YZG7矿用钻孔轨迹仪在朱家店煤矿应用

何俊忠 郭云峰 刘春希

(1.山西离柳焦煤集团;2.煤科集团沈阳研究院有限公司；3.煤矿安全技术国家重点实验室)

煤矿井下钻探技术是常用的探明矿井各种局部地质变化技术手段，广泛适用于探明井下煤层走势、探明地质构造、瓦斯抽采和探放水等[1-2]。我国大部分煤矿使用的传统钻机都不具备测量钻孔倾角、方位角等测斜装备，通常是在施工完成的钻孔中重新下入测斜仪进行钻孔轨迹测量[3-5]，采用传统的回转钻进工艺无法对钻孔空间轨迹进行测量，导致实测轨迹和设计轨迹存在较大偏差[6-8]，不能有效消除探测盲区。本研究介绍的YZG7矿用钻孔轨迹仪，利用安装在无磁钻杆上的轨迹记录探管，自动进行钻进过程中钻孔姿态参数的测量并储存，施工结束后利用数据处理软件完成实际空间轨迹图。

1 YZG7矿用钻孔轨迹仪

1.1 存储式随钻测斜探管

存储式随钻测斜探管是钻孔轨迹测量的核心，在钻进过程中可对钻孔的姿态进行测量，并将测量的原始数据存储到芯片中，测量完成后，通过数据处理软件将储存的原始数据生成图形。存储式随钻测斜探管主要完成测量钻孔深度、倾角、方位角等数据，并将其自动存储至芯片形成数据库。

1.2 YZG7矿用钻孔轨迹记录仪工作原理

随钻轨迹记录仪工作时，探管首先接收到系统发生的工作命令并返回数据处理软件，数据处理软件响应后二者同步开始工作。探管会以设定的间隔记录钻孔的深度和倾角。完成施工后，将轨迹记录探管与数据处理软件进行通信，数据处理软件会自动将测量结果进行相应的计算和处理，同时以图形和数字的形式显示出来。

1.3 YZG7矿用钻孔轨迹测量仪性能参数

钻孔轨迹记录仪由探管、孔口显示控制器、本安电源和隔爆电源组成，其技术性能指标如下。

(1)轨迹仪性能参数。

倾角：测量范围90°～60°，60°～90°；绝对误差±0.2°；方位角：测量范围0°～360°；绝对误差±1.5°。

(2)探管基本参数。

使用方式：固定式；通讯方式：两线串行；工作电压：VCC≤7.4 V；工作电流：I≤1.5 A；工作时间：≥100 h；外径：φ30 mm；长度：952 mm；质量：≤3.3 kg；耐水压：≥12 MPa。

(3)KXH5矿用本安型显示控制器基本参数。

使用方式：携带式；通讯方式：两线串行；工作电压：VCC=5 V；工作电流：I≤1.2 A；通信电平：≥2 V。

2 施工方法

YZG7矿用钻孔轨迹测量仪施工主要有以下3个步骤。

(1)进行钻孔施工前，使用通信线缆将探管与KXH5矿用显示控制器连接，接通显示控制器电源，开启测量软件，对探管和显示控制器进行同步。然后把探管按照如图1所示的情况与钻具进行连接。

图1 整体钻具连接

(2)钻进过程中，按设定的间隔进行数据测量，测量的数据自动保存到探管中。

(3)钻孔施工结束后,取回探管,读取数据。在地面电脑上进行进一步的处理之后，可显示钻孔的三维轨迹图以及实际轨迹和设计轨迹之间的偏差，并且可以自动生成钻孔轨迹CAD坐标，直接将钻孔轨迹导入采掘平面图以及将钻孔信息生成二维码方便用手机进行扫码查看，更加方便矿方不同部门之间的信息沟通。

3 现场应用

朱家店煤矿瓦斯抽放人员在井下钻孔施工主要使用ZDY4000L立柱式钻机进行回转钻进，直径73 mm钻杆，94 mm钻头。本次施工主要采用YZG7矿用钻孔轨迹仪进行钻孔的轨迹测量。0405运输巷5号孔孔深100 m，测深96 m。设计方位角157°，倾角1°。测斜过程中设定探管采集点由孔内4 m开始，每4 m设置一处采集点。5号钻孔测量数据详情如表1所示；上下偏差、左右偏差、三维轨迹图分别如图2、图3、图4所示。

图2 5号钻孔上下偏差

图3 5号钻孔左右偏差

表1 5号钻孔数据

通过此次钻孔测量结果可以看出，实钻终孔位置和设计终孔位置存在偏差。其中终孔距离设计：上下偏差2.28 m，左右偏差7.62 m。

通过查看5号钻孔上下偏差图可以看出，在钻孔深度在44 m之前无明显偏差，44 m之后偏差较大。通过查看左右偏差图可以看出存在明显偏差。

图4 5号钻孔三维轨迹

4 结 语

(1)该仪器主要适用于煤矿普遍采用的回转钻机上进行钻孔轨迹的跟踪测量，仪器操作简便、性能稳定、测斜效率高。能够随钻进行轨迹的测量，及时地记录钻孔深度、倾角等轨迹数据，并通过软件绘制出钻孔偏差和三维轨迹图，便于技术人员更好地研判，进而降低了钻孔成本及突出事故的发生几率。

(2)在现场应用中，由于无磁钻杆端头为圆头，在煤层较松软情况下，不利于排渣，可能引起埋钻事故，这对测斜成功率影响较大。