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(bào)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(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。完 成 單 位 ：峻德煤礦地測大隊(duì)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(shí)間:2014 年 6 月 至 2014 年 12 月填報(bào)單位負(fù)責(zé)人填報(bào)單位 : 峻德煤礦地測大隊(duì)（蓋章）（蓋章）填報(bào)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(dá)到的技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)價(jià)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(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(chǔ)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(chǔ)在外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǔ)到存儲(chǔ)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(jì)算并顯

3、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(jì)算機(jī)中，由測斜處理軟件對數(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(jì) : 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(xiǎn)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(jì)，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(jì) : 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(jì)，從而提高了整個(gè)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(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(shí)增強(qiáng)了儀器抗震性，提高了測量精度。系統(tǒng)設(shè)計(jì) : 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(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

5、來的經(jīng)濟(jì)損失。經(jīng)濟(jì)價(jià)值：經(jīng)過多次探測實(shí)例總結(jié)計(jì)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(jì)損失，占整個(gè)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(jià)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(dòng)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)采集卡項(xiàng)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(shí)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(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(shí)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(jì)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(shí)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(diǎn)：防爆、攜帶方便、自動(dòng)化程度高、無纜測量、測量準(zhǔn)確研發(fā)起止時(shí)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(huì)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(dòng)提供可靠的地質(zhì)保障。同時(shí)為提高鉆孔使用效率、創(chuàng)造節(jié)約型礦區(qū)打下

8、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(jià)值。項(xiàng)目完成單位（公章） ：項(xiàng)目負(fù)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(jià)格昂貴以及適用條件等各種因素，難以在井下應(yīng)用?！癥HQ- 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(shí)為礦井安全生產(chǎn)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平，同意通過成果鑒定。鑒定技術(shù)負(fù)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(fù)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(bào)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(duì)鑒定形式：組織鑒定單位：鑒定日期：鑒定批準(zhǔn)日期：詳細(xì)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(jì)軌跡 , 特別是鉆孔傾角為 0 25俯角及上仰角時(shí) , 垂直方向偏離更加嚴(yán)重。這樣鉆孔取得的數(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 , 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(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(shí)甚至產(chǎn)生遺漏；并造成巷道與需探明的煤層問法距的錯(cuò)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

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(jìn)中，巖層多與鉆孔軸線斜交成一定角度，由于鉆進(jìn)巖層的硬度不同，在換層時(shí)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 21 開孔時(shí)鉆機(jī)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(jìn)中使用不配套的細(xì)徑鉆桿、使用彎曲的鉆桿。223 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(shí)，鉆進(jìn)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(qiáng)。造成孔壁與鉆具間隙過大，導(dǎo)致鉆孔彎曲。2 25 鉆進(jìn)中，鉆機(jī)產(chǎn)

12、生位移，未及時(shí)調(diào)整，導(dǎo)致鈷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(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(shí)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

13、成測量結(jié)果的計(jì)算與顯示。儀器主要技術(shù)性能：1、測點(diǎn)間隔 : 60 s2、存貯容量 : 1 440 組3、工作時(shí)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(xiàng)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(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(jì)

14、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

15、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(duì)峻德礦地測大隊(duì)峻德礦地測大隊(duì)峻德礦地測大隊(duì)峻德礦地測大隊(duì)峻德礦地測大隊(duì)在成果中所起的作用指導(dǎo)組織實(shí)施具體操作、實(shí)施實(shí)施實(shí)施實(shí)施實(shí)施注：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(shí)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(jìn)監(jiān)測系統(tǒng)研究報(bào)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