一種非開挖鉆機的鉆頭及該鉆頭的定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種非開挖鉆機的鉆頭，所述鉆頭內(nèi)設(shè)置有探棒，所述探棒內(nèi)設(shè)置有天線，其特征在于，所述天線具有同軸設(shè)置的至少兩組并且發(fā)射頻率互不相同。還公開了一種上述鉆頭的定位方法。通過在鉆頭中設(shè)置兩組天線，根據(jù)平移關(guān)系，兩組天線的兩個前點或兩個后點的距離與天線的距離相同，因此在鉆頭鉆進的整個施工過程中，操作人員只需要移動一段較小的距離(兩組天線之間的距離)就可以確定地下探棒的軸線方向，移動距離少，操作起來更方便、快捷而且安全。
【專利說明】一種非開挖鉆機的鉆頭及該鉆頭的定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鉆具，尤其是一種非開挖鉆機的鉆頭，以及該鉆頭的定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著城市建設(shè)的大規(guī)模發(fā)展，需要在城市中鋪設(shè)截污管或能源(液化氣、天然氣等)供應(yīng)管，較常用的方法是開挖槽來埋管埋線，這會造成環(huán)境污染，引起交通堵塞，并且存在施工安全隱患。
[0003]因此，目前也已開發(fā)使用了非開挖鋪管技術(shù)，即一種利用巖土鉆掘手段，在路面不挖溝、不破壞大面積地表層的情況下，鋪設(shè)、修復(fù)和更換地下管線的施工技術(shù)。使用非開挖技術(shù)具有周期短、成本低、污染少、安全性能好等優(yōu)點，而且不會影響正常的交通秩序。
[0004]非開挖鋪管技術(shù)應(yīng)用較廣的為水平導(dǎo)向前進法，其是利用非開挖導(dǎo)向儀引導(dǎo)裝有鉆頭的鉆桿進行定向前進來實現(xiàn)。非開挖導(dǎo)向儀包括提供鉆頭實時的工況-深度、傾角以及鐘點方向，讓地面的操作人員實時掌握鉆孔軌跡以便對后續(xù)的操作進行及時的修正，以保證按既定的路線軌跡精確定向，完成非開挖鋪管。由此可見，非開挖鋪管技術(shù)對于非開挖導(dǎo)向儀的精確測量有著很高的要求。
[0005]非開挖導(dǎo)向儀一般由地下探棒，地面接收儀，遠程顯示器三個部分組成。傳統(tǒng)的非開挖導(dǎo)向儀是利用檢測地下探棒的天線發(fā)射電磁波來進行定位的。
[0006]圖1所示為天線輻射電磁場在垂直面上的分布圖，導(dǎo)向儀的地下探棒，其信號發(fā)射天線I’發(fā)射的電磁波形狀在任一過天線I’軸線的平面上具有如圖1所示的形狀。在其每一根電磁感應(yīng)線上均存在三個特殊位置點，如圖1中所示的A1、A2和探棒正上方的m點。其中Al和A2點的磁場方向Pl和P2與天線I’軸線0102方向垂直(假設(shè)Al處的磁場方向垂直向下，則A2處的磁場方向垂直向上)，兩點的連線與軸線0102平行。在工程上一般將位于鉆頭前方的特殊位置點(磁場方向垂直向下，假設(shè)為Al)稱為前點,將位于鉆頭后方的特殊位置點(磁場方向垂直向上，假設(shè)為A2)稱為后點。K線為將磁感應(yīng)線上的一系列前點連接得到的線，m點位于探棒正上方，其磁場方向與天線I’軸線0102方向平行。
[0007]傳統(tǒng)非開挖導(dǎo)向儀的定位方法是首先利用地面的接收儀2’找到探棒軸線位置的正上方，然后通過接收儀2’的接收天線分別找到前點Al和后點A2，再根據(jù)前點、后點A1A2的連線方向獲得探棒軸線的指向，從而知道鉆頭的前進方向。利用接收儀2’沿著前點、后點A1A2的連線方向?qū)ふ业诫姶艌龇较蚺c探棒軸線方向平行的m點，則m點的正下方為探棒的位置，接收天線根據(jù)接收到的信號強度可以計算出探棒與接收儀2’的距離從而獲得鉆頭在地下的深度。遠程顯示器3’同步顯示接收儀2’計算出的探棒的空間位置信息，供鉆機操作人員進行正確的導(dǎo)向操作。具體的定位方法，可以參見申請?zhí)枮?00410046887.4的中國專利申請公開的一種水平定向鉆進導(dǎo)向定位方法及定位儀。
[0008]從圖1中可以看出，隨著與探棒軸線垂直距離的增加，需要尋找的前點Al與后點A2之間的距離也快速增加。在鉆頭鉆進的過程中，操作人員需要不斷尋找前點Al與后點A2來實時定位鉆頭的前進方向，因此當探棒在地下較深位置時，來回往復(fù)尋找前后點定位的方法將會耗費大量時間，尤其是當鉆頭位于馬路中央的下方時，需要操作人員多次往返于馬路兩邊，在應(yīng)用過程中存在極大安全隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的第一個技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種便于定位的非開挖鉆機的鉆頭。
[0010]本發(fā)明所要解決的第二個技術(shù)問題是上述這種鉆頭的定位方法。
[0011]本發(fā)明解決上述第一個技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種非開挖鉆機的鉆頭，所述鉆頭內(nèi)設(shè)置有探棒，所述探棒內(nèi)設(shè)置有天線，其特征在于，所述天線具有同軸設(shè)置的至少兩組并且發(fā)射頻率互不相同。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，天線的設(shè)置方式為，兩組天線設(shè)于同一根探棒內(nèi)，兩組天線位于探棒的同側(cè)或兩側(cè)，由此安裝維護方便，裝置結(jié)構(gòu)少，出現(xiàn)故障的概率小。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，天線的設(shè)置方式為，所述探棒具有同軸設(shè)置的兩根，每一根探棒內(nèi)設(shè)置一組天線，由此安裝靈活，可以根據(jù)工程實際情況確定兩天線的距離，使測量精度達到最佳效果(當天線在地下位置較深時，如果兩天線距離仍然較近，根據(jù)兩點(實際測量的都是兩個小區(qū)域)間確定的直線與實際的位置可能偏差較大。因此當天線在地下較淺位置，可以讓兩天線距離適當減少，當在地下較深位置可以增加兩天線距離)。
[0014]本發(fā)明解決上述第二個技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種如上所述的鉆頭的定位方法，所述定位方法采用非開挖導(dǎo)向儀，其特征在于，包括如下步驟:
[0015]I)利用導(dǎo)向儀地面的接收儀首先尋找到兩組天線中其中一組天線發(fā)射的磁感應(yīng)線上磁場方向垂直的第一點；
[0016]2)利用所述接收儀在上述第一點附近尋找另一組天線發(fā)射的磁感應(yīng)線上磁場方向一致的第二點，第一點和第二點之間的距離與兩組天線的中心點距離相同；
[0017]3)通過上述第一點和第二點之間的連線方向確定所述探棒軸線的方向；
[0018]4)利用所述接收儀在上述第一點和第二點附近尋找磁場方向與所述軸線平行的第三點，所述第三點的正下方為所述探棒的位置，從而獲得鉆頭在地下的深度。
[0019]如果接收儀在鉆頭前方某一位置，則第一點和第二點為前點，所述第一點的磁場方向垂直向上。
[0020]如果接收儀在鉆頭后方某一位置，則第一點和第二點為后點，所述第一點的磁場方向垂直向下。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:通過在鉆頭中設(shè)置兩組天線，根據(jù)平移關(guān)系，兩組天線的兩個前點或兩個后點的距離與天線的距離相同，因此在鉆頭鉆進的整個施工過程中，操作人員只需要移動一段較小的距離(兩組天線之間的距離)就可以確定地下探棒的軸線方向，移動距離少，操作起來更方便、快捷而且安全。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的導(dǎo)向儀定位原理圖；
[0023]圖2-1為本發(fā)明的鉆頭的第一個實施例的示意圖；
[0024]圖2-2為本發(fā)明的鉆頭的第二個實施例的示意圖；[0025]圖2-3為本發(fā)明的鉆頭的第三個實施例的示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明的鉆頭定位原理圖。
【具體實施方式】
[0027]以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0028]參見圖2-1?圖2-3, —種非開挖鉆機的鉆頭,其內(nèi)設(shè)置有兩組發(fā)射頻率不同的天線，第一天線I和第二天線2。如圖2-1所示，鉆頭內(nèi)設(shè)置有非開挖導(dǎo)向儀的探棒3，兩組天線同軸并列的設(shè)置在鉆頭內(nèi)的探棒3內(nèi)的一側(cè)，電池倉4則位于探棒3的另一個末端；如圖2-2所示，與圖2-1不同之處在于，電池倉4位于兩組天線之間；如圖2-3所示，鉆頭內(nèi)設(shè)有兩根探棒，第一探棒31和第二探棒32，其中第一天線I位于第一探棒31內(nèi)，第二天線2位于第二探棒32內(nèi)，第一探棒31和第二探棒32同軸設(shè)置，兩組天線也保持同軸。
[0029]由于設(shè)置了兩組頻率不同的天線，兩組天線處在同一軸線上且距離較近，兩組天線的中心距離為S，則兩組天線發(fā)射的信號在空間中的分布也是沿軸線平移距離S。根據(jù)平移關(guān)系，第一天線I的磁場方向垂直向下的前點A和磁場方向垂直向上的后點B、第二天線2的磁場方向垂直向下的前點C和磁場方向垂直向上的后點D也處于同一直線b上,且該直線b與探棒的軸線0102(有兩根探棒時，軸線也只有一條)相互平行，參見圖3，本發(fā)明中所指的垂直是指磁場方向與探棒的軸向垂直。
[0030]根據(jù)上述位置關(guān)系，只需要單獨尋找到以上四個特殊位置點中的兩個點(兩個前點或兩個后點)就可以根據(jù)兩點間的連線確定探棒的軸線方向，此后可根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)知道鉆頭的前進方向，確定鉆頭在地下的深度。
[0031]設(shè)置兩組天線后，采用非開挖導(dǎo)向儀對鉆頭的定位方法為:
[0032]若非開挖導(dǎo)向儀的地面接收儀處在鉆頭前方某一位置，則
[0033]I)利用接收儀首先尋找到第一天線I的前點A (或第二天線2的前點C)，在地面做好標記；
[0034]2)然后在附近尋找到第二天線2的前點C (或第一天線I的前點A)，在地面做好標記；
[0035]3)連接兩個前點的直線所指向的方向即為探棒軸線的方向；
[0036]4)找到磁場方向與該直線方向平行的點，該點的正下方為探棒的位置(兩根探棒時，是否因為兩者之間距離很近，可視為同一個位置)，接收天線根據(jù)接收到的信號強度可以計算出探棒與接收儀的距離從而獲得鉆頭在地下的深度。
[0037]相應(yīng)地，若地面接收儀器處在鉆頭后方某一位置，則
[0038]I)利用接收儀首先尋找到第一天線I的后點B (或第二天線2的后點D)，在地面做好標記；
[0039]2)然后利用接收儀在附近尋找到第二天線2的后點D (或第一天線I的后點B)，在地面做好標記；
[0040]3)兩個后點間的連線方向就是鉆頭的軸線方向；
[0041]4)找到磁場方向與該直線方向平行的點，該點的正下方為探棒的位置，接收天線根據(jù)接收到的信號強度可以計算出探棒與接收儀的距離從而獲得鉆頭在地下的深度。
【權(quán)利要求】
1.一種非開挖鉆機的鉆頭，所述鉆頭內(nèi)設(shè)置有探棒，所述探棒內(nèi)設(shè)置有天線，其特征在于，所述天線具有同軸設(shè)置的至少兩組并且發(fā)射頻率互不相同。
2.如權(quán)利要求1所述的非開挖鉆機的鉆頭，其特征在于，兩組天線設(shè)于同一根探棒內(nèi)，兩組天線位于探棒的同側(cè)或兩側(cè)。
3.如權(quán)利要求2所述的非開挖鉆機的鉆頭，其特征在于，所述探棒具有同軸設(shè)置的兩根，每一根探棒內(nèi)設(shè)置一組天線。
4.一種如權(quán)利要求1~3中任一項所述的鉆頭的定位方法，所述定位方法采用非開挖導(dǎo)向儀，其特征在于，包括如下步驟: 1)利用導(dǎo)向儀地面的接收儀首先尋找到兩組天線中其中一組天線發(fā)射的磁感應(yīng)線上磁場方向垂直的第一點； 2)利用所述接收儀在上述第一點附近尋找另一組天線發(fā)射的磁感應(yīng)線上磁場方向一致的第二點，第一點和第二點之間的距離與兩組天線的中心點距離相同； 3)通過上述第一點和第二點之間的連線方向確定所述探棒軸線的方向； 4)利用所述接收儀在上述第一點和第二點附近尋找磁場方向與所述軸線平行的第三點，所述第三點的正下方為所述探棒的位置，從而獲得鉆頭在地下的深度。
5.如權(quán)利要求4所述的非開挖導(dǎo)向儀定位方法,其特征在于,所述第一點的磁場方向垂直向上。
6.如權(quán)利要求4所述的非開挖導(dǎo)向儀定位方法,其特征在于，所述第一點的磁場方向垂直向下。
【文檔編號】E21B10/00GK103899251SQ201410153723
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月16日
【發(fā)明者】金鍵 申請人:黃山金地電子有限公司