何俊忠 郭云峰 劉春希

(1.山西離柳焦煤集團(tuán);2.煤科集團(tuán)沈陽(yáng)研究院有限公司；3.煤礦安全技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

煤礦井下鉆探技術(shù)是常用的探明礦井各種局部地質(zhì)變化技術(shù)手段，廣泛適用于探明井下煤層走勢(shì)、探明地質(zhì)構(gòu)造、瓦斯抽采和探放水等[1-2]。我國(guó)大部分煤礦使用的傳統(tǒng)鉆機(jī)都不具備測(cè)量鉆孔傾角、方位角等測(cè)斜裝備，通常是在施工完成的鉆孔中重新下入測(cè)斜儀進(jìn)行鉆孔軌跡測(cè)量[3-5]，采用傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝無(wú)法對(duì)鉆孔空間軌跡進(jìn)行測(cè)量，導(dǎo)致實(shí)測(cè)軌跡和設(shè)計(jì)軌跡存在較大偏差[6-8]，不能有效消除探測(cè)盲區(qū)。本研究介紹的YZG7礦用鉆孔軌跡儀，利用安裝在無(wú)磁鉆桿上的軌跡記錄探管，自動(dòng)進(jìn)行鉆進(jìn)過(guò)程中鉆孔姿態(tài)參數(shù)的測(cè)量并儲(chǔ)存，施工結(jié)束后利用數(shù)據(jù)處理軟件完成實(shí)際空間軌跡圖。

1 YZG7礦用鉆孔軌跡儀

1.1 存儲(chǔ)式隨鉆測(cè)斜探管

存儲(chǔ)式隨鉆測(cè)斜探管是鉆孔軌跡測(cè)量的核心，在鉆進(jìn)過(guò)程中可對(duì)鉆孔的姿態(tài)進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量的原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到芯片中，測(cè)量完成后，通過(guò)數(shù)據(jù)處理軟件將儲(chǔ)存的原始數(shù)據(jù)生成圖形。存儲(chǔ)式隨鉆測(cè)斜探管主要完成測(cè)量鉆孔深度、傾角、方位角等數(shù)據(jù)，并將其自動(dòng)存儲(chǔ)至芯片形成數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.2 YZG7礦用鉆孔軌跡記錄儀工作原理

隨鉆軌跡記錄儀工作時(shí)，探管首先接收到系統(tǒng)發(fā)生的工作命令并返回?cái)?shù)據(jù)處理軟件，數(shù)據(jù)處理軟件響應(yīng)后二者同步開(kāi)始工作。探管會(huì)以設(shè)定的間隔記錄鉆孔的深度和傾角。完成施工后，將軌跡記錄探管與數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行通信，數(shù)據(jù)處理軟件會(huì)自動(dòng)將測(cè)量結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和處理，同時(shí)以圖形和數(shù)字的形式顯示出來(lái)。

1.3 YZG7礦用鉆孔軌跡測(cè)量?jī)x性能參數(shù)

鉆孔軌跡記錄儀由探管、孔口顯示控制器、本安電源和隔爆電源組成，其技術(shù)性能指標(biāo)如下。

(1)軌跡儀性能參數(shù)。

傾角：測(cè)量范圍90°～60°，60°～90°；絕對(duì)誤差±0.2°；方位角：測(cè)量范圍0°～360°；絕對(duì)誤差±1.5°。

(2)探管基本參數(shù)。

使用方式：固定式；通訊方式：兩線串行；工作電壓：VCC≤7.4 V；工作電流：I≤1.5 A；工作時(shí)間：≥100 h；外徑：φ30 mm；長(zhǎng)度：952 mm；質(zhì)量：≤3.3 kg；耐水壓：≥12 MPa。

(3)KXH5礦用本安型顯示控制器基本參數(shù)。

使用方式：攜帶式；通訊方式：兩線串行；工作電壓：VCC=5 V；工作電流：I≤1.2 A；通信電平：≥2 V。

2 施工方法

YZG7礦用鉆孔軌跡測(cè)量?jī)x施工主要有以下3個(gè)步驟。

(1)進(jìn)行鉆孔施工前，使用通信線纜將探管與KXH5礦用顯示控制器連接，接通顯示控制器電源，開(kāi)啟測(cè)量軟件，對(duì)探管和顯示控制器進(jìn)行同步。然后把探管按照如圖1所示的情況與鉆具進(jìn)行連接。

圖1 整體鉆具連接

(2)鉆進(jìn)過(guò)程中，按設(shè)定的間隔進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量，測(cè)量的數(shù)據(jù)自動(dòng)保存到探管中。

(3)鉆孔施工結(jié)束后,取回探管,讀取數(shù)據(jù)。在地面電腦上進(jìn)行進(jìn)一步的處理之后，可顯示鉆孔的三維軌跡圖以及實(shí)際軌跡和設(shè)計(jì)軌跡之間的偏差，并且可以自動(dòng)生成鉆孔軌跡CAD坐標(biāo)，直接將鉆孔軌跡導(dǎo)入采掘平面圖以及將鉆孔信息生成二維碼方便用手機(jī)進(jìn)行掃碼查看，更加方便礦方不同部門之間的信息溝通。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

朱家店煤礦瓦斯抽放人員在井下鉆孔施工主要使用ZDY4000L立柱式鉆機(jī)進(jìn)行回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，直徑73 mm鉆桿，94 mm鉆頭。本次施工主要采用YZG7礦用鉆孔軌跡儀進(jìn)行鉆孔的軌跡測(cè)量。0405運(yùn)輸巷5號(hào)孔孔深100 m，測(cè)深96 m。設(shè)計(jì)方位角157°，傾角1°。測(cè)斜過(guò)程中設(shè)定探管采集點(diǎn)由孔內(nèi)4 m開(kāi)始，每4 m設(shè)置一處采集點(diǎn)。5號(hào)鉆孔測(cè)量數(shù)據(jù)詳情如表1所示；上下偏差、左右偏差、三維軌跡圖分別如圖2、圖3、圖4所示。

圖2 5號(hào)鉆孔上下偏差

圖3 5號(hào)鉆孔左右偏差

表1 5號(hào)鉆孔數(shù)據(jù)

通過(guò)此次鉆孔測(cè)量結(jié)果可以看出，實(shí)鉆終孔位置和設(shè)計(jì)終孔位置存在偏差。其中終孔距離設(shè)計(jì)：上下偏差2.28 m，左右偏差7.62 m。

通過(guò)查看5號(hào)鉆孔上下偏差圖可以看出，在鉆孔深度在44 m之前無(wú)明顯偏差，44 m之后偏差較大。通過(guò)查看左右偏差圖可以看出存在明顯偏差。

圖4 5號(hào)鉆孔三維軌跡

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)該儀器主要適用于煤礦普遍采用的回轉(zhuǎn)鉆機(jī)上進(jìn)行鉆孔軌跡的跟蹤測(cè)量，儀器操作簡(jiǎn)便、性能穩(wěn)定、測(cè)斜效率高。能夠隨鉆進(jìn)行軌跡的測(cè)量，及時(shí)地記錄鉆孔深度、傾角等軌跡數(shù)據(jù)，并通過(guò)軟件繪制出鉆孔偏差和三維軌跡圖，便于技術(shù)人員更好地研判，進(jìn)而降低了鉆孔成本及突出事故的發(fā)生幾率。

(2)在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，由于無(wú)磁鉆桿端頭為圓頭，在煤層較松軟情況下，不利于排渣，可能引起埋鉆事故，這對(duì)測(cè)斜成功率影響較大。