过数据接收串口23接收井身轨迹数据，通过定时器24接收地层伽玛数据，并对地层伽玛数据进行计数。

为了简化数据传输方式，提高数据传输效率，本实施例将井身轨迹数据及地层伽玛数据共同编码在一起，再以电信号方式通过单芯传输发送至上位机4。那么当数据传输设备3接收到井身轨迹数据及地层伽玛数据后，对井身轨迹数据及地层伽玛数据进行缓存，以将井身轨迹数据及地层伽玛数据存储在缓存器中；然后从缓存器中提取井身轨迹数据及地层伽玛数据，通过数据发送串口26将井身轨迹数据及地层伽玛数据发送至数据调制器21。

利用数据调制器21对井身轨迹数据及地层伽玛数据进行时分多址TDMA调制。当然，调制方式并不限制与TDMA调制，可以根据实际情况确定。

然后将调制后的井身轨迹数据及地层伽玛数据发送至上位机4。

这里，电源22用于为数据调制器21及微控制器、随钻测量设备1及伽玛探测设备2提供电源。比如，电源22为数据调制器21及微控制器提供5V电源，为随钻测量设备1及伽玛探测设备2提供24V电源。

当上位机4接收到井身轨迹数据及地层伽玛数据后，对井身轨迹数据及地层伽玛数据进行解调，对解调后的地层伽玛数据及井身轨迹数据进行分析，确定煤层厚度及煤层走向。

具体的，当钻铤挺进时，伽玛探测设备2依照周围岩层放射性强度产生脉冲数(CPS)值，在不同的位置，CPS值是不同的。也即在煤层、煤层顶板、煤层底板位置处，对应的CPS值在会有差异，那么上位机可以通过CPS值确定地层的伽玛值，基于地层的伽玛值及井身轨迹数据中的方位数据确定煤层位置、煤层顶板位置及煤层底板位置，然后基于煤层位置、煤层顶板位置及煤层底板位置，并结合井身轨迹数据中的井斜数据确定煤层顶板高度、煤层底板高度及煤层顶板与煤层底板之间的高度差，进而确定出煤层厚度并预判煤层走向。

举例来说，当钻铤接近煤层顶板探测区域位置(距顶板大约300mm)时，对应的CPS值会有明显的增大；当钻铤处于底板探测区域位置(距底板大约300mm)时，对应的CPS值会有明显的减小。根据CPS值变化确定出对应的地层伽玛值，再结合钻铤方位数据即可确定出煤层顶板高度、煤层底板高度及两者之间的高度差，从而基于煤层顶板位置、煤层底板位置及井斜数据确定出煤层走向曲线，基于煤层顶板与煤层底板之间的高度差和确定出煤层厚度。

当确定出煤层走向时，实时将煤层走向推送至显示界面中，显示界面如图4所示。

本发明提供的一种确定煤层走向及煤层厚度的方法、设备及系统能带来的有益效果至少是：

本发明提供了一种确定煤层走向及煤层厚度的方法、数据传输设备及系统，方法包括：当钻铤在井下钻进时，获得由随钻测量设备发送的井身轨迹数据以及由伽玛探测设备发送的地层伽玛数据；将所述井身轨迹数据及所述地层伽玛数据地层伽玛数据共同编码，将共同编码后的所述井身轨迹数据及所述地层伽玛数据通过单芯传输发送至上位机，以使上位机对所述地层伽玛数据及井身轨迹数据进行分析，确定煤层厚度及煤层走向；如此，当钻铤在井下钻进时，可以实时获取到井身轨迹数据及地层伽玛数据，进而根据地层伽玛数据及井身轨迹数据确定煤层厚度及煤层走向，实时指导钻铤沿煤层钻进；这样无需频繁开分支即可确定出煤层厚度及煤层走向，降低施工难度，提高煤矿开采效率。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。