2015年科技成果鉆孔測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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、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(guó)內(nèi)外水平比較等)主要用途：為了

2、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(cè)斜儀由測(cè)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(cè)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(hào)，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(cè)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)算并顯示出結(jié)果，也可將同步機(jī)與微機(jī)連接，將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)中，由測(cè)斜處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，

3、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(cè)斜儀主要用于煤礦井下含有甲烷、煤塵爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的測(cè)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(chǎng)所進(jìn)行測(cè)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、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(cè)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(cè)

4、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(cè)量精度。系統(tǒng)設(shè)計(jì)：系統(tǒng)采用西安院的專利技術(shù)一無纜測(cè)斜技術(shù)，測(cè)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(cè)量，使上仰、下俯、水平、垂直各種鉆孔測(cè)量簡(jiǎn)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、見斷層的位輅,提高地質(zhì)資料分析的準(zhǔn)確性。鉆孔測(cè)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)工作帶來的經(jīng)濟(jì)損失。經(jīng)濟(jì)價(jià)值：經(jīng)過多次探測(cè)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。20

5、15年月國(guó)內(nèi)外水平比較：鉆孔測(cè)斜是煤礦工程上多年存在的一道難題，目前雖然有部分國(guó)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?？圃何靼卜衷貉兄啤⑸a(chǎn)的YHQ-X(B)型鉆孔測(cè)斜儀具有其防爆、攜帶方便、自動(dòng)化程度高、無纜測(cè)量、測(cè)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(cè)斜。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人(簽字)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(cè)斜儀主要由測(cè)斜探管、同步機(jī)兩部分組成。探管由測(cè)角、測(cè)向傳感元件

6、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(cè)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(cè)點(diǎn)的有效與無效，通過測(cè)量鉆桿長(zhǎng)度來確定每一測(cè)點(diǎn)的孔深，并完成測(cè)量結(jié)果的計(jì)算與顯示。技術(shù)指標(biāo)：1、測(cè)點(diǎn)間隔：60s2、存貯容量:1440組3、工作時(shí)間:15h4、探管耐壓：12MPa5、測(cè)角范圍及精度：傾角+9090/±0.2;方位角0360/±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(cè)量、測(cè)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：4

7、0萬元經(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(cè)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(cè)斜儀的優(yōu)點(diǎn)，通過實(shí)測(cè)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(cè)斜是煤礦工程上多年存在的一道難題，目前雖然有部分國(guó)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。“YHQ-X(B)型全方位鉆

8、孔測(cè)斜儀在峻德煤礦的應(yīng)用”這一成果，是針對(duì)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(duì)我國(guó)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(guó)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：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)類別:成果登記登記號(hào)批準(zhǔn)日期附件2科學(xué)技術(shù)成果鑒定證書鶴煤鑒

9、字2015第號(hào)成果名稱：YHQ-X(B)型全方位鉆孔測(cè)斜儀在峻德煤礦的應(yīng)用完成單位：峻德煤礦地測(cè)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025°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(duì)實(shí)際作業(yè)中的不利影響，主要有以下幾方面：1.1

10、使終孔點(diǎn)偏離預(yù)定位路且封孔質(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(duì)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；弁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)：2.2.1開孔時(shí).鉆機(jī)基座不穩(wěn)固。2.2.2鉆具選用不當(dāng)，如：使用過短的鉆桿、

11、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。2.2.3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。2.2.4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。2.2.5鉆進(jìn)中，鉆機(jī)產(chǎn)生位移，未及時(shí)調(diào)整，導(dǎo)致鉆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(cè)斜儀應(yīng)運(yùn)而生。YHQ-X(B)型鉆孔測(cè)斜儀主要由測(cè)斜探管、同步機(jī)兩部分組成。探管由測(cè)角、測(cè)向傳感元件及其電路、多路開關(guān)、放大器、VFC壓

12、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(cè)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(cè)點(diǎn)的有效與無效，通過測(cè)量鉆桿長(zhǎng)度來確定每一測(cè)點(diǎn)的孔深，并完成測(cè)量結(jié)果的計(jì)算與顯示。儀器主要技術(shù)性能：1、測(cè)點(diǎn)間隔:60s2、存貯容量:1440組3、工作時(shí)間:15h4、探管耐壓：12MPa5、測(cè)角范圍及精度：傾角+9090/±0.2;方位角0360/±2，注：鑒定證書15頁由項(xiàng)目完成人填寫，69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

13、產(chǎn)的最大隱患，直接威脅著礦工的安全。為此，國(guó)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(cè)鉆孔鉆進(jìn)過程是否沿預(yù)先設(shè)計(jì)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(cè)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(cè)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(cè)量鉆孔軌跡的儀器，為此經(jīng)過長(zhǎng)期不斷研究，研制出了全方位測(cè)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(cè)量，使上仰、下俯、水平、垂直各種鉆孔測(cè)量簡(jiǎn)便易行，

14、從而解決了各種鉆孔軌跡測(cè)量這一技術(shù)難題。全方位鉆孔測(cè)斜儀在全國(guó)各地煤礦獲得了廣泛的應(yīng)用，通過全國(guó)各地廣泛試驗(yàn)，證明該儀器性能優(yōu)良、測(cè)量精度高、操作方便、能夠滿足各種場(chǎng)所測(cè)斜。由于采用無纜測(cè)斜技術(shù)，測(cè)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(cè)量，使上仰、下俯、水平各種鉆孔測(cè)斜簡(jiǎn)便易行。主要研究人員名單序號(hào)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)工作單位在成果中所起的作用1張俊杰48本科米同工程總工程師高級(jí)工程師峻德礦指導(dǎo)2徐玉山50本科地質(zhì)測(cè)量地質(zhì)科長(zhǎng)峻德礦地測(cè)大隊(duì)組織實(shí)施3劉道光28本科地質(zhì)工程地質(zhì)科員峻德礦地測(cè)大隊(duì)具體操作、實(shí)施4鄭鵬28本科米同工程地質(zhì)科員峻德礦地測(cè)大隊(duì)實(shí)施

15、5宋士勇30本科米同工程地質(zhì)科員峻德礦地測(cè)大隊(duì)實(shí)施6孫寶峰25本科地質(zhì)工程地質(zhì)科員峻德礦地測(cè)大隊(duì)實(shí)施7姚太寶24本科地質(zhì)工程地質(zhì)科員峻德礦地測(cè)大隊(duì)實(shí)施8910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(cè)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):96-97.2 .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):7-11.3 .郭愛煌，張典榮.順煤層鉆進(jìn)監(jiān)測(cè)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(cè)斜儀的研究及應(yīng)用