2015年科技成果鉆孔測斜儀解析

1、附件 1類別：科學(xué)技術(shù)成果申報表成果名稱: YHQ- X （B） 型全方位鉆孔測斜儀在峻德煤礦的應(yīng)用任務(wù)來源: 運用 YHQ- X （B） 型全方位鉆孔測斜儀 , 確定井下各類型鉆孔的偏斜軌跡 , 準(zhǔn)確控制鉆孔見煤層、 見斷層的三維坐標(biāo) , 提高地質(zhì)資料分析的準(zhǔn)確性。完 成 單 位 ：峻德煤礦地測大隊主要研究人員；張俊杰徐玉山劉道光鄭 鵬宋士勇孫寶峰姚太寶主要協(xié)作單位 : 各鉆孔施工單位、分公司地質(zhì)測量部工作起止時間:2014 年 6 月 至 2014 年 12 月填報單位負責(zé)人填報單位 : 峻德煤礦地測大隊（蓋章）（蓋章）填報日期2015年 1月 30 日內(nèi) 容 摘 要（包括成果的主要用途、

2、原理、技術(shù)關(guān)鍵、預(yù)定和達到的技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟價值、國內(nèi)外水平比較等）主要用途：為了確定井下各類型鉆孔的偏斜軌跡, 提高地質(zhì)資料的準(zhǔn)確性原 理：全方位鉆孔測斜儀由測斜儀同步機和探管以及它們之間的通信線組成，儀器配有專用充電機。探管主要由自帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機、傾角傳感器和測向傳感器、數(shù)據(jù)存儲器、電源電路等組成 ; 同步機由單片機、鍵盤、顯示器、數(shù)據(jù)存貯器、通信接口及電源電路等組成; 探管的主要功能是采集傾角傳感器和磁阻傳感器電信號，并將采樣的數(shù)據(jù)存儲在外部數(shù)據(jù)存儲器中，同步機的主要功能是向探管發(fā)送同步命令和采集真假碼數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲到存儲器中，測量結(jié)束后探管將數(shù)據(jù)通信到同步機中，由同步機計算并顯

3、示出結(jié)果，也可將同步機與微機連接，將測量數(shù)據(jù)傳送到計算機中，由測斜處理軟件對數(shù)據(jù)進行處理，繪制三維空間軌跡圖。技術(shù)關(guān)鍵：安全設(shè)計 : YHQ-X( B) 型全方位鉆孔測斜儀主要用于煤礦井下含有甲烷、 煤塵爆炸危險場所的測斜。因此，首先要防爆，儀器采用本質(zhì)安全型防爆設(shè)計，并采用快速過流保護技術(shù)，使儀器既達到本質(zhì)安全型要求，又?jǐn)y帶方便，因此可使用于任何無磁性場所進行測斜。電路設(shè)計 : 系統(tǒng)采用以 MSC1210 為核心的單片機技術(shù)， 自帶 8 路 24 位精密模數(shù)轉(zhuǎn)換器，極大的減少了儀器電路設(shè)計，從而提高了整個系統(tǒng)的可靠性，并降低了功耗。傳感器選擇 : 儀器采用新型集成高精度傾角傳感器， 它體積小

4、、抗震性能強，特別適合礦井下惡劣環(huán)境 ; 方位角傳感器現(xiàn)測量選用體積小、 高精度、高集成度的磁阻傳感器 ; 新型傳感器的選用， 不僅使測斜儀體積大大減小， 降低電路復(fù)雜度，同時增強了儀器抗震性，提高了測量精度。系統(tǒng)設(shè)計 : 系統(tǒng)采用西安院的專利技術(shù)無纜測斜技術(shù)， 測斜無需電纜， 借助鉆桿推送探管，實現(xiàn)了真正意義上的全方位測量，使上仰、下俯、水平、垂直各種鉆孔測量簡便易行，且使用方便。預(yù)定和達到的技術(shù)指標(biāo)：煤礦施工井下各類型鉆孔，迫切需要確定鉆孔的偏斜軌跡 , 準(zhǔn)確控制鉆孔見煤層、見斷層的位臵 , 提高地質(zhì)資料分析的準(zhǔn)確性。鉆孔測斜技術(shù)是一種最佳的選擇，可解決巷道誤揭煤、誤揭構(gòu)造給正常生產(chǎn)工作帶

5、來的經(jīng)濟損失。經(jīng)濟價值：經(jīng)過多次探測實例總結(jié)計算后發(fā)現(xiàn)，可降低生產(chǎn)過程中因鉆孔偏移軌跡情況不明所造成的經(jīng)濟損失，占整個鉆孔施工投入費用的30左右。國內(nèi)外水平比較：鉆孔測斜是煤礦工程上多年存在的一道難題，目前雖然有部分國外廠家生產(chǎn)，但由于價格昂貴以及適用條件等各種因素，難以在井下應(yīng)用?？圃何靼卜衷貉兄?、生產(chǎn)的 YHQ- X （B）型鉆孔測斜儀具有其防爆、攜帶方便、自動化程度高、無纜測量、測量準(zhǔn)確等特點 , 被廣泛應(yīng)用于煤礦井下水平鉆孔或定向鉆孔進行測斜。項目負責(zé)人（簽字） ：2015 年月日注：如本欄填寫不下，可添頁（規(guī)格與本頁同）科技成果數(shù)據(jù)采集卡項目類別： 新型高科技物探設(shè)備在煤礦安全生產(chǎn)中

6、的實際應(yīng)用主要用途： 為了確定井下各類型鉆孔的偏斜軌跡, 提高地質(zhì)資料的準(zhǔn)確性工作原理： YHQ- X （B）型鉆孔測斜儀主要由測斜探管、同步機兩部分組成。探管由測角、測向傳感元件及其電路、多路開關(guān)、放大器、 VFC 壓頻轉(zhuǎn)換器、集單片機組成。同步機由同步單片機、液晶顯示器、觸摸式小鍵盤等組成。在探管中的采集單片機 , 可按事先編好的程序定時采集測斜數(shù)據(jù)存貯于 RAM 中 ,與探管同步工作的同步機則記錄測點的有效與無效 , 通過測量鉆桿長度來確定每一測點的孔深 , 并完成測量結(jié)果的計算與顯示。技術(shù)指標(biāo)： 1、測點間隔 : 60 s2、存貯容量 : 1 440 組3、工作時間 : 15 h4、探

7、管耐壓 : 12 MPa5、測角范圍及精度 : 傾角 + 90 90 / 0 2; 方位角 0 360 / 2。技術(shù)創(chuàng)新點：防爆、攜帶方便、自動化程度高、無纜測量、測量準(zhǔn)確研發(fā)起止時間： 2014 年 6 月至 2014 年 12 月資金投入： 40 萬元經(jīng)濟效益、社會效益：利用高科技的物探儀器，結(jié)合井下探測實踐，提出合理化、準(zhǔn)確的理論基礎(chǔ)及經(jīng)驗，充分利用全方位鉆孔測斜儀的優(yōu)點，通過實測鉆孔的偏斜軌跡 , 修正井下地質(zhì)前探鉆孔取得的地質(zhì)數(shù)據(jù) , 使得地質(zhì)資料的分析更接近實際狀況 , 達到探查各種局部地質(zhì)變化的目的 , 為井下采掘活動提供可靠的地質(zhì)保障。同時為提高鉆孔使用效率、創(chuàng)造節(jié)約型礦區(qū)打下

8、扎實的基礎(chǔ)，更好為礦區(qū)煤炭資源合理化開采提供無可估量的價值。項目完成單位（公章） ：項目負責(zé)人（章）：基層單位鑒定意見：鉆孔測斜是煤礦工程上多年存在的一道難題，目前雖然有部分國外廠家生產(chǎn)，但由于價格昂貴以及適用條件等各種因素，難以在井下應(yīng)用。“YHQ- X （ B） 型全方位鉆孔測斜儀在峻德煤礦的應(yīng)用”這一成果，是針對煤礦安全生產(chǎn)中亟待解決的突出問題，與煤礦生產(chǎn)安全密切結(jié)合，且應(yīng)用性強，該研究成果達到了預(yù)期效果，取得了重要的安全生產(chǎn)科研成果，對我國煤礦災(zāi)害的預(yù)防和治理將發(fā)揮重要的技術(shù)支撐作用。同時為礦井安全生產(chǎn)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，達到了國內(nèi)領(lǐng)先水平，同意通過成果鑒定。鑒定技術(shù)負責(zé)人

9、：鑒定日期：鶴崗礦業(yè)有限責(zé)任公司鑒定意見：鑒定負責(zé)人：鑒定日期：資料目錄： 1.礦井地球物理勘探2. 龍榮生礦井地質(zhì)學(xué)3.煤田地質(zhì)與勘探4.工程地球物理學(xué)報5.煤炭技術(shù) 6.煤炭科學(xué)技術(shù)7.煤田地質(zhì)與勘探 （蓋章）附件 2類別：成果登記號登記批準(zhǔn)日期科學(xué)技術(shù)成果鑒定證書鶴煤鑒字 2015 第號成果名稱： YHQ- X （B） 型全方位鉆孔測斜儀在峻德煤礦的應(yīng)用完成單位：峻德煤礦地測大隊鑒定形式：組織鑒定單位：鑒定日期：鑒定批準(zhǔn)日期：詳細技術(shù)說明及主要技術(shù)性能指標(biāo)井下各類型鉆孔是井下采掘地段探明各種局部地質(zhì)變化常用的技術(shù)手段 , 廣泛用于井下探煤層、探構(gòu)造和探放水。由于煤巖層賦存狀況變化、施工工

10、藝等原因 , 導(dǎo)致施工的鉆孔總是要偏離設(shè)計軌跡 , 特別是鉆孔傾角為 0 25俯角及上仰角時 , 垂直方向偏離更加嚴(yán)重。這樣鉆孔取得的數(shù)據(jù)與實際情況不相符 , 地質(zhì)資料的分析相當(dāng)困難 , 容易出現(xiàn)鉆孔數(shù)量越多 , 越難分析煤層及構(gòu)造的賦存狀態(tài)的怪現(xiàn)象。鉆孔彎曲對實際作業(yè)中的不利影響，主要有以下幾方面：1 1 使終孔點偏離預(yù)定位臵且封孔質(zhì)量難以保證，抽采及卸壓消突效果難以保證，給安全生產(chǎn)帶來威脅；1 2 對需要探明的煤層在層位、厚度上產(chǎn)生誤判斷。嚴(yán)重時甚至產(chǎn)生遺漏；并造成巷道與需探明的煤層問法距的錯誤，直接導(dǎo)致地質(zhì)資料不準(zhǔn)確：1 3 增加鉆孔事故率：1 4 影響鉆進效率：1 5 增加材料消耗。鉆

11、孔發(fā)生彎曲的原因很多，具有不確定性其主要原因有：2 1 地質(zhì)條件的影響：鉆進中，巖層多與鉆孔軸線斜交成一定角度，由于鉆進巖層的硬度不同，在換層時受傾斜角度及巖層硬度差別的影響，使鉆孔發(fā)生明顯彎曲。 、2 2 人為操作的影響主要表現(xiàn)為以下幾項：2 21 開孔時鉆機基座不穩(wěn)固。2 22 鉆具選用不當(dāng)，如：使用過短的鉆桿、大孔徑鉆進中使用不配套的細徑鉆桿、使用彎曲的鉆桿。223 鉆進過程中，鉆進壓力選用不當(dāng)，多表現(xiàn)為由軟 (硬)巖層鉆進到硬 (軟 )巖層時，鉆進壓力過大。224 在松散的地層中 (多為煤層 )，風(fēng)、水壓力過大，沖洗力太強。造成孔壁與鉆具間隙過大，導(dǎo)致鉆孔彎曲。2 25 鉆進中，鉆機產(chǎn)

12、生位移，未及時調(diào)整，導(dǎo)致鈷具與鉆孔的中線不能保持一致，進一步加大鉆孔彎曲程度。為了確定井下各類型鉆孔的偏斜軌跡, 提高地質(zhì)前探資料的準(zhǔn)確性 , 煤科院西安分院研制、 生產(chǎn)的 YHQ- X （ B） 型鉆孔測斜儀應(yīng)運而生。YHQ- X（B）型鉆孔測斜儀主要由測斜探管、同步機兩部分組成。探管由測角、測向傳感元件及其電路、 多路開關(guān)、放大器、 VFC 壓頻轉(zhuǎn)換器、集單片機組成。同步機由同步單片機、液晶顯示器、觸摸式小鍵盤等組成。在探管中的采集單片機 , 可按事先編好的程序定時采集測斜數(shù)據(jù)存貯于RAM 中,與探管同步工作的同步機則記錄測點的有效與無效 , 通過測量鉆桿長度來確定每一測點的孔深 , 并完

13、成測量結(jié)果的計算與顯示。儀器主要技術(shù)性能：1、測點間隔 : 60 s2、存貯容量 : 1 440 組3、工作時間 : 15 h4、探管耐壓 : 12 MPa5、測角范圍及精度 : 傾角 + 90 90 / 0 2;方位角 0 360 / 2。注：鑒定證書15 頁由項目完成人填寫，6 9 頁由鶴崗礦業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心組織填寫。推廣應(yīng)用前景與措施在煤炭工業(yè)生產(chǎn)中，煤與瓦斯突出一直是煤礦安全生產(chǎn)的最大隱患，直接威脅著礦工的安全。為此，國內(nèi)外進行了多方面的研究，也采取了多項措施。目前利用采前鉆孔預(yù)抽放瓦斯，降低煤巖層中瓦斯壓力，仍是防止煤與瓦斯突出最有效的辦法。但如何監(jiān)測鉆孔鉆進過程是否沿預(yù)先設(shè)計

14、方向鉆進，以達到預(yù)期的抽放目的，則成為技術(shù)性難題。鉆孔測斜儀的研制，就是為解決這一技術(shù)難題而提出來的。并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，受控定向鉆進技術(shù)的日益成熟，礦井超前探測構(gòu)造、探放水以及精確的工程鉆探的廣泛開展，迫切需要精度高、且能全方位測量鉆孔軌跡的儀器，為此經(jīng)過長期不斷研究，研制出了全方位測量鉆孔傾角和方位角的儀器，實現(xiàn)了真正意義上的全方位測量，使上仰、下俯、水平、垂直各種鉆孔測量簡便易行，從而解決了各種鉆孔軌跡測量這一技術(shù)難題。全方位鉆孔測斜儀在全國各地煤礦獲得了廣泛的應(yīng)用，通過全國各地廣泛試驗，證明該儀器性能優(yōu)良、測量精度高、操作方便、能夠滿足各種場所測斜。由于采用無纜測斜技術(shù)，測斜無需電

15、纜，借助鉆桿推送探管，實現(xiàn)了真正意義上的全方位測量，使上仰、下俯、水平各種鉆孔測斜簡便易行。主要研究人員名單序號姓 名年齡文化程度所學(xué)專業(yè)現(xiàn)從事專業(yè)職稱職務(wù)1張俊杰48本科采礦工程總工程師高級工程師2徐玉山50本科地質(zhì)測量地質(zhì)科長3劉道光28本科地質(zhì)工程地質(zhì)科員4鄭 鵬28本科采礦工程地質(zhì)科員5宋士勇30本科采礦工程地質(zhì)科員6孫寶峰25本科地質(zhì)工程地質(zhì)科員7姚太寶24本科地質(zhì)工程地質(zhì)科員8910工作單位峻德礦峻德礦地測大隊峻德礦地測大隊峻德礦地測大隊峻德礦地測大隊峻德礦地測大隊峻德礦地測大隊在成果中所起的作用指導(dǎo)組織實施具體操作、實施實施實施實施實施注：研究人員要嚴(yán)格按在項目研發(fā)中的貢獻大小準(zhǔn)確排序，杜絕領(lǐng)導(dǎo)掛名現(xiàn)象，工作單位填寫到所在區(qū)、科、車間。主要技術(shù)文件目錄及來源1. 唐軍 YHQ-X 型全方位鉆孔測斜儀在煤礦地質(zhì)超前鉆探中的應(yīng)用J 煤炭技術(shù)， 2007 ， 26( 10) :96-972. 董書寧，靳德武，馮宏 煤礦防治水實用技術(shù)及裝備 J 煤炭科學(xué)技術(shù)， 2008 ， 36( 3) : 7-113. 郭愛煌，張典榮 順煤層鉆進監(jiān)測系統(tǒng)研究報告 R 西安 : 煤炭科學(xué)研究總院西安分院， 1998 4. 張典榮，朱曉榮 高精度全方位鉆孔測斜儀的研究及應(yīng)用 J 煤田地質(zhì)與