徐冠男

摘 要：在煤礦生產(chǎn)作業(yè)中，為確保生產(chǎn)效率及安全，多會(huì)采取定向鉆進(jìn)技術(shù)，確保煤礦生產(chǎn)鉆進(jìn)工作的有效控制。研制我國(guó)煤礦井下隨鉆測(cè)量技術(shù)，探究鉆孔孔跡數(shù)據(jù)處理方法，其具備著極為顯著的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。從一般水平定向鉆進(jìn)入手，分析水平定向鉆孔軌跡的基本要素，探究煤礦井下水平定向孔軌跡的一般形式和描述方法，提出一定的鉆孔孔跡數(shù)據(jù)處理方法。

關(guān)鍵詞：煤礦井下隨鉆測(cè)量技術(shù)；鉆孔軌跡；數(shù)據(jù)處理

1 一般水平定向鉆進(jìn)鉆孔軌跡

一般意義上的水平定位鉆進(jìn)，多選擇以地面作為參照，并進(jìn)行相應(yīng)空間坐標(biāo)系建立。在煤礦生產(chǎn)作業(yè)中，其水平定向鉆孔則需要依據(jù)井下鉆場(chǎng)為參照，建立相關(guān)的空間坐標(biāo)系。為確保鉆孔鉆井精度及效率，需要綜合考慮礦井實(shí)際狀況，確?？臻g坐標(biāo)系建立準(zhǔn)確性，并研究表征鉆孔貴軌跡空間位置的實(shí)際點(diǎn)、線、面與角之間所存在的具體關(guān)系，確定描述鉆孔軌跡的方法及相關(guān)計(jì)算方法，將其作為鉆孔軌跡設(shè)計(jì)與鉆孔軌跡數(shù)據(jù)信息處理的理論基礎(chǔ)。定向鉆孔軌跡，以空間曲線參數(shù)作為劃分標(biāo)準(zhǔn)，則可以分為設(shè)計(jì)鉆孔軌跡、實(shí)際鉆孔軌跡與實(shí)測(cè)鉆鉆孔軌跡。其中實(shí)際鉆孔軌跡，指的是鉆頭鉆進(jìn)過(guò)程中由鉆頭中心點(diǎn)沿著鉆孔軸移動(dòng)所形成的實(shí)際的幾何路徑，其鉆孔軌跡，是由眾多點(diǎn)組合而成。然而在實(shí)際操作過(guò)程中，受條件限制無(wú)法對(duì)鉆孔軌跡中的所有點(diǎn)實(shí)施測(cè)量，因此其實(shí)際鉆孔跪進(jìn)僅僅具備抽象意義，無(wú)法將其完整繪制展示。鉆孔實(shí)測(cè)軌跡，指的是在鉆進(jìn)過(guò)程中，對(duì)實(shí)際軌跡中存在的某些特定點(diǎn)執(zhí)行測(cè)量操作獲得的軌跡，這些店稱之為測(cè)點(diǎn)，以測(cè)點(diǎn)為基礎(chǔ)，繪制出的鉆孔軌跡表現(xiàn)為折線，折線與實(shí)際軌跡之間所具備的近似程度，是由測(cè)點(diǎn)的密集程度來(lái)決定的。

媒礦井下水平定向鉆孔軌跡空間坐標(biāo)作為基礎(chǔ)，逐步實(shí)現(xiàn)鉆孔軌跡描述與繪制作業(yè)。其操作步驟主要為：第一，依據(jù)區(qū)域特征及實(shí)際，建立鉆孔軌跡空間坐標(biāo)系，對(duì)鉆孔軌跡所處于的實(shí)際空間位置進(jìn)行確定。傳統(tǒng)方式的地面鉆孔，多會(huì)選擇以地面作為參照，依據(jù)鉆孔表現(xiàn)的方向，多將向下方向作為垂直軸，設(shè)置為Z，表示正方向，然而井下鉆孔作業(yè)，不僅僅存在著垂直孔與下斜孔，還存在著近水平孔，鉆有上仰孔，且其鉆孔地點(diǎn)均位于地面以下，為方便研究與描述其鉆孔鉆進(jìn)狀態(tài)，其基本參照物多選擇井下鉆場(chǎng)，依據(jù)其參照體系，構(gòu)建出垂直于軸向上為正方向的煤礦井下鉆孔坐標(biāo)系。第二，地面鉆井作業(yè)中，其關(guān)于井斜的描述，多是選擇鉆孔垂直軸及軸線之間所存在的夾角作為重要參數(shù)來(lái)表示。然而煤礦井下鉆孔，多選擇水平面與鉆孔軸線之間的仰角作為重要參數(shù)值，且考慮到地面情況與井下條件下，其X，Y軸在正反向取向上保持著一致性，然而在坐標(biāo)系中，Z軸方向卻存在著相反性。地面坐標(biāo)系中，多將Z軸向下作為坐標(biāo)系正方向，其坐標(biāo)系統(tǒng)滿足右手螺旋法則。在井下坐標(biāo)系統(tǒng)中，則多將Z軸向上作為坐標(biāo)系正方向，此時(shí)坐標(biāo)系則滿足左手螺旋法則。具體如圖1所示。

2 水平定向鉆孔軌跡的基本要素

在實(shí)際開展水平定位鉆孔軌跡設(shè)計(jì)操作、測(cè)量操作及數(shù)據(jù)信息處理的過(guò)程中，一般多選擇鉆孔軌跡L中的某一個(gè)測(cè)點(diǎn)作為研究的基礎(chǔ)對(duì)象，其選擇測(cè)點(diǎn)所相應(yīng)的孔深、傾角與方位角，則被稱之為水平定向鉆孔軌跡的基本要素。依據(jù)相關(guān)理論，則測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)信息僅表現(xiàn)了該點(diǎn)位置的空間位置，測(cè)點(diǎn)位置的切線則表示為鉆進(jìn)過(guò)程中的前進(jìn)方向線，亦被稱之為鉆孔當(dāng)前軸線，可以通過(guò)鉆孔當(dāng)前軸線、來(lái)表述測(cè)點(diǎn)附近一段鉆孔軌跡。測(cè)量數(shù)據(jù)的處理操作與鉆孔孔跡繪制，其對(duì)鉆孔軸線的繪制，均是依據(jù)鉆孔軸線進(jìn)行操作的。為確保鉆孔軌跡繪制及描述的準(zhǔn)確性，要求對(duì)鉆孔孔跡中存在的測(cè)點(diǎn)相應(yīng)的孔深、傾角與方位角基本要素進(jìn)行精確處理。在其基本要素中，理論孔深定義為：測(cè)點(diǎn)位置所具備的實(shí)際鉆孔深度值，在近水平鉆孔中，多指的是孔口位置到測(cè)點(diǎn)鉆孔曲線之間的實(shí)際長(zhǎng)度值，多采取鉆桿進(jìn)行測(cè)量，一般用L進(jìn)行孔深記錄；傾角：是指鉆孔當(dāng)前點(diǎn)的切線與水平面之間的最小夾角；方位角：是指鉆扎當(dāng)前點(diǎn)的切線在水平面的投影與北向（N軸）之間的夾角；設(shè)計(jì)方位錢：開孔方位線在水平面上的投影，代表鉆孔深度廷伸主方向。

3 煤礦井下水平定向孔軌跡的一般形式和描述方法

在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，尤其是高瓦斯礦井，從瓦斯治理和利用的角度出發(fā)，經(jīng)常需要在煤層及其頂板或底板中布置一系列的鉆孔用于抽采或釋放瓦斯，以確保生產(chǎn)安全。根據(jù)鉆孔的目的和用途不同主要分為預(yù)抽鉆孔、防突鉆孔兩種。根據(jù)抽采瓦斯的位且或來(lái)源不同，水平定向鉆孔主要分為本煤層預(yù)抽孔、頂板高位孔、底板穿層孔等形式。

本煤層預(yù)抽鉆孔的布且形式預(yù)抽鉆孔一般情況都布宜在煤層厚度大、透氣性好、瓦斯含且高、煤層硬度較大的稱定煤層中，這樣不但有利于成孔和后期鉆孔橡定，同時(shí)能夠保證鉆孔的高滲透性。有利于瓦斯的逸出。報(bào)據(jù)鉆有利于瓦斯的逸出。報(bào)據(jù)鉆孔相對(duì)于工作面延伸方向的不同水平定向鉆孔布龍形式主分為走向和傾向布置兩種形式。為了保證良好的抽放效果，不能使鉆孔穿透工作面或從巷道穿出帆，在實(shí)施定向拐商鉆孔前，孔相對(duì)于工作面延伸方向的不同水平定向鉆孔布置戳主鉆孔布t形式一般以走向或傾向平行布皿為主。在實(shí)施向拐夸鉆孔后，可采用“一孔多分支”的鉆孔布1形式。這樣可在順槽直接開孔，減少鉆機(jī)椒運(yùn)次數(shù)，提高鉆進(jìn)效率，同時(shí)起到“一孔多用”的效果。

4 煤礦井下隨鉆測(cè)量技術(shù)鉆孔軌跡數(shù)據(jù)處理方法

在煤礦井下隨鉆測(cè)量技術(shù)鉆孔軌跡數(shù)據(jù)處理中，提出應(yīng)用平均角法進(jìn)行軌跡計(jì)算。為確保鉆進(jìn)軌跡描述的準(zhǔn)確性，可以進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量，降低兩側(cè)點(diǎn)間距，提高計(jì)算精度，這種方法計(jì)算簡(jiǎn)單，在實(shí)踐應(yīng)用中應(yīng)用較為廣泛。此外，在煤礦井下隨鉆測(cè)量技術(shù)鉆孔軌跡數(shù)據(jù)處理中還可以采取平衡正切法。然而其方法應(yīng)用精度偏低，為滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求，本文提出應(yīng)用Excel進(jìn)行鉆孔孔跡測(cè)量參數(shù)計(jì)算，并繪制鉆孔軌跡圖。Excel工具具備著強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，通過(guò)測(cè)量?jī)x器，收集測(cè)點(diǎn)深度、傾角與方位角等信息，通過(guò)Excel形式進(jìn)行保存，采取相應(yīng)的計(jì)算方式進(jìn)行孔跡坐標(biāo)計(jì)算，選擇圖表導(dǎo)出方式，直觀獲得鉆孔軌跡水平及垂直投影。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著煤礦開采深度增加，為確保煤礦生產(chǎn)安全性，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率，在煤礦開采中多采取定向鉆進(jìn)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦鉆進(jìn)工作的有效控制。在分析鉆孔孔跡一般水平定向鉆進(jìn)、水平定向鉆孔軌跡的基本要素、煤礦井下水平定向孔軌跡的一般形式和描述方法等基礎(chǔ)上，探究鉆孔孔跡數(shù)據(jù)處理方法，典型的鉆孔孔跡數(shù)據(jù)處理方法包括平均三角法、平衡正切法等，本文提出Excel法進(jìn)行鉆孔孔跡測(cè)量參數(shù)計(jì)算，實(shí)踐證明其可行性，且效果良好。

參考文獻(xiàn)

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