煤矿井下随钻测量技术及钻孔轨迹数据处理方法研究

徐冠男

摘 要：在煤矿生产作业中，为确保生产效率及安全，多会采取定向钻进技术，确保煤矿生产钻进工作的有效控制。研制我国煤矿井下随钻测量技术，探究钻孔孔迹数据处理方法，其具备着极为显著的实践应用价值。从一般水平定向钻进入手，分析水平定向钻孔轨迹的基本要素，探究煤矿井下水平定向孔轨迹的一般形式和描述方法，提出一定的钻孔孔迹数据处理方法。

关键词：煤矿井下随钻测量技术；钻孔轨迹；数据处理

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

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