煤矿井下随钻测量技术

煤矿井下随钻测量技术（精选5篇）

煤矿井下随钻测量技术 篇1

1 一般水平定向钻进钻孔轨迹

一般意义上的水平定位钻进, 多选择以地面作为参照, 并进行相应空间坐标系建立。在煤矿生产作业中, 其水平定向钻孔则需要依据井下钻场为参照, 建立相关的空间坐标系。为确保钻孔钻井精度及效率, 需要综合考虑矿井实际状况, 确保空间坐标系建立准确性, 并研究表征钻孔贵轨迹空间位置的实际点、线、面与角之间所存在的具体关系, 确定描述钻孔轨迹的方法及相关计算方法, 将其作为钻孔轨迹设计与钻孔轨迹数据信息处理的理论基础。定向钻孔轨迹, 以空间曲线参数作为划分标准, 则可以分为设计钻孔轨迹、实际钻孔轨迹与实测钻钻孔轨迹。其中实际钻孔轨迹, 指的是钻头钻进过程中由钻头中心点沿着钻孔轴移动所形成的实际的几何路径, 其钻孔轨迹, 是由众多点组合而成。然而在实际操作过程中, 受条件限制无法对钻孔轨迹中的所有点实施测量, 因此其实际钻孔跪进仅仅具备抽象意义, 无法将其完整绘制展示。钻孔实测轨迹, 指的是在钻进过程中, 对实际轨迹中存在的某些特定点执行测量操作获得的轨迹, 这些店称之为测点, 以测点为基础, 绘制出的钻孔轨迹表现为折线, 折线与实际轨迹之间所具备的近似程度, 是由测点的密集程度来决定的。

媒矿井下水平定向钻孔轨迹空间坐标作为基础, 逐步实现钻孔轨迹描述与绘制作业。其操作步骤主要为:第一, 依据区域特征及实际, 建立钻孔轨迹空间坐标系, 对钻孔轨迹所处于的实际空间位置进行确定。传统方式的地面钻孔, 多会选择以地面作为参照, 依据钻孔表现的方向, 多将向下方向作为垂直轴, 设置为Z, 表示正方向, 然而井下钻孔作业, 不仅仅存在着垂直孔与下斜孔, 还存在着近水平孔, 钻有上仰孔, 且其钻孔地点均位于地面以下, 为方便研究与描述其钻孔钻进状态, 其基本参照物多选择井下钻场, 依据其参照体系, 构建出垂直于轴向上为正方向的煤矿井下钻孔坐标系。第二, 地面钻井作业中, 其关于井斜的描述, 多是选择钻孔垂直轴及轴线之间所存在的夹角作为重要参数来表示。然而煤矿井下钻孔, 多选择水平面与钻孔轴线之间的仰角作为重要参数值, 且考虑到地面情况与井下条件下, 其X, Y轴在正反向取向上保持着一致性, 然而在坐标系中, Z轴方向却存在着相反性。地面坐标系中, 多将Z轴向下作为坐标系正方向, 其坐标系统满足右手螺旋法则。在井下坐标系统中, 则多将Z轴向上作为坐标系正方向, 此时坐标系则满足左手螺旋法则。具体如图1所示。

2 水平定向钻孔轨迹的基本要素

在实际开展水平定位钻孔轨迹设计操作、测量操作及数据信息处理的过程中, 一般多选择钻孔轨迹L中的某一个测点作为研究的基础对象, 其选择测点所相应的孔深、倾角与方位角, 则被称之为水平定向钻孔轨迹的基本要素。依据相关理论, 则测点数据信息仅表现了该点位置的空间位置, 测点位置的切线则表示为钻进过程中的前进方向线, 亦被称之为钻孔当前轴线, 可以通过钻孔当前轴线、来表述测点附近一段钻孔轨迹。测量数据的处理操作与钻孔孔迹绘制, 其对钻孔轴线的绘制, 均是依据钻孔轴线进行操作的。为确保钻孔轨迹绘制及描述的准确性, 要求对钻孔孔迹中存在的测点相应的孔深、倾角与方位角基本要素进行精确处理。在其基本要素中, 理论孔深定义为:测点位置所具备的实际钻孔深度值, 在近水平钻孔中, 多指的是孔口位置到测点钻孔曲线之间的实际长度值, 多采取钻杆进行测量, 一般用L进行孔深记录;倾角:是指钻孔当前点的切线与水平面之间的最小夹角;方位角:是指钻扎当前点的切线在水平面的投影与北向 (N轴) 之间的夹角;设计方位钱:开孔方位线在水平面上的投影, 代表钻孔深度廷伸主方向。

3 煤矿井下水平定向孔轨迹的一般形式和描述方法

在煤矿生产过程中, 尤其是高瓦斯矿井, 从瓦斯治理和利用的角度出发, 经常需要在煤层及其顶板或底板中布置一系列的钻孔用于抽采或释放瓦斯, 以确保生产安全。根据钻孔的目的和用途不同主要分为预抽钻孔、防突钻孔两种。根据抽采瓦斯的位且或来源不同, 水平定向钻孔主要分为本煤层预抽孔、顶板高位孔、底板穿层孔等形式。

本煤层预抽钻孔的布且形式预抽钻孔一般情况都布宜在煤层厚度大、透气性好、瓦斯含且高、煤层硬度较大的称定煤层中, 这样不但有利于成孔和后期钻孔橡定, 同时能够保证钻孔的高渗透性。有利于瓦斯的逸出。报据钻有利于瓦斯的逸出。报据钻孔相对于工作面延伸方向的不同水平定向钻孔布龙形式主分为走向和倾向布置两种形式。为了保证良好的抽放效果, 不能使钻孔穿透工作面或从巷道穿出帆, 在实施定向拐商钻孔前, 孔相对于工作面延伸方向的不同水平定向钻孔布置戳主钻孔布t形式一般以走向或倾向平行布皿为主。在实施向拐夸钻孔后, 可采用“一孔多分支”的钻孔布1形式。这样可在顺槽直接开孔, 减少钻机椒运次数, 提高钻进效率, 同时起到“一孔多用”的效果。

4 煤矿井下随钻测量技术钻孔轨迹数据处理方法

在煤矿井下随钻测量技术钻孔轨迹数据处理中, 提出应用平均角法进行轨迹计算。为确保钻进轨迹描述的准确性, 可以进行多点测量, 降低两侧点间距, 提高计算精度, 这种方法计算简单, 在实践应用中应用较为广泛。此外, 在煤矿井下随钻测量技术钻孔轨迹数据处理中还可以采取平衡正切法。然而其方法应用精度偏低, 为满足现场实际需求, 本文提出应用Excel进行钻孔孔迹测量参数计算, 并绘制钻孔轨迹图。Excel工具具备着强大的数据处理功能, 通过测量仪器, 收集测点深度、倾角与方位角等信息, 通过Excel形式进行保存, 采取相应的计算方式进行孔迹坐标计算, 选择图表导出方式, 直观获得钻孔轨迹水平及垂直投影。

5 结束语

随着煤矿开采深度增加, 为确保煤矿生产安全性, 实现生产效率, 在煤矿开采中多采取定向钻进技术, 以实现对煤矿钻进工作的有效控制。在分析钻孔孔迹一般水平定向钻进、水平定向钻孔轨迹的基本要素、煤矿井下水平定向孔轨迹的一般形式和描述方法等基础上, 探究钻孔孔迹数据处理方法, 典型的钻孔孔迹数据处理方法包括平均三角法、平衡正切法等, 本文提出Excel法进行钻孔孔迹测量参数计算, 实践证明其可行性, 且效果良好。

参考文献

[1]胡小林, 黄麟森, 王清峰.煤矿井下随钻测量技术的应用研究[J].矿冶, 2012, 4:89-92.

[2]石智军, 董书宁, 姚宁平, 等.煤矿井下近水平随钻测量定向钻进技术与装备[J].煤炭科学技术, 2013, 3:1-6.

[3]黄寒静.煤矿井下定向钻孔轨迹计算与误差分析[J].煤矿安全, 2014, 1:132-135.

浅谈煤矿井下贯通测量设计方案 篇2

关键词：贯通测量设计；方案；效果明显

1 工程概况

二号斜井A507工作面开切巷贯通工程分别由A507工作面运输顺槽、轨道顺槽、开切巷三部分组成。由二号斜井综掘队施工，A507轨道及运输顺槽同时采用A5材料下山巷永久导线点C31、C32、和C33为基准开始进行测量工作，A507工作面运输顺槽按设计要求以方位α=122°40′掘进至520m处停止向前掘进，然后开口布置开切巷，开切巷掘进至55m时停止掘进，A507轨道顺槽以方位角α=122°40′掘进至502m处，与开切巷贯通，该附和导线全长1252m。最后贯通确定为单向贯通。

2 作业目的

二号斜井A507工作面开切巷是根据井巷工程设计为A507工作面回采服务的必掘巷道，贯通允许偏差值为中线允许偏差0.3m，高程允许偏差0.1m，因巷道顺煤层顶板沿自然坡度掘进，故腰线设放不做考虑。此巷作为后期回采工作面，届时需安装前、后刮板运输机、采煤机及液压支架，根据安装需要，掘进期间必须保证巷道施工质量，严格按设计要求进行施工，贯通时必须保证按贯通设计要求精确贯通。

3 贯通方案的选择

为了确保该贯通的顺利完成，我们运用了先进的测量手段为A507工作面开切巷的贯通打下了良好的基础，利用TDJ2E型经纬仪进行三角高程测量，再用GTS.332N型全站仪对导线点进行多次复测，同时在此基础上标定中线（激光指向），A507轨道、运输顺槽及开切巷均沿煤层顶板掘进。

3.1 三角高程水平角观测、距离测量及限差要求

3.1.1 水平角观测方法

采用北京产TDJ2E型经纬仪，用两次测回法观测水平角，如限差值大于规定范围，必须重新架设、对中、整平仪器，重新复测，使测角精度达到规范要求。

3.1.2 各测回间度盘整置位置σ用下列公式计算

①DJ2级仪器

σ=180°（j-1）/m+i′（j-1）+ω（j-1/2）/m

②DJ6级仪器

σ=180°（j-1）/m

式中 m——测回数；

J——测回序号（j=1、2、……m）；

i′——水平度盘最小间隔分划值，DJ1级仪器为4′，

DJ2级仪器为10′；

ω——测微盘分格数（或格值），DJ2级仪器ω=600″。

3.1.3 采用了JC—GJ501型50m工程用长钢卷尺测量边长，每边3次读数进行平均，取平均值为最终值。

采用普通钢尺量距的技术要求应符合表1规定。

3.2 日常施工中线

采用激光指向，每50m左右建立导线点，主要控制巷道方向及高程，矿井有两个综掘面，A507轨道、运输顺槽同时掘进，为确保掘进方向准确无误，我们针对巷道导线点进行多次重复测量。

4 成果资料分析

二号斜井测量成果是由我公司根据新疆地质九大队实测所布控制点所得，并经过导线闭合计算，其精度符合矿山测量规范三等网控制要求。

5 使用的仪器及测量工具

使用的仪器为北京产TDJ2E型经纬仪、GTS.332N型全站仪，丈量工具为浙江测绘仪器有限公司生产的型号为JC—GJ501型50m工程用长钢卷尺。

6 贯通施工时间

A507工作面开切巷按设计要求掘进至55m时停止掘进，由A507轨道顺槽单向掘进至502m处与开切巷贯通，计划每班进度3m，每天三个班，日进度每天9m，休息一天进行设备检修，计划于八日后贯通，距贯通点50m时生产科向综掘队下发贯通通知，综掘队接到通知后布置专人警戒。

7 成果质量说明和评价

7.1 质量控制措施

为了确保产品质量，在项目生产前对所有参加项目生产的作业人员均进行了岗前培训，并经考核合格后上岗；作业前对仪器设备进行了检校，对接收机的参数进行定期检查，符合精度指标的仪器方能投入生产；生产作业中严格执行测量相关技术标准。

具体实施方法如下：

7.1.1 为保证精确贯通，起始点的坐标建设必须标定精确。

7.1.2 认真按技术方案施工，根据工程进度，及时进行导线测量和高程测量，并将测量数据及时填图，根据测量结果及时调整。

7.1.3 为保证后期设备的安装及使用，巷道施工应严格按中线进行施工，保证巷道施工质量。

7.1.4 测放中线及控制导线点时，要认真仔细的使用仪器，仪器的架设要稳固牢靠，观测、记录要认真仔细，尽量避开松软巷帮、淋水较大的地段架设仪器，以防测量时对仪器设备造成损坏，每天使用完的仪器设备要认真保养，擦净仪器上的雾气及灰尘。

7.1.5 最后一次标定方向时，工作面距贯通点的距离不得大于50m，各种测量计算都必须有可靠的检验，测量负责人以书面方式报告矿井总工程师，并通知安全科及施工队，根据《煤矿安全规程》的规定，掘进巷道在贯通前，机掘工作面两巷道在相距50m前，必须设放警戒。

7.1.6 巷道贯通后，应立即测量贯通后的实际偏差值，并将数据填绘到电子版采掘工程平面图上。

7.2 贯通后根据实际测量评价复测结果

横坐标△X：+0.054m

纵坐标△Y：+0.032m

高程△Z：+0.051

附和坐标方位角度闭合差△f：15″

点位误差：0.043m

相对精度：F=0.043/1252=1/29116

检查点以两次观测的平均值作为该点的测量成果。测点观测均方误差计算公式为：

ε=

式中：δ为第i点原始观测值与检查观测值之差；n为总检查点数。

由此可知导线全长闭合差1/29116，达到了12″级导线要求，此设计方案确保了巷道的施工质量，保证了A507轨道顺槽与开切巷的顺利贯通。

煤矿井下随钻测量技术 篇3

煤矿井下随钻测量定向钻进是近年来中国坑道钻探领域重点推广的新技术,其具有轨迹可控、孔底回转、钻孔深度大等优点,实现了井下钻孔从无控钻进到精确定向钻进的跨越,在煤矿井下瓦斯抽采中得到越来越多的运用,并逐渐推广应用于水害防治、 地质构造或异常体勘探等领域[1,2]。钻孔轨迹的控制是随钻测量定向钻进技术的重要组成部分。为了实现对钻孔轨迹的准确控制,需要实时对钻孔几何参数进行精确测量和计算。随钻测量装置即为实现该功能的 专业仪器,是实现定 向钻进的 基础和关键[3,4]。

煤矿井下定向钻进用随钻测量装置的研究重点主要集中在信号传输方式、信号传输通道和供电方式等方面,相关产品以RS485或RS232有线传输方式为主,传输通道为特制的中心通缆式钻杆,供电方式为孔内电池筒供电,如DGS定向钻进监测系统、 YHD1 - 1000( A) 随钻测量装置等[5,6]。但是采用孔内电池筒供电,存在以下不足:

( 1) 影响信号传输和工作稳定性。为保证长时间孔内工作,信号传输强度受到限制; 随使用时间和钻孔深度增加,电池筒电量减小,供电电压衰减且不平稳,影响测量信号上传,尤其是孔内涌出大量高压水时,测量信号不稳定。

( 2) 仪器易损坏。需要定期更换充电电池筒, 导致频繁拆卸孔内仪器,使仪器容易损坏。

( 3) 电池筒增加了仪器结构尺寸,导致探管距离钻头较远,测量具有滞后性,需要提前预测钻孔轨迹变化; 影响仪器安装固定; 电池筒外径较大,钻杆内过流面积较小,影响钻井液流通。

( 4) 增加了使用和维护成本。测量探管维修、 电池筒更换需要大量成本。

本文在总结国内外随钻测量装置的原理及优缺点基础上,对装置供电方式进行创新性设计,提出采用防爆计算机为孔内防爆测量探管供电的技术方案,并研制了有线随钻测量装置,对其技术方案、技术难点、关键技术及实现、试验情况等进行了分析介绍。

1装置技术方案

孔口防爆计算机采用矿井常用127 V照明电供电,其内设置一块系统控制板,用于为孔内测量探管恒压供电、发送操作指令、解调和处理上传的测量信号等。测量探管将孔口防爆计算机通过中心通缆式钻杆提供的电源转换为内部二次电源进行工作,并利用信号载波传输技术实现操作指令接收和测量信号上传。该装置工作原理如图1所示。

2装置技术难点

( 1) 防爆计算机研制。选择合适的供电方式为测量探管长距离供电,确保测量探管正常工作; 信号传输时叠加在电源信号上,对测量探管上传的衰减后的载波信号进行解调,保证测量数据的准确性。

( 2) 测量探管研制。测量探管应能利用防爆计算机提供的电源工作; 测量参数的准确性和稳定性应满足实钻需要; 在利用中心通缆式钻杆供电的同时,实现测量信号和操作指令的双向传输。

( 3) 系统测量软件开发。系统测量软件主要用于对测量参数进行计算、显示、钻孔轨迹绘制、存储及导出等,其文件管理结构应合理、文件操作功能应方便齐全,测量流程应符合随钻测量定向钻进习惯。

3装置设计关键技术

3.1防爆计算机恒压供电及信号解调设计

3.1.1恒压源设计

防爆计算机需要通过中心通缆式钻杆为孔内测量探管进行供电。目前石油钻井一般采用恒流源进行供电,存在以下不足: 供电电压过高,不符合煤安要求; 中心通缆式钻杆可能出现绝缘问题,而绝缘不好会导致传输链路多处分流,影响信号的解调,导致数据传输错误[7]。

为保证测量探管工作稳定性,该装置采用恒压源为测量探管供电,其提供的供电电压为恒压稳定值。当前中心通缆式钻杆的中心通缆装置电阻一般小于0. 5 Ω/3 m,测量探管最低工作电压为7 V,信号载波传输的电流约为20 m A,通过计算可得正常条件下信号传输距离达1 000 m以上,需要提供的电压值为10. 3 V。该装置设 计的供电 电压为13. 8 V,理论传输距离可达2 040 m,远大于实际测量距离需要,可确保测量探管正常工作。

3.1.2信号转换解调设计

防爆计算机内系统控制板的信号转换解调电路如图2所示。当接收到测量探管发回的测量数据后,首先在采样电阻上产生约1 V的电压跳变,然后通过电容滤掉直流分量,并经过信号放大、信号滤波、信号整形,转换为标准RS232电平信号,输入到CPU,从而解调出准确的数据。

3.2测量探管参数测量、二次电源工作和信号载波传输设计

3.2.1测量探管参数测量

( 1) 传感器组的选型。传感器组是参数测量的基础,本测量探管采用3个石英挠性加速度传感器测量地球重力加速度,具有线性度高( 可达0. 5‰) 、 温度漂移小、重复性好、抗冲击性强等特点; 采用3个PNI磁传感器测量地球磁场,与传统磁传感器相比,其功耗降低90% ,且不需要专用磁通门电路。

( 2) 传感器组软件调校。现有随钻测量装置一般采用机械调校,即通过人工调整方法来保证传感器两两相交,由于机械结构加工精度和人为操作的问题,无法保证完全正交,从而无法提高测量精度。 本测量探管采用软件调校方法,具体方案: 将测量探管固定在校验台上,调校时将Z方向设为垂直方向,得出该方向上的传感器最大值aZ; 同理得出X和Y方向上的传感器最大值aX,aY; 然后任意偏转一个角度,得出此时3个方向上的传感器输出值aX1,aY1,aZ1,将以上数据代入式( 1) ,即可计算出传感器之间的正交误差A,B,C。该方法将传感器固定后无需再调整位置,测量数据准确,测量精度大幅度提高。

参数测量流程: 当测量探管接收到孔口防爆计算机下达的测量指令后,为测量电路供电,加速度传感器和磁传感器感受到输入量时,与其放大电路一起将输入量转换成与之对应的输出电压; CPU采样测量电压和基准电压后,采用运算放大器对传感器测量信号进行整形和滤波,获得传感器原始测量数据; 然后利用补偿系数得出传感器测量数据的校正值; 再根据倾角、工具面向角和方位角与重力加速度和磁场强度的关系 ( 式 ( 2) ) 计算出钻孔轨迹参数的实测值。

式中: θ 为钻孔倾角; α 为钻孔方位角; w为螺杆电动机工具面向角; a'X,a'Y,a'Z为各加速度传感器测量值; MX,MY,MZ为各磁传感器测量值。

3.2.2二次电源工作和信号载波传输设计

测量探管得到准确孔内参数后,利用孔口电源供电工作和信号载波传输技术,实现在单芯电缆上供电和信号双向传输同时进行,电气原理如图3所示。KBV为孔口防爆计算机供给测量探管的电源, 通过二极管D1,D4形成BV,作为二次电源给测量短节的数据测量模块供电,确保测量探管正常工作。 发送数据时,FMSOMI按照预先确定的编码格式产生脉冲信号,当发送高电平时,三极管Q2导通,R26,R28产生分流,从而在系统控制板输出线上的限流电阻上产生电压降; 当发送低电平时,Q2截止,利用分流作用产生电压变化,即可将测量信号载波传输到孔口。

3.3测量软件开发

测量软件主要包括文件管理结构、测量流程和文件操作。

3.3.1文件管理结构设计

测量软件采用多叉树数据文件存储方式,按施工钻场、主孔号和分支孔号将数据分级存储,保存时包括3级文件夹和多个文件。其命名规则为第1级文件夹名称为施工钻场,在该文件夹下的文件中保存钻场的相应信息; 第2级文件夹的名称为主孔号, 在该文件夹下的文件中保存主孔的设计信息、分支孔信息和实钻数据; 第3级文件夹的名称为分支孔号,在该文件夹下的文件中保存分支孔设计信息和实钻信息。

3.3.2测量流程设计

装置测量时设计为2种工作模式: 当为钻孔测量模式时,发送倾角、方位和工具面等所有测量参数; 当为工具面调整模式时,只发送工具面测量数据。

3.3.3文件操作设计

采集到的数据保存在数据库中。为了便于分析,设置了数据的导出、导入和删除功能[9]。

数据导出功能可将当前钻孔、所在主孔或所有钻孔的钻探数据导出到Excel中,方便用户编辑; 也可导出为测量软件可查看的数据库文件,便于管理部门进行数据管理和查阅。

数据导入功能可将煤矿井下导出的钻孔数据文件导入到地面计算机的钻探数据库中,之后即可打开进行查看。

数据删除功能主要用于对已经备份或不需要的钻探数据文件进行删除操作,清理防爆计算机存储空间,避免数据管理混乱。

4装置性能试验

4.1装置测量精度试验

装置测量精度试验选择在具有检验资质的国家安全生产抚顺矿用设备检测检验中心进行,检测设备为HKJZ - A测斜仪自动校准系统,测量结果见表1。可看出该装置测量精度远高于设计值,满足煤矿井下定向钻进随钻测量需要。

4.2装置工作稳定性现场试验

装置工作稳定性试验在神华宁煤集团石嘴山二矿Ⅲ020503工作面进行,施工钻孔为集束型瓦斯抽采钻孔群。2013年6月13日开始试验,8月12日完成试验,共施工9个定向钻孔,31个分支孔,总进尺4 695 m,实钻钻孔与设计数据见表2,实钻总平面如图4所示。在2个月的试验期内,仪器均能正常工作,除2号钻场5号钻孔因封孔不严提前提钻终孔外,所有钻孔均顺利施工至孔底,且实钻轨迹偏差均控制在设计轨迹5‰以内,满足定向钻进钻孔精度控制要求。

4.3装置测量深度现场试验

装置测量深度现场试验在山西晋煤集团寺河矿东五盘区53015巷20号横川钻场进行,施工钻孔为本煤层瓦斯抽采定向长钻孔。试验钻孔于2014年8月10日开钻,8月22日终孔,钻孔主孔深度达到1 881 m,总进尺2 601 m,分支孔11个,其中探顶分支7个、探底分支4个,钻孔的实钻轨迹剖面如图5所示。装置施工至1 881 m时,信号传输正常,电压达到9. 29 V,电压衰减符合正常规律,远高于测量探管最低工作电压,可施工更深钻孔。

5结语

针对采用电池筒供电的不足,通过对防爆计算机、测量探管和测量软件等关键技术进行研究,研发了一套防爆计算机供电式矿用有线随钻测量装置。 试验证明,该装置技术方案可行,测量数据精准,工作稳定可靠,提高了煤矿井下定向钻进的随钻信号传输效果、仪器工作时间和定向钻进效率,降低了使用和维护成本,满足超深瓦斯抽采定向钻孔和水害防治定向钻孔钻进需要。

由于该装置仍然采用有线方式传输信号,需要特制的中心通缆式钻杆,而该钻杆加工技术严格,成本较高,且钻杆强度受到限制,影响钻进成本和安全性,可考虑采用无线方式进行信号传输,并研制相应的无线随钻测量系统。

摘要：针对现有煤矿井下定向钻进用有线随钻测量装置采用孔内电池筒供电存在的使用时间短、信号稳定性差、故障率和维护成本高等不足,提出一种采用孔口防爆计算机为孔内测量探管供电的技术方案;通过对孔口防爆计算机恒压源和信号转换解调设计,测量探管参数测量、二次电源工作和信号载波传输设计,测量软件的开发等关键技术进行研究,研制了防爆计算机供电式有线随钻测量装置,并在专业机构进行了测量精度试验,在神华宁煤集团石嘴山二矿进行了工作稳定性试验,在山西晋煤集团寺河矿进行了测量深度试验。试验结果表明,该装置技术方案可行,测量精度高于设计值,工作稳定性强,传输距离达1 881 m,可满足不同矿井、不同类型定向钻孔钻进需要。

浅析煤矿井下巷道贯通测量技术 篇4

在煤矿井下作业过程中, 巷道贯通是较为常见的施工方法。在进行巷道贯通施工过程中, 为了确保巷道贯通质量, 必须要进行精确的测量。在巷道贯通中运用测量技术, 能有效防止井下贯通过程中存在的许多问题, 从而极大地提高煤矿井下作业安全性。

1 贯通测量工作的主要任务及遵循的原则

两井贯通理论是现阶段国内外理论较为成熟的, 贯通测量主要是对测量方案及方法进行合理选择, 在这过程中是以贯通巷道的种类及允许偏差为依据来进行的。在测量方案及方法选定后, 便开始进行各项测量工作, 从而将贯通导线最重点的高程及坐标计算出来, 同时要检核各种测量及计算, 并分析贯通导线施测的成果及定向精度, 比较估算误差时所采用的相关参数。如果实际测量精度达不到设计标准要求, 则需重新进行测量。贯通巷道的标定几何要素是通过求得相关数据来进行计算的, 同时贯通巷道的中线及腰线都可实地进行标定。巷道的中线及腰线需根据掘进程度及时进行延长, 在这个过程中需定期进行检查测量及填图, 巷道的中线及腰线可根据测量结构进行调整, 在巷道贯通后, 需对贯通的实际偏差值进行测量, 同时需连接起两边的导线, 从而对各项闭合差进行计算, 并调整最后一段巷道的中腰线。此外, 在完成重要的贯通工程之后, 还要详细分析测量工作的精度, 进行技术方面的总结。在进行贯通测量时, 必须要保证精度符合标准要求, 同时要客观地对测量及计算工作进行检查, 在测量过程中, 至少要有2次独立测量, 且需要2人以上进行计算, 或采取不同的计算方法及工具等。总之, 贯通测量必须要确保误差控制及精度考量[1]。

2 煤矿井下巷道贯通测量中常用的技术方法

2.1 巷道贯通的测量勘察

在井下巷道贯通测量中, 测量勘察是测量的基础及前提, 测量技术的实施只有在进行过勘察后才能进行。通常情况下, 高程是巷道贯通测量勘察中的重点, 由于井下可视性不高, 因此在某些情况下会将顶板处作为高程点的测量位置。在这时, 要倒立放置水准尺, 在读取数据后, 在进行公式计算时, 需按负值写入, 而双向测量方法则适用于高程中的水准支线测量。

2.2 陀螺定向技术

在煤矿井下巷道贯通中, 陀螺定向技术测量精度准确, 且在测量过程中其精度不会由于矿井深度而出现变化。一般来说, 如果井下环境中的贯通导线较长, 则是采用陀螺定向技术能减少导线点的测量误差, 因此经常被用于井下环境贯通导线较长的测量。在使用陀螺定向技术进行井下巷道测量时, 其作用主要包括以下几方面的内容:a) 深井的定向测量。在煤矿矿井深度较大的情况下, 井深及温度会对传统贯通测量技术产生很大的影响, 而运用陀螺定向技术进行贯通测量能提高测量精度, 尤其是深井的定向测量。在煤矿矿井深度较大的巷道中, 陀螺定向技术能稳定获取贯通测量结果, 而不会随矿井深度的影响而出现偏差。这样不但能较好地维护矿井的安全性, 同时也为巷道贯通测量提供可靠条件;b) 井下平面的控制。在挖掘煤矿矿井巷道过程中, 必须要确保井下平面的稳固性。在这个过程中, 运用陀螺仪来对井下平面进行控制, 继而利用导线来指示巷道掘进的方向及长度[2]。传统的单支导线测量在煤矿巷道掘进中, 容易导致结果出现误差。因此, 采用陀螺定向技术, 对方位角进行测量, 能有效控制单支导线测量的误差, 从而满足井下平面的稳固, 为巷道挖掘打下良好基础;c) 井筒安装。在进行矿井巷道贯通测量过程中, 陀螺仪可作为辅助的安装工具。在这个过程中, 主要是利用陀螺仪来对井下基点的情况快速进行检测, 从而掌握井底情况。井下环境的测量通过陀螺定向技术来进行, 继而对井筒安装及钢梁预埋进行安排, 从而保证井筒位置的合理性, 从而减少了由于井筒位置误差而对对巷道安全性能产生的影响;d) 巷道的验收检查。在巷道贯通测量中运用的陀螺仪, 还可用于验收及监测巷道。如果井下巷道设计条件精度不够, 那么导线方面存在的不足会影响巷道贯通的实施。而将陀螺定向技术应用在这个过程中, 巷道方位角就可通过陀螺仪来确定, 从而对巷道位置进行逐步调整, 这样能与煤矿井下作业的基础要求相符合, 从而提高了巷道验收及监测效果[3]。

2.3 中腰线一体测量

在煤矿井下巷道施工过程中, 经常会出现通风及运输等问题, 存在的安全隐患较多, 尤其是在急倾斜巷道施工中。与一般巷道不同, 急倾斜巷道的坡度具有特殊性, 因此为了确保巷道贯通的施工质量, 经常采取的测量方法是中腰线一体方法。能对巷道贯通中的放线位置进行准确确定, 同时能在巷道贯通测量中对井筒仓的基本位置进行辅助寻找。在进行中腰线一体侧梁过程中需注意的是, 为了提高贯通测量的科学性, 需在护顶工程施工完毕并验收合格后再进行中腰线一体测量。

2.4 利用全站仪进行煤矿巷道贯通测量工作

全站仪是一种坐标三维测量系统, 其计算能力及程序功能都在不断完善, 其综合融入了多种因素, 包括数据存储单元及电子计算、测角等。在煤矿开采中, 全站仪起到了重要作用, 且全站仪应用在煤矿开采的各个不同阶段, 其地位及作用都十分重要。包括煤矿开采的规划设计阶段、勘察测量阶段, 不同的阶段对于测量的要求也各不相同。全站仪既能起到经纬仪的作用, 也能起到水准仪的作用, 因此全面性、准确性及便捷性较高, 在控制精度及分析误差方面能起到极大的作用[4,5]。在煤矿巷道贯通测量中, 全站仪主要应用在以下几方面:a) 误差分析。纵向误差、测距误差、轴系误差及读盘误差等都属于全站仪误差的分析范围之内。例如轴系误差又分为横向误差和纵向误差, 横向误差主要是对水平测量产生影响, 这种误差是横轴与视准轴没有正面相交而导致的。而纵向误差是对竖直方向的测量产生影响, 这种误差产生的原因主要是由于盘零点部位垂直而导致的。因此, 在进行测量观测时, 要避免俯视及仰视观测, 同时要对纵向误差进行重点关注;b) 精度控制。在控制测量精度方面, 通常包括三种, 对产生误差的原因及种类进行确定, 运用科学的测量方法, 区分人为误差及误差等。分析产生误差的原因及种类, 能有效降低误差产生的影响, 从而保证测量的准确性及精确度。在煤矿开采过程中, 贯通测量的方法可运用三角高程测量法来进行, 这样能有效提高测量准确性, 因此要科学合理地选择测量方式。为了准确把握施工测量中的误差, 减少人为误差的出现, 在测量过程中, 测量人员需根据相关规定来进行测量, 同时要通过计算机的运算及存储功能来修正测距仪的示值;c) 应用三维激光。在巷道贯通测量过程中, 将三维激光应用其中, 不但能拓宽测量范围, 同时对于空间的精度能进行有效控制, 这种测量方式是以很多新设备为基础的, 包括GPS, 不同格式的数据转化等, 因此其特点是融合与综合。在进行巷道贯通测量时, 应在测量计划中添加三维激光的应用, 从而实现测量系统的综合化, 继而实现巷道贯通测量的细化[6]。

3 结语

从上述分析中可看出, 井下管道贯通测量技术在贯通过程中起到了极其重要的作用。在测量过程中, 要合理选择贯通测量方法, 重视技术性的选择。现阶段, 随着中国煤矿开采的不断加大, 在井下贯通测量中也出现了很多新的测量方法。在今后的巷道贯通测量中积极运用先进的测量方法, 提高煤矿井下作业效率及安全性成为煤矿企业发展的重点。

摘要：介绍了常用的贯通测量技术方法, 然后以工程实例为研究对象, 对贯通测量技术应用进行了分析, 以供参考借鉴。

关键词：煤矿,井下巷道,贯通测量

参考文献

[1]王铎, 郝雷, 许永刚.浅析胡家河煤矿巷道大型贯通测量[J].科技创新与应用, 2015 (2) :45.

[2]乔军好, 乔晓军.浅谈煤矿井下巷道贯通测量精度分析的技术方法[J].大科技, 2013 (10) :243-244.

[3]刘师文, 任成, 蒋军.探析新技术在煤矿巷道贯通测量中的应用[J].科技视界, 2014 (23) :313.

[4]孙金礼, 陈杰.煤矿井下巷道贯通测量精度分析及技术方法[J].煤炭科学技术, 2010 (6) :112-114.

[5]李兴国.大型矿井巷道贯通测量方法与误差分析[J].煤炭科学技术, 2012, 40 (7) :93-95.

煤矿井下随钻测量技术 篇5

测量工作在矿山生产建设中是一项重要而严谨细致的工作, 一旦出现差错, 则会造成严重经济损失, 甚至会发事故, 随着科技的进步, 工程量的增加, 我们的测量任务回越来越重, 这就要求我们精心测量, 确保工程顺利完成。因此, 测量工作在矿山开采中正在扮演着一项必不可少的角色。本文将从以下几个方面对井下测量做以探讨。

1 井下平面控制测量

基本要求:井下平面控制分为基本控制和采区控制两类。两类控制导线都应敷设成闭 (附) 合导线或复测支导线。

基本控制导线按测角精度分为±7″、±15″两级, 采区控制导线亦按测角精度分为±15″、±30″两级。各矿井可根据采掘工程的实际需要, 依矿井和采区开采范围的大小选定。

1.1 基本控制导线的主要技术指标参照表1选定。

1.2 基本控制导线应沿矿井主要巷道 (包括:斜井、井底车场、水平 (阶段) 运输巷道, 总回风道, 上、下山等) 敷设。

采区控制导线应沿采区上、下山, 中间巷道或片盘运输巷道以及其它次要巷道敷设。

1.3 在布设井下基本控制导线时, 一般每隔1.5-2.0km应加测陀螺定向边。±7″、±15″级基本控制导线的陀螺经纬仪定向精度分别不得低于±10″和±15″。

1.4 在条件允许时, 应用加测陀螺定向边的方法改建井下平面控制网, 以提高精度。

1.5 在井下使用陀螺经纬仪时, 应严格遵守煤矿安全规程的有关规定。

2 导线点设置

井下经纬仪导线点分永久点和临时点两种。永久点应设在碹顶上或巷道顶底板的稳定岩石中。临时点可设在顶板岩石或牢固的棚梁上。所有测点应统一编号, 并将编号明显地标定在点的附近。

永久导线点应设在矿井主要巷道中, 每组至少应有三个相邻点。有条件时, 也可在主要巷道中全部埋设永久导线点。

3 水平角观测

3.1 井下经纬仪导线水平角观测, 所采用的仪器和作业要求符合煤矿测量规程规定。

3.2 在倾角小于30°的井巷中, 经纬仪导线水平角的观测限差应符合测量规程规定。在倾角大于30°的井巷中, 各项限差可为表28中规定的1.5倍。

4 边长测量

4.1 用钢尺丈量基本控制导线的基本规定:

4.1.1 分段丈量时, 最小尺段长度不得小于10m, 定线偏差应小于5cm。

4.1.2 每尺段应以不同起点读数2-3次, 读至毫米, 长度互差不大于3mm。

4.1.3 导线边长必须往返丈量, 丈量结果加入各种改正数的水平边长互差不大于边长的1/6000。在边长小于15m或倾角在15°以上的倾斜巷道中丈量边长时, 往返水平边长的允许互差可适当放宽, 但不得大于边长的1/4000。

4.2 丈量采区控制导线边长时, 可凭经验拉力, 不测温度, 采取往返丈量或错动钢尺位置一米以上的方法丈量两次, 其互差均不得大于边长的1/2000。

5 导线的延长

5.1 采区控制导线应随巷道掘进每30-100m延长一次。巷道每掘进100m, 应至少对中、腰线点进行一次检查测量, 并根据检查测量结果调整中、腰线。

5.2 在延长经纬仪导线之前, 必须对上次所测量的最后一个水平角按相应的测角精度进行检查, 两次观测水平角的不符值不得超过下列规定:

7″导线20″

15″导线40″

30″导线80″

基本控制导线的边长小于15m时, 两次观测水平角的不符值可适当放宽, 但不得超过上列限差的1.5倍。

6 内业计算

井下经纬仪导线观测、记录、计算取位应符合表2规定。

7 井下高程控制测量

7.1 井下高程点和经纬仪导线点的高程, 在主要水平巷道中, 应用水准测量方法确定。在其它巷道中可根据具体情况采用水准测量或三角高程测量方法确定。水准测量应使用不低于DS10级的水准仪和普通水准尺进行。

7.2 高程点埋设要求和规定

巷道高程点应设在巷道顶、底板或两帮的稳定岩石中、碹体上或井下永久固定设备的基础上。也可用永久导线点作为高程点。所有高程点都应统一编号, 并将编号明显地标记在点的附近。

8 成图比例

进行采掘工作必须具备以下比例尺图:1) 1:500或1:1000的工业广场平面图;2) 1:1000或1:2000的采掘工程平面图;3) 1:200或1500的井筒断面图;4) 1:200或1:500的井底车场平面图;5) 1:1000或1:2000的主要巷道平面图。

9 结束语

近年来, 矿井生产范围逐年扩大, 采掘头面个数偏多, 为了不影响生产, 要加强现场管理, 及时在巷道中布设导线, 标定巷道中、腰线, 做到方位、坡度准确可靠。在有条件的巷道及时安装激光指向仪, 确保工程质量, 满足矿井生产的需要。认真做好工作面的测量工作是安全生产的基础, 通过测量数据, 查找问题症结, 及时绘图, 从而为采掘开拓部署提供准确的测量资料。

摘要：测量工作是煤矿生产建设的一项非常重要的技术基础工作, 也是煤矿企业必不可少的重要组成部分, 随着现代化矿井建设的加快以及生产的需要, 越来越先进的测量技术正在逐步取代落后的测量工作, 这就要求我们精确测量, 保证矿产资源的合理利用与开发, 保证煤矿安全、高效生产。

关键词：煤矿,测量,技术

参考文献

[1]《煤矿安全规程》, 自2010年3月1日起施行