何俊忠 郭云峰 劉春希

(1.山西離柳焦煤集團;2.煤科集團沈陽研究院有限公司；3.煤礦安全技術(shù)國家重點實驗室)

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、探明地質(zhì)構(gòu)造、瓦斯抽采和探放水等[1-2]。我國大部分煤礦使用的傳統(tǒng)鉆機都不具備測量鉆孔傾角、方位角等測斜裝備，通常是在施工完成的鉆孔中重新下入測斜儀進行鉆孔軌跡測量[3-5]，采用傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)鉆進工藝無法對鉆孔空間軌跡進行測量，導致實測軌跡和設(shè)計軌跡存在較大偏差[6-8]，不能有效消除探測盲區(qū)。本研究介紹的YZG7礦用鉆孔軌跡儀，利用安裝在無磁鉆桿上的軌跡記錄探管，自動進行鉆進過程中鉆孔姿態(tài)參數(shù)的測量并儲存，施工結(jié)束后利用數(shù)據(jù)處理軟件完成實際空間軌跡圖。

1 YZG7礦用鉆孔軌跡儀

1.1 存儲式隨鉆測斜探管

存儲式隨鉆測斜探管是鉆孔軌跡測量的核心，在鉆進過程中可對鉆孔的姿態(tài)進行測量，并將測量的原始數(shù)據(jù)存儲到芯片中，測量完成后，通過數(shù)據(jù)處理軟件將儲存的原始數(shù)據(jù)生成圖形。存儲式隨鉆測斜探管主要完成測量鉆孔深度、傾角、方位角等數(shù)據(jù)，并將其自動存儲至芯片形成數(shù)據(jù)庫。

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，探管首先接收到系統(tǒng)發(fā)生的工作命令并返回數(shù)據(jù)處理軟件，數(shù)據(jù)處理軟件響應后二者同步開始工作。探管會以設(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)處理軟件進行通信，數(shù)據(jù)處理軟件會自動將測量結(jié)果進行相應的計算和處理，同時以圖形和數(shù)字的形式顯示出來。

1.3 YZG7礦用鉆孔軌跡測量儀性能參數(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)性能指標如下。

(1)軌跡儀性能參數(shù)。

傾角：測量范圍90°～60°，60°～90°；絕對誤差±0.2°；方位角：測量范圍0°～360°；絕對誤差±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；工作時間：≥100 h；外徑：φ30 mm；長度：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礦用鉆孔軌跡測量儀施工主要有以下3個步驟。

(1)進行鉆孔施工前，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，開啟測量軟件，對探管和顯示控制器進行同步。然后把探管按照如圖1所示的情況與鉆具進行連接。

圖1 整體鉆具連接

(2)鉆進過程中，按設(shè)定的間隔進行數(shù)據(jù)測量，測量的數(shù)據(jù)自動保存到探管中。

(3)鉆孔施工結(jié)束后,取回探管,讀取數(shù)據(jù)。在地面電腦上進行進一步的處理之后，可顯示鉆孔的三維軌跡圖以及實際軌跡和設(shè)計軌跡之間的偏差，并且可以自動生成鉆孔軌跡CAD坐標，直接將鉆孔軌跡導入采掘平面圖以及將鉆孔信息生成二維碼方便用手機進行掃碼查看，更加方便礦方不同部門之間的信息溝通。

3 現(xiàn)場應用

朱家店煤礦瓦斯抽放人員在井下鉆孔施工主要使用ZDY4000L立柱式鉆機進行回轉(zhuǎn)鉆進，直徑73 mm鉆桿，94 mm鉆頭。本次施工主要采用YZG7礦用鉆孔軌跡儀進行鉆孔的軌跡測量。0405運輸巷5號孔孔深100 m，測深96 m。設(shè)計方位角157°，傾角1°。測斜過程中設(shè)定探管采集點由孔內(nèi)4 m開始，每4 m設(shè)置一處采集點。5號鉆孔測量數(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號鉆孔上下偏差

圖3 5號鉆孔左右偏差

表1 5號鉆孔數(shù)據(jù)

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

通過查看5號鉆孔上下偏差圖可以看出，在鉆孔深度在44 m之前無明顯偏差，44 m之后偏差較大。通過查看左右偏差圖可以看出存在明顯偏差。

圖4 5號鉆孔三維軌跡

4 結(jié) 語

(1)該儀器主要適用于煤礦普遍采用的回轉(zhuǎn)鉆機上進行鉆孔軌跡的跟蹤測量，儀器操作簡便、性能穩(wěn)定、測斜效率高。能夠隨鉆進行軌跡的測量，及時地記錄鉆孔深度、傾角等軌跡數(shù)據(jù)，并通過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，進而降低了鉆孔成本及突出事故的發(fā)生幾率。

(2)在現(xiàn)場應用中，由于無磁鉆桿端頭為圓頭，在煤層較松軟情況下，不利于排渣，可能引起埋鉆事故，這對測斜成功率影響較大。