2015年科技成果钻孔测斜仪解析

1、附件 1类别：科学技术成果申报表成果名称: YHQ- X （B） 型全方位钻孔测斜仪在峻德煤矿的应用任务来源: 运用 YHQ- X （B） 型全方位钻孔测斜仪 , 确定井下各类型钻孔的偏斜轨迹 , 准确控制钻孔见煤层、 见断层的三维坐标 , 提高地质资料分析的准确性。完 成 单 位 ：峻德煤矿地测大队主要研究人员；张俊杰徐玉山刘道光郑 鹏宋士勇孙宝峰姚太宝主要协作单位 : 各钻孔施工单位、分公司地质测量部工作起止时间:2014 年 6 月 至 2014 年 12 月填报单位负责人填报单位 : 峻德煤矿地测大队（盖章）（盖章）填报日期2015年 1月 30 日内 容 摘 要（包括成果的主要用途、

2、原理、技术关键、预定和达到的技术指标、经济价值、国内外水平比较等）主要用途：为了确定井下各类型钻孔的偏斜轨迹, 提高地质资料的准确性原 理：全方位钻孔测斜仪由测斜仪同步机和探管以及它们之间的通信线组成，仪器配有专用充电机。探管主要由自带模数转换器的单片机、倾角传感器和测向传感器、数据存储器、电源电路等组成 ; 同步机由单片机、键盘、显示器、数据存贮器、通信接口及电源电路等组成; 探管的主要功能是采集倾角传感器和磁阻传感器电信号，并将采样的数据存储在外部数据存储器中，同步机的主要功能是向探管发送同步命令和采集真假码数据，并将数据存储到存储器中，测量结束后探管将数据通信到同步机中，由同步机计算并显

3、示出结果，也可将同步机与微机连接，将测量数据传送到计算机中，由测斜处理软件对数据进行处理，绘制三维空间轨迹图。技术关键：安全设计 : YHQ-X( B) 型全方位钻孔测斜仪主要用于煤矿井下含有甲烷、 煤尘爆炸危险场所的测斜。因此，首先要防爆，仪器采用本质安全型防爆设计，并采用快速过流保护技术，使仪器既达到本质安全型要求，又携带方便，因此可使用于任何无磁性场所进行测斜。电路设计 : 系统采用以 MSC1210 为核心的单片机技术， 自带 8 路 24 位精密模数转换器，极大的减少了仪器电路设计，从而提高了整个系统的可靠性，并降低了功耗。传感器选择 : 仪器采用新型集成高精度倾角传感器， 它体积小

4、、抗震性能强，特别适合矿井下恶劣环境 ; 方位角传感器现测量选用体积小、 高精度、高集成度的磁阻传感器 ; 新型传感器的选用， 不仅使测斜仪体积大大减小， 降低电路复杂度，同时增强了仪器抗震性，提高了测量精度。系统设计 : 系统采用西安院的专利技术无缆测斜技术， 测斜无需电缆， 借助钻杆推送探管，实现了真正意义上的全方位测量，使上仰、下俯、水平、垂直各种钻孔测量简便易行，且使用方便。预定和达到的技术指标：煤矿施工井下各类型钻孔，迫切需要确定钻孔的偏斜轨迹 , 准确控制钻孔见煤层、见断层的位臵 , 提高地质资料分析的准确性。钻孔测斜技术是一种最佳的选择，可解决巷道误揭煤、误揭构造给正常生产工作带

5、来的经济损失。经济价值：经过多次探测实例总结计算后发现，可降低生产过程中因钻孔偏移轨迹情况不明所造成的经济损失，占整个钻孔施工投入费用的30左右。国内外水平比较：钻孔测斜是煤矿工程上多年存在的一道难题，目前虽然有部分国外厂家生产，但由于价格昂贵以及适用条件等各种因素，难以在井下应用。科院西安分院研制、生产的 YHQ- X （B）型钻孔测斜仪具有其防爆、携带方便、自动化程度高、无缆测量、测量准确等特点 , 被广泛应用于煤矿井下水平钻孔或定向钻孔进行测斜。项目负责人（签字） ：2015 年月日注：如本栏填写不下，可添页（规格与本页同）科技成果数据采集卡项目类别： 新型高科技物探设备在煤矿安全生产中

6、的实际应用主要用途： 为了确定井下各类型钻孔的偏斜轨迹, 提高地质资料的准确性工作原理： YHQ- X （B）型钻孔测斜仪主要由测斜探管、同步机两部分组成。探管由测角、测向传感元件及其电路、多路开关、放大器、 VFC 压频转换器、集单片机组成。同步机由同步单片机、液晶显示器、触摸式小键盘等组成。在探管中的采集单片机 , 可按事先编好的程序定时采集测斜数据存贮于 RAM 中 ,与探管同步工作的同步机则记录测点的有效与无效 , 通过测量钻杆长度来确定每一测点的孔深 , 并完成测量结果的计算与显示。技术指标： 1、测点间隔 : 60 s2、存贮容量 : 1 440 组3、工作时间 : 15 h4、探

7、管耐压 : 12 MPa5、测角范围及精度 : 倾角 + 90 90 / 0 2; 方位角 0 360 / 2。技术创新点：防爆、携带方便、自动化程度高、无缆测量、测量准确研发起止时间： 2014 年 6 月至 2014 年 12 月资金投入： 40 万元经济效益、社会效益：利用高科技的物探仪器，结合井下探测实践，提出合理化、准确的理论基础及经验，充分利用全方位钻孔测斜仪的优点，通过实测钻孔的偏斜轨迹 , 修正井下地质前探钻孔取得的地质数据 , 使得地质资料的分析更接近实际状况 , 达到探查各种局部地质变化的目的 , 为井下采掘活动提供可靠的地质保障。同时为提高钻孔使用效率、创造节约型矿区打下

8、扎实的基础，更好为矿区煤炭资源合理化开采提供无可估量的价值。项目完成单位（公章） ：项目负责人（章）：基层单位鉴定意见：钻孔测斜是煤矿工程上多年存在的一道难题，目前虽然有部分国外厂家生产，但由于价格昂贵以及适用条件等各种因素，难以在井下应用。“YHQ- X （ B） 型全方位钻孔测斜仪在峻德煤矿的应用”这一成果，是针对煤矿安全生产中亟待解决的突出问题，与煤矿生产安全密切结合，且应用性强，该研究成果达到了预期效果，取得了重要的安全生产科研成果，对我国煤矿灾害的预防和治理将发挥重要的技术支撑作用。同时为矿井安全生产创造了良好的经济效益和社会效益，达到了国内领先水平，同意通过成果鉴定。鉴定技术负责人

9、：鉴定日期：鹤岗矿业有限责任公司鉴定意见：鉴定负责人：鉴定日期：资料目录： 1.矿井地球物理勘探2. 龙荣生矿井地质学3.煤田地质与勘探4.工程地球物理学报5.煤炭技术 6.煤炭科学技术7.煤田地质与勘探 （盖章）附件 2类别：成果登记号登记批准日期科学技术成果鉴定证书鹤煤鉴字 2015 第号成果名称： YHQ- X （B） 型全方位钻孔测斜仪在峻德煤矿的应用完成单位：峻德煤矿地测大队鉴定形式：组织鉴定单位：鉴定日期：鉴定批准日期：详细技术说明及主要技术性能指标井下各类型钻孔是井下采掘地段探明各种局部地质变化常用的技术手段 , 广泛用于井下探煤层、探构造和探放水。由于煤岩层赋存状况变化、施工工

10、艺等原因 , 导致施工的钻孔总是要偏离设计轨迹 , 特别是钻孔倾角为 0 25俯角及上仰角时 , 垂直方向偏离更加严重。这样钻孔取得的数据与实际情况不相符 , 地质资料的分析相当困难 , 容易出现钻孔数量越多 , 越难分析煤层及构造的赋存状态的怪现象。钻孔弯曲对实际作业中的不利影响，主要有以下几方面：1 1 使终孔点偏离预定位臵且封孔质量难以保证，抽采及卸压消突效果难以保证，给安全生产带来威胁；1 2 对需要探明的煤层在层位、厚度上产生误判断。严重时甚至产生遗漏；并造成巷道与需探明的煤层问法距的错误，直接导致地质资料不准确：1 3 增加钻孔事故率：1 4 影响钻进效率：1 5 增加材料消耗。钻

11、孔发生弯曲的原因很多，具有不确定性其主要原因有：2 1 地质条件的影响：钻进中，岩层多与钻孔轴线斜交成一定角度，由于钻进岩层的硬度不同，在换层时受倾斜角度及岩层硬度差别的影响，使钻孔发生明显弯曲。 、2 2 人为操作的影响主要表现为以下几项：2 21 开孔时钻机基座不稳固。2 22 钻具选用不当，如：使用过短的钻杆、大孔径钻进中使用不配套的细径钻杆、使用弯曲的钻杆。223 钻进过程中，钻进压力选用不当，多表现为由软 (硬)岩层钻进到硬 (软 )岩层时，钻进压力过大。224 在松散的地层中 (多为煤层 )，风、水压力过大，冲洗力太强。造成孔壁与钻具间隙过大，导致钻孔弯曲。2 25 钻进中，钻机产

12、生位移，未及时调整，导致钴具与钻孔的中线不能保持一致，进一步加大钻孔弯曲程度。为了确定井下各类型钻孔的偏斜轨迹, 提高地质前探资料的准确性 , 煤科院西安分院研制、 生产的 YHQ- X （ B） 型钻孔测斜仪应运而生。YHQ- X（B）型钻孔测斜仪主要由测斜探管、同步机两部分组成。探管由测角、测向传感元件及其电路、 多路开关、放大器、 VFC 压频转换器、集单片机组成。同步机由同步单片机、液晶显示器、触摸式小键盘等组成。在探管中的采集单片机 , 可按事先编好的程序定时采集测斜数据存贮于RAM 中,与探管同步工作的同步机则记录测点的有效与无效 , 通过测量钻杆长度来确定每一测点的孔深 , 并完

13、成测量结果的计算与显示。仪器主要技术性能：1、测点间隔 : 60 s2、存贮容量 : 1 440 组3、工作时间 : 15 h4、探管耐压 : 12 MPa5、测角范围及精度 : 倾角 + 90 90 / 0 2;方位角 0 360 / 2。注：鉴定证书15 页由项目完成人填写，6 9 页由鹤岗矿业有限责任公司技术中心组织填写。推广应用前景与措施在煤炭工业生产中，煤与瓦斯突出一直是煤矿安全生产的最大隐患，直接威胁着矿工的安全。为此，国内外进行了多方面的研究，也采取了多项措施。目前利用采前钻孔预抽放瓦斯，降低煤岩层中瓦斯压力，仍是防止煤与瓦斯突出最有效的办法。但如何监测钻孔钻进过程是否沿预先设计

14、方向钻进，以达到预期的抽放目的，则成为技术性难题。钻孔测斜仪的研制，就是为解决这一技术难题而提出来的。并且随着科学技术的发展，受控定向钻进技术的日益成熟，矿井超前探测构造、探放水以及精确的工程钻探的广泛开展，迫切需要精度高、且能全方位测量钻孔轨迹的仪器，为此经过长期不断研究，研制出了全方位测量钻孔倾角和方位角的仪器，实现了真正意义上的全方位测量，使上仰、下俯、水平、垂直各种钻孔测量简便易行，从而解决了各种钻孔轨迹测量这一技术难题。全方位钻孔测斜仪在全国各地煤矿获得了广泛的应用，通过全国各地广泛试验，证明该仪器性能优良、测量精度高、操作方便、能够满足各种场所测斜。由于采用无缆测斜技术，测斜无需电

15、缆，借助钻杆推送探管，实现了真正意义上的全方位测量，使上仰、下俯、水平各种钻孔测斜简便易行。主要研究人员名单序号姓 名年龄文化程度所学专业现从事专业职称职务1张俊杰48本科采矿工程总工程师高级工程师2徐玉山50本科地质测量地质科长3刘道光28本科地质工程地质科员4郑 鹏28本科采矿工程地质科员5宋士勇30本科采矿工程地质科员6孙宝峰25本科地质工程地质科员7姚太宝24本科地质工程地质科员8910工作单位峻德矿峻德矿地测大队峻德矿地测大队峻德矿地测大队峻德矿地测大队峻德矿地测大队峻德矿地测大队在成果中所起的作用指导组织实施具体操作、实施实施实施实施实施注：研究人员要严格按在项目研发中的贡献大小准确排序，杜绝领导挂名现象，工作单位填写到所在区、科、车间。主要技术文件目录及来源1. 唐军 YHQ-X 型全方位钻孔测斜仪在煤矿地质超前钻探中的应用J 煤炭技术， 2007 ， 26( 10) :96-972. 董书宁，靳德武，冯宏 煤矿防治水实用技术及装备 J 煤炭科学技术， 2008 ， 36( 3) : 7-113. 郭爱煌，张典荣 顺煤层钻进监测系统研究报告 R 西安 : 煤炭科学研究总院西安分院， 1998 4. 张典荣，朱晓荣 高精度全方位钻孔测斜仪的研究及应用 J 煤田地质与