钻孔测斜的分析与应用

摘要：通过对全方位测斜仪在井下钻孔的使用情况，分析如何在矿井生产中使用好测斜仪，测斜仪在地质孔、穿层孔等使用效果较好，并就测斜仪使用过程中出现的问题提出以后的关于全方位测斜仪的研究方向。

关键词：全方位测斜仪 在地质孔 穿层孔应用情况

1 概述

在煤矿生产中，煤与瓦斯突出问题始终是威胁矿井作业安全的一个隐患。为了提高井下作业安全系数，业界已尝试通过各种措施来解决这一安全隐患。现阶段，国内矿业单位普遍推崇采前钻孔预抽放瓦斯释放煤岩层中瓦斯压力的方式来消除这一隐患。但是如何检测钻孔钻进方向是否与设计方向一致，以达到预期抽放目的，则成为当前必须解决的一项技术难题。为此，业界开发设计了一个辅助仪器――钻孔测斜仪，用以解决这一技术难题。在科技日益发达的现代社会，煤矿生产中受控定向钻进技术研究不断创新，矿井超前勘探精确的工程钻探施工规模的持续拓展，对钻孔轨迹的测量精度要求越来越高，在此情况下，全方位测量钻孔倾角和方位角的仪器的设计与应用，不仅大大提高了测量精度，而且使上仰、下俯、垂直、水平各种钻孔测量活动成为可能，为仪器在井下作业广泛应用埋设了良好的伏笔。

80年代初期人们研发了全方位钻孔测斜仪。至今，该仪器在矿井作业中应用的二十多年间，投入百万经过三次技术改造，才设计出当前的第三代YHQ-X型全方位钻孔测斜仪。该仪器可直接在井下钻孔进行无缆测斜。另外，通过钻杆推送探管，也能使用电缆测斜。系统应用了先进的单片机技术和一些新元件，虽然构造一如既往的简单，但性能和精度都有所改善，测斜效果良好。

第三代YHQ-X型全方位钻孔测斜仪的工作原理是，仪器外壳（探管）倾斜后，挂在壳内的重垂器的垂直状态不变，重垂器与一微型“滑动变阻器”（即电位器）联动，滑动变阻器的动臂随着倾角的变化也发生线性改变。滑动变阻器的动臂变化量与倾角的正比关系在制造仪器时已提前设定，滑动变阻器的电阻值在测量的另一端测得，实际反映的是倾角，而不是其他。此外，探管中安装了套罗盘系统，在实际操作中可按照上述测量方法通过电缆告知操作人员探管的“倾斜磁方位角”。通过观察地理位置与地磁位置的变换，操作者（或电脑）会迅速锁定探管的地理倾斜方位角，进而确定倾斜角的实际大小数。

2 潘三矿全方位钻孔测斜仪的使用情况

2.1 验证情况 全方位钻孔测斜仪自2008年引入潘三矿以后，先是被应用在了煤层底板抽排巷层位控制孔中，在1792（3）底板抽排巷施工层位控制孔时，钻孔倾斜度可借助全方位钻孔测斜仪测得。结束某一阶段的施工后，可通过锚杆钻机垂直顶板施工探眼，参照巷道与煤层法距对比数据，以求证钻孔测斜数据是否客观、准确（详见图1）。

2.2 使用效果 全方位钻孔测斜仪应用在矿井生产以后，我单位利用该仪器陆续对穿层孔、地质前探孔、揭煤钻等施测，并进行了CAD上图分析，发现了钻孔偏斜轨迹，继而对钻孔参数进行了合理的调整，以确保钻进情况满足预期要求，从而通过地质钻孔得到准确的煤层与断层的赋存情况。

3 穿层孔测斜资料分析与应用

3.1 穿层孔测斜资料分析 放底板抽排巷作业过程中的穿层孔实际就是用以释放上部煤层瓦斯压力的卸压孔。被保护巷道的两侧规律地布有穿层孔的见煤点，钻进过程中如果钻孔偏斜，穿层孔的卸压能力会受到严重的影响。通过全方位钻孔测斜仪量测钻孔倾斜度以后，再借助CAD上图确定穿层孔的偏斜轨迹和煤层赋存情况，穿层孔平面位置一旦偏离了设计要求，可及时纠偏，以确保穿层孔的卸压效果良好（见图2）。

3.2 穿层孔测斜资料分析应用与验证 每组穿层测斜孔经CAD上图后，可以在剖面图上明确表示被保护巷道对应煤层的厚度和底板标高；N组穿层孔上图后，被保护巷道对应煤层巷道方向的煤层坡度及煤层的厚度就可以标示在被保护巷道对应煤层剖面图上，如果剖面图反映出煤层巷道方向的坡度和煤层厚度偏离了设计要求，则与异常组别相邻的未测斜孔同样要进行CAD上图分析，煤层赋存情况主要反映在钻孔剖面上，通过钻孔剖面的分析可以实时了解煤层的构造或厚度，可据此商榷钻进方案。比如，17171（1）轨顺保护巷穿层孔施工中，四、五组煤层赋存情况异常，与17171（1）轨顺保护巷实见断层Fe3 262°∠22～41°H=2.2m上延大致相同，由此断定四、五组之间的应该是断层11-2煤的位置。而后通过实际钻探证实了该判断的准确性。

4 存在问题

一是钻孔孔口磁方位角的定位受孔口铁器干扰而偏离了实际位置，上图分析前须去除孔口两个点的磁方位角才能进行正确的分析；二是实际操作中，钻机型号及压力的大小以及钻杆等诸多因素影响钻孔实际倾角的上下变化（人为操作也是影响因素之一），要总结钻孔倾角上下变化的规律，必须将这些影响因素一一清除。

5 结论

全方位测斜仪是矿井作业主要的生产设备。通过该仪器可直接测定地质钻孔的偏移轨迹，继而了解煤层的赋存情况，以便科学地开展地质前探和瓦斯治理工作。

参考文献：

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[2]郭爱煌.矿井全方位钻孔测斜技术的研究[J].煤田地质与勘探，1994（04）.

[3]夏盆军，胡明永.钻孔测斜在井下覆岩破坏探测工程中的应用[J].科技创业家，2013（09）.