2015年科技成果鉆孔測斜儀解析

1、附件 1類別：科學技術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用任務來源: 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 , 準確控制鉆孔見煤層、 見斷層的三維坐標 , 提高地質資料分析的準確性。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、分公司地質測量部工作起止時間:2014 年 6 月 至 2014 年 12 月填報單位負責人填報單位 : 峻德煤礦地測大隊（蓋章）（蓋章）填報日期2015年 1月 30 日內 容 摘 要（包括成果的主要用途、

2、原理、技術關鍵、預定和達到的技術指標、經濟價值、國內外水平比較等）主要用途：為了確定井下各類型鉆孔的偏斜軌跡, 提高地質資料的準確性原 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)轉換器的單片機、傾角傳感器和測向傳感器、數(shù)據存儲器、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)據存儲在外部數(shù)據存儲器中，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，并將數(shù)據存儲到存儲器中，測量結束后探管將數(shù)據通信到同步機中，由同步機計算并顯

3、示出結果，也可將同步機與微機連接，將測量數(shù)據傳送到計算機中，由測斜處理軟件對數(shù)據進行處理，繪制三維空間軌跡圖。技術關鍵：安全設計 : 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，儀器采用本質安全型防爆設計，并采用快速過流保護技術，使儀器既達到本質安全型要求，又攜帶方便，因此可使用于任何無磁性場所進行測斜。電路設計 : 系統(tǒng)采用以 MSC1210 為核心的單片機技術， 自帶 8 路 24 位精密模數(shù)轉換器，極大的減少了儀器電路設計，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， 降低電路復雜度，同時增強了儀器抗震性，提高了測量精度。系統(tǒng)設計 : 系統(tǒng)采用西安院的專利技術無纜測斜技術， 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。預定和達到的技術指標：煤礦施工井下各類型鉆孔，迫切需要確定鉆孔的偏斜軌跡 , 準確控制鉆孔見煤層、見斷層的位臵 , 提高地質資料分析的準確性。鉆孔測斜技術是一種最佳的選擇，可解決巷道誤揭煤、誤揭構造給正常生產工作帶

5、來的經濟損失。經濟價值：經過多次探測實例總結計算后發(fā)現(xiàn)，可降低生產過程中因鉆孔偏移軌跡情況不明所造成的經濟損失，占整個鉆孔施工投入費用的30左右。國內外水平比較：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，但由于價格昂貴以及適用條件等各種因素，難以在井下應用。科院西安分院研制、生產的 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、測量準確等特點 , 被廣泛應用于煤礦井下水平鉆孔或定向鉆孔進行測斜。項目負責人（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)據采集卡項目類別： 新型高科技物探設備在煤礦安全生產中

6、的實際應用主要用途： 為了確定井下各類型鉆孔的偏斜軌跡, 提高地質資料的準確性工作原理： 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、放大器、 VFC 壓頻轉換器、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 , 并完成測量結果的計算與顯示。技術指標： 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。技術創(chuàng)新點：防爆、攜帶方便、自動化程度高、無纜測量、測量準確研發(fā)起止時間： 2014 年 6 月至 2014 年 12 月資金投入： 40 萬元經濟效益、社會效益：利用高科技的物探儀器，結合井下探測實踐，提出合理化、準確的理論基礎及經驗，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 , 修正井下地質前探鉆孔取得的地質數(shù)據 , 使得地質資料的分析更接近實際狀況 , 達到探查各種局部地質變化的目的 , 為井下采掘活動提供可靠的地質保障。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，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，但由于價格昂貴以及適用條件等各種因素，難以在井下應用?！癥HQ- X （ B） 型全方位鉆孔測斜儀在峻德煤礦的應用”這一成果，是針對煤礦安全生產中亟待解決的突出問題，與煤礦生產安全密切結合，且應用性強，該研究成果達到了預期效果，取得了重要的安全生產科研成果，對我國煤礦災害的預防和治理將發(fā)揮重要的技術支撐作用。同時為礦井安全生產創(chuàng)造了良好的經濟效益和社會效益，達到了國內領先水平，同意通過成果鑒定。鑒定技術負責人

9、：鑒定日期：鶴崗礦業(yè)有限責任公司鑒定意見：鑒定負責人：鑒定日期：資料目錄： 1.礦井地球物理勘探2. 龍榮生礦井地質學3.煤田地質與勘探4.工程地球物理學報5.煤炭技術 6.煤炭科學技術7.煤田地質與勘探 （蓋章）附件 2類別：成果登記號登記批準日期科學技術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：鑒定批準日期：詳細技術說明及主要技術性能指標井下各類型鉆孔是井下采掘地段探明各種局部地質變化常用的技術手段 , 廣泛用于井下探煤層、探構造和探放水。由于煤巖層賦存狀況變化、施工工

10、藝等原因 , 導致施工的鉆孔總是要偏離設計軌跡 , 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重。這樣鉆孔取得的數(shù)據與實際情況不相符 , 地質資料的分析相當困難 , 容易出現(xiàn)鉆孔數(shù)量越多 , 越難分析煤層及構造的賦存狀態(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 使終孔點偏離預定位臵且封孔質量難以保證，抽采及卸壓消突效果難以保證，給安全生產帶來威脅；1 2 對需要探明的煤層在層位、厚度上產生誤判斷。嚴重時甚至產生遺漏；并造成巷道與需探明的煤層問法距的錯誤，直接導致地質資料不準確：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，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，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、水壓力過大，沖洗力太強。造成孔壁與鉆具間隙過大，導致鉆孔彎曲。2 25 鉆進中，鉆機產

12、生位移，未及時調整，導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, 提高地質前探資料的準確性 , 煤科院西安分院研制、 生產的 YHQ- X （ B） 型鉆孔測斜儀應運而生。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、放大器、 VFC 壓頻轉換器、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、成測量結果的計算與顯示。儀器主要技術性能：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)有限責任公司技術中心組織填寫。推廣應用前景與措施在煤炭工業(yè)生產中，煤與瓦斯突出一直是煤礦安全生產的最大隱患，直接威脅著礦工的安全。為此，國內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先設計

14、方向鉆進，以達到預期的抽放目的，則成為技術性難題。鉆孔測斜儀的研制，就是為解決這一技術難題而提出來的。并且隨著科學技術的發(fā)展，受控定向鉆進技術的日益成熟，礦井超前探測構造、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難題。全方位鉆孔測斜儀在全國各地煤礦獲得了廣泛的應用，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，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專業(yè)現(xiàn)從事專業(yè)職稱職務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本科地質測量地質科長3劉道光28本科地質工程地質科員4鄭 鵬28本科采礦工程地質科員5宋士勇30本科采礦工程地質科員6孫寶峰25本科地質工程地質科員7姚太寶24本科地質工程地質科員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：研究人員要嚴格按在項目研發(fā)中的貢獻大小準確排序，杜絕領導掛名現(xiàn)象，工作單位填寫到所在區(qū)、科、車間。主要技術文件目錄及來源1. 唐軍 YHQ-X 型全方位鉆孔測斜儀在煤礦地質超前鉆探中的應用J 煤炭技術， 2007 ， 26( 10) :96-972. 董書寧，靳德武，馮宏 煤礦防治水實用技術及裝備 J 煤炭科學技術， 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用 J 煤田地質與