2015年科技成果鉆孔測斜儀解析

1、附件類別:科學(xué)技術(shù)成果申報表稱:YHQ- X （B）型全方位鉆孔測斜儀在峻德煤礦的應(yīng)用 源：運(yùn)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。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(fù)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、原理、技術(shù)關(guān)鍵、預(yù)定和達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)價值、國內(nèi)外水平比較等)主要用

2、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(jī)和探管以及它們之間的通信 線組成，儀器配有專用充電機(jī)。探管主要由自帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)、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(jī)由單片機(jī)、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(jī)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(jī)中，由同步機(jī)計算并顯示出結(jié)果，也可 將同步機(jī)與微機(jī)連接，將測量數(shù)據(jù)傳送到計算機(jī)中，由測

3、斜處理軟件對數(shù) 據(jù)進(jìn)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(hù)技術(shù)，使儀器既達(dá)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(jìn)行測斜。電路設(shè)計：系統(tǒng)采用以MSC1210為核心的單片機(jī)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、抗震性能強(qiáng)， 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

4、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(qiáng)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)一無纜測斜技術(shù)，測斜無需電纜，借助鉆桿推送探管，實(shí)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(dá)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)工作帶來的經(jīng)濟(jì)損失。經(jīng)濟(jì)價值：經(jīng)過多次探測實(shí)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

5、成的經(jīng)濟(jì)損失，占整個鉆孔施工投入費(fèi)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。科院西安分院研制、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(diǎn) ，被廣泛應(yīng)用 于煤礦井下水平鉆孔或定向鉆孔進(jìn)行測斜。項(xiàng)目負(fù)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)米集卡新型高科技物探設(shè)備在煤礦安全生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用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 YHQ- X（ B）型鉆孔測斜儀主要

6、由測斜探管、同步機(jī)兩部分VFC壓項(xiàng)目類別： 主要用途： 工作原理： 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、 頻轉(zhuǎn)換器、集單片機(jī)組成。同步機(jī)由同步單片機(jī)、液晶顯示器、觸摸式小 鍵盤等組成。在探管中的采集單片機(jī)，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(jī)則記錄測點(diǎn)的有效與無效 ，通 過測量鉆桿長度來確定每一測點(diǎn)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(diǎn)間隔：60 s2、存貯容量：1 440組3、工作時間：15 h4、探管耐壓：12 MPa90°/ 士0.2°5、測角范圍及精度：傾角+ 90°方位角0360

7、°/ ± 2°。技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)：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(jì)效益、社會效益：利用高科技的物探儀器，結(jié)合井下探測實(shí)踐， 提出合理化、準(zhǔn)確的理論基礎(chǔ)及經(jīng)驗(yàn)，充分利用全方位鉆孔測斜儀的 優(yōu)點(diǎn)，通過實(shí)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(shí)際狀況，達(dá)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)打下扎實(shí)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(xiàng)目完成單位（公章）：項(xiàng)目負(fù)責(zé)

8、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(qiáng)，該研究成果達(dá)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(jì)效益和社會效益，達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平，同意通 過成果鑒定。鑒定日期:鑒定日期:鑒定技術(shù)負(fù)責(zé)人：鶴崗礦業(yè)有限責(zé)任公司 鑒定意見:鑒定負(fù)責(zé)人：資料目錄：1.礦

9、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:織鑒定單定批準(zhǔn)日科學(xué)技術(shù)成果鑒定證書鶴煤鑒字2015 第 號登記號批準(zhǔn)日期成果登記:YHQ- X (B)型全方位鉆孔測斜儀在峻德煤礦的應(yīng)用:峻德煤礦地測大隊詳細(xì)技術(shù)說明及主要技術(shù)性能指標(biāo),特別 這樣,容易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、施工工藝等原因，導(dǎo)致施工的鉆孔總是要偏離設(shè)計軌跡 是鉆孔傾角為025°俯角及上仰角時，垂直方向偏離更加嚴(yán)重。

10、 鉆孔取得的數(shù)據(jù)與實(shí)際情況不相符，地質(zhì)資料的分析相當(dāng)困難 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(shí)際作業(yè)中的不利影響，主要有以下幾方面：1. 1使終孔點(diǎn)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(jìn)效率：1. 5增加材料消耗。鉆孔發(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(jìn)中，巖層多與鉆孔軸線斜交成一定角 度，由于鉆進(jìn)巖層的硬

11、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(xiàng)：2. 2. 1開孔時.鉆機(jī)基座不穩(wěn)固。2. 2. 2鉆具選用不當(dāng)，如：使用過短的鉆桿、大孔徑鉆進(jìn)中使 用不配套的細(xì)徑鉆桿、使用彎曲的鉆桿。2. 2. 3鉆進(jìn)過程中，鉆進(jìn)壓力選用不當(dāng)，多表現(xiàn)為由軟（硬）巖層鉆進(jìn)到硬（軟）巖層時，鉆進(jìn)壓力過大。2. 2. 4在松散的地層中（多為煤層），風(fēng)、水壓力過大，沖洗力太 強(qiáng)。造成孔壁與鉆具間隙過大，導(dǎo)致鉆孔彎曲。2. 2. 5鉆進(jìn)中，鉆機(jī)產(chǎn)生位移，未及時調(diào)整，導(dǎo)致鉆具與鉆孔 的中線不能保持一致，進(jìn)一步加大鉆孔彎曲程度。為了確定井下各類型鉆孔的偏斜

12、軌跡 ，提高地質(zhì)前探資料的準(zhǔn)確注：鑒定證書15頁由項(xiàng)目完成人填寫，69頁由鶴崗礦業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心組織填寫。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(yùn)而 生。YHQ- X (B)型鉆孔測斜儀主要由測斜探管、同步機(jī)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(jī)組成。同步機(jī)由同步單片機(jī)、液晶顯示器、觸摸式小鍵盤等組成。 在探管中的采集單片機(jī)，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(jī)則記錄測點(diǎn)的有效與無效，通過測量鉆桿長度來確定每一測點(diǎn)的孔深，并完成測量結(jié)果的計算與顯示。 儀器主要技術(shù)性能

13、：2、3、4、1、測點(diǎn)間隔：60 s 存貯容量：1 440組 工作時間：15 h 探管耐壓：12 MPa90°/ 士0.2°5、方位角0測角范圍及精度：傾角+ 90°360°/ 士 2°。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(jìn)行了多方面的研究，也采取了多 項(xiàng)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(jìn)過程是否沿預(yù)先設(shè)計 方向鉆進(jìn)，以達(dá)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

14、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(jìn)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(shí) 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(yàn)，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)，測斜無需電纜，借助鉆桿推送探管，實(shí)現(xiàn)了 真正意義上的全方位測量，使上仰、下俯、

15、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)工作單位在成果中所起的作用1張俊杰48本科米礦工程總工程師高級工程師峻德礦指導(dǎo)2徐玉山50本科地質(zhì)測量地質(zhì)科長峻德礦地測大隊組織實(shí)施3劉道光28本科地質(zhì)工程地質(zhì)科員峻德礦地測大隊具體操作、實(shí)施4鄭鵬28本科采礦工程地質(zhì)科員峻德礦地測大隊實(shí)施5宋士勇30本科米礦工程地質(zhì)科員峻德礦地測大隊實(shí)施6孫寶峰25本科地質(zhì)工程地質(zhì)科員峻德礦地測大隊實(shí)施7姚太寶24本科地質(zhì)工程地質(zhì)科員峻德礦地測大隊實(shí)施8910注：研究人員要嚴(yán)格按在項(xiàng)目研發(fā)中的貢獻(xiàn)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2.技術(shù),2008 , 36( 3) : 7-113.張典榮. 順煤層鉆進(jìn)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)與勘探，2003 , 31( 4) : 58-605.李之