淺談定向儀器及故障分析

葉宰江

華東石油工程有限公司定向井公司 212000

摘要：在礦井聯(lián)系測量中用陀螺儀定向來確定井下起始邊的坐標(biāo)方位角，以減少起始邊方位角的誤差對(duì)最終點(diǎn)位的影響。本文結(jié)合多年的工作經(jīng)驗(yàn)，介紹了JDT-5A型陀螺連續(xù)測斜定向儀的組成，以及使用維護(hù)方面的事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：陀螺連續(xù)測斜定向儀；組成；故障分析；

【引 言】在凍結(jié)孔、注漿孔、瓦斯排放孔等工程施工中，由于對(duì)鉆孔偏斜要求非常高，常規(guī)測斜儀無法滿足施工要求。JDT-5A型陀螺測斜定向儀是專門為凍結(jié)孔鉆孔施工以及大傾角工程孔施工定向而設(shè)計(jì)的。測斜時(shí)不用提鉆具，具有高精度連續(xù)測斜、高精度糾偏定向、在儀器內(nèi)部設(shè)計(jì)了兩套相互獨(dú)立的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，在測斜數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，采用了適應(yīng)于凍結(jié)孔測量的動(dòng)態(tài)測量傳感器和定軸性能極強(qiáng)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)。

一、JDT-5A型陀螺連續(xù)測斜定向儀組成

JDT-5A型陀螺連續(xù)測斜定向儀由陀螺儀專用電源箱、地面數(shù)據(jù)處理箱、PP40打印機(jī)、測斜井下儀、測斜井下儀探管、定向儀、定向儀探管、測井絞車、絞車控制器、探管扶正器等部分組成。

二、JDT-5A型陀螺連續(xù)測斜定向儀使用維護(hù)

1、工作原理

在地面儀和井下儀正常的工作狀態(tài)下，測斜井下儀在鉆桿內(nèi)或凍結(jié)管內(nèi)下放測斜時(shí)，傾斜傳感器根據(jù)凍結(jié)孔在施工中的傾斜角度輸出相應(yīng)的信號(hào)，其幅度經(jīng)過井下儀電器部分放大輸出至地面儀再經(jīng)過地面數(shù)據(jù)處理箱把從井下儀輸出的電信號(hào)通過內(nèi)部電路轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信號(hào)推動(dòng)數(shù)碼顯示管顯示并輸出至打印機(jī)。其測斜原理和側(cè)向原理是依靠安裝在井下傳感器的兩個(gè)（x向y向）敏感傾角度傳感原件，組成了儀器的測量坐標(biāo)系，按照數(shù)學(xué)直角坐標(biāo)系的規(guī)律即可得出鉆孔在任意處的傾斜度和傾斜方向。定向系統(tǒng)的的原理主要是依靠陀螺儀的定軸性與高精度方位傳感器，組成了一個(gè)能夠反映儀器外體相對(duì)于定向軸轉(zhuǎn)動(dòng)的測量系統(tǒng)，當(dāng)定向儀外探管的入靴槽下放至螺桿鉆具的入靴鍵后，然后旋轉(zhuǎn)鉆具到所設(shè)計(jì)的糾偏定向角度。

2、檢修

（1）、根據(jù)地面儀電源箱的電流表和電壓表的工作狀態(tài)來判斷故障。第一、地面儀的電流表比正常工作電流小或啟動(dòng)按鈕按下井下儀不啟動(dòng)。電壓表比正常工作電壓高。根據(jù)故障情況判斷是陀螺馬達(dá)沒有工作，重點(diǎn)檢查陀螺馬達(dá)上的游絲是否斷路及相應(yīng)三相供電線路中是否有一相開路，另外還有測井絞車滑環(huán)、測井絞車電纜、井下儀上的線路輸入部分等是否開路。第二、地面儀的電流表比正常工作電流大或電壓表比正常工作電壓低。根據(jù)故障情況判斷：是三相供電線路相間短路或一相對(duì)地短路。重點(diǎn)檢查測井絞車滑環(huán)及測井電纜、井下儀線路輸入部分。另外還有地面儀的電流表比正常工作電流大但是電壓表是正常的工作電壓，其可能是陀螺馬達(dá)使用壽命要到期（陀螺馬達(dá)噪音大）。第三、地面儀啟動(dòng)正常，工作時(shí)電流表顯示不修正：根據(jù)故障情況判斷是修正電路工作不正常，重點(diǎn)檢查修正電路及相應(yīng)的連線及插頭部分。修正電路包括修正線圈、紅外發(fā)射管、紅外接收管、12伏直流繼電器、井下儀的直流12伏和直流2.8伏供電等。

（2）、根據(jù)地面儀面板擺幅指示器的狀態(tài)來判斷故障。第一、擺幅指示器顯示不正常：井下儀在不啟動(dòng)的情況下、故障一般是井下儀軟連開路、滑環(huán)開路、測井電纜開路、地面儀數(shù)據(jù)處理箱和地面儀電源箱之間的3芯連線開路等。第二、擺幅指示器顯示不正常：井下儀啟動(dòng)正常、一般情況下是陀螺儀專用電源箱至地面儀面板數(shù)據(jù)處理箱的信號(hào)線有開路的地方，另外是井下儀上的正負(fù)15伏工作直流供電出現(xiàn)問題。第三、地面儀數(shù)碼顯示管始終有干擾信號(hào)：根據(jù)故障判斷是地輪的信號(hào)輸出部分有干擾。主要是地輪計(jì)數(shù)器的插座之間進(jìn)水造成。

（3）、地面儀通電后地面數(shù)據(jù)處理箱在測斜功能狀態(tài)下，其面部狀態(tài)指示燈全亮。根據(jù)故障情況判斷：或是地面儀5伏供電電壓低，或是由于地面儀的內(nèi)部測斜數(shù)據(jù)部分電路板插頭和插座之間虛接造成，或是多功能轉(zhuǎn)換開關(guān)（三連九刀）損壞。

（4）、地面儀通電后地面數(shù)據(jù)處理箱在定向狀態(tài)下：數(shù)碼顯示管及功能狀態(tài)指示燈正常，但是深度計(jì)數(shù)不正常。根據(jù)故障情況判斷：或是地面儀定向部分15伏供電電壓低。或是地輪計(jì)數(shù)器的霍爾元件損壞?；蚴堑剌営?jì)數(shù)器至地面儀之間的信號(hào)線有開路的。

（5）、地面儀通電后地面數(shù)據(jù)處理箱工作在定向狀態(tài)下：數(shù)碼顯示管及功能狀態(tài)指示燈顯示亮度弱。根據(jù)故障情況判斷：主要是地面儀電源箱整流輸出的5伏直流電壓低，重點(diǎn)檢查5伏的整流橋，三端穩(wěn)壓集成電路等。

（6）、地面儀工作在測斜狀態(tài)通電后井下儀啟動(dòng)正常但是無測斜信號(hào)輸出。根據(jù)故障情況判斷：1是傾斜傳感器的初級(jí)焊點(diǎn)開路，2是傾斜傳感器支架上對(duì)應(yīng)初級(jí)的銅刷由于長時(shí)間工作磨損嚴(yán)重。

（7）、PP40打印機(jī)：9伏直流供電正常打印機(jī)不打印。根據(jù)故障情況判斷：或是地面儀數(shù)據(jù)處理箱內(nèi)的Z80-PIO損壞，或是打印機(jī)內(nèi)部的三端穩(wěn)壓集成塊損壞，打印機(jī)時(shí)常自動(dòng)走紙，主要是有干擾信號(hào)進(jìn)去，造成打印機(jī)誤動(dòng)作。干擾源一般情況下是220伏50HZ的3相交流電，解決辦法是換接另外2相220伏50HZ的電源。

（8）、儀器的調(diào)校步驟。井下儀機(jī)械部分放入效驗(yàn)臺(tái)：一通過24芯效驗(yàn)線聯(lián)接。二調(diào)整固定絲固定井下儀機(jī)械部分。三通電啟動(dòng)井下儀器。四調(diào)整底部的三個(gè)可調(diào)整絲使井下儀機(jī)械部分水平。五放入百分表凋零并固定。六進(jìn)行零位及精度的調(diào)整。另外平時(shí)通過打印機(jī)打印出的數(shù)據(jù)來判斷故障：在井下儀沒啟動(dòng)的情況下，用段測檔，打出的數(shù)據(jù)x、y應(yīng)是都為零。如果不是零，說明信號(hào)輸入線路有開路的地方。

三、故障案例分析

1、故障統(tǒng)計(jì)：

今年海藍(lán)儀器在現(xiàn)場使用共出現(xiàn)13次無信號(hào)，5次測斜數(shù)據(jù)異?；虿唤獯a。經(jīng)提鉆檢查后統(tǒng)計(jì)為：探管壞4次，扶正器絕緣被擊穿1次，電池沒電1次，電池筒損壞2次，驅(qū)動(dòng)頭損壞3次，脫鍵3次，砂卡4次。

2、故障分析：

（1）、探管損壞及電池沒電是無法預(yù)防的。

（2）、扶正器被擊穿及電池筒損壞經(jīng)提鉆檢查后發(fā)現(xiàn)是針與孔接觸問題造成。原因分析為針與孔接觸面積較小，容易在井下受到震動(dòng)影響而接觸不良?；蛘咭蜷L期接觸不良造成接觸點(diǎn)溫度過高而擊穿絕緣。

（3）、驅(qū)動(dòng)頭損壞主要表現(xiàn)為活塞及耐磨套被刺壞。這種情況都是在正常鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)。分析原因主要是活塞在井下工作時(shí)，活塞密封圈被刺壞。然后泥漿對(duì)活塞本體及耐磨套進(jìn)行沖刷造成損壞，使驅(qū)動(dòng)頭不工作造成儀器無信號(hào)。

（4）、脫鍵造成的原因是，井隊(duì)沒有按照現(xiàn)場指令書要求在入井鉆具中接入浮閥，且下鉆速度過快，使井內(nèi)泥漿導(dǎo)流入鉆具內(nèi)，從而頂出儀器坐鍵位置。其中兩次頂出使儀器卡在鉆鋌水眼內(nèi)。

（5）、砂卡造成無信號(hào)后經(jīng)提鉆檢查發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)頭活塞被卡死不工作，且砂卡都是在下鉆中途測試過程中，分析原因有幾個(gè)方面：浮閥可能存在問題，在下鉆速度過快的情況下使井內(nèi)砂子進(jìn)入儀器造成砂卡，或者泥漿中的砂子在中途測試時(shí)進(jìn)入活塞密封圈造成活塞卡死。

3、處理方案：

（1）、嚴(yán)格按設(shè)備的使用要求對(duì)現(xiàn)場儀器進(jìn)行地面檢測。

（2）、保證入井泥漿的清潔。開泵必須帶濾網(wǎng)，儀器入井必須有浮閥且完好狀態(tài)。

（3）、在下鉆過程中嚴(yán)格控制下鉆速度且多次中途測試，特殊情況下可加密測試儀器。

四、結(jié)束語

高精度的導(dǎo)線過程控制和陀螺定向作為堅(jiān)強(qiáng)邊，強(qiáng)制平差分段導(dǎo)線，從各個(gè)環(huán)節(jié)減小測量誤差，最終實(shí)現(xiàn)高精度控制之目的，從而廣泛應(yīng)用于井上下控制測量和大型貫通工程，深受測量者歡迎，精準(zhǔn)的完成各類礦區(qū)大型測量工程。

參考文獻(xiàn)：

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