神東煤炭公司地測(cè)分公司  寇貴德  李和平

摘  要 介紹一種新型的高精度數(shù)字井斜測(cè)量?jī)x器以及在康家灘煤礦成功應(yīng)用的情況，該儀器為神東礦區(qū)鉆孔測(cè)斜提供了一種新的方法。

關(guān)鍵詞  數(shù)字測(cè)斜儀  原理  應(yīng)用  成果
 

KXZ-1A型數(shù)字測(cè)斜儀是一種新型的高精度數(shù)字井斜測(cè)量?jī)x器，用于垂直或定向井（孔）的頂角和方位角的高精度測(cè)量，也可用于定向鉆孔控制頂角、方位角和工具面向角的高精度測(cè)量，同時(shí)可準(zhǔn)確地測(cè)量鉆孔深度等參數(shù)；該儀器廣泛應(yīng)用于工程、水文、油田、煤田、地質(zhì)等測(cè)井領(lǐng)域。

1  儀器結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1  控制單元

電源：輸入220V/50Hz交流電，為地面控制單元提供所需的電源，如+5V、+12V；為測(cè)斜探管提供24～60V連續(xù)可調(diào)的直流電源。

深度：測(cè)量井口滑輪上的光電編碼器的光電脈沖，并通過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)換為深度值，在筆記本電腦上顯示。

井斜：用最新總線(xiàn)數(shù)據(jù)長(zhǎng)線(xiàn)傳輸技術(shù)，通過(guò)電纜接收測(cè)斜探管傳輸來(lái)的測(cè)斜數(shù)據(jù)。

1.2  測(cè)斜探管                              

頂角傳感器：測(cè)量鉆孔的頂角，輸出電信號(hào)。

方位傳感器：測(cè)量鉆孔的方位角，輸出電信號(hào)。

數(shù)據(jù)采集：在單片機(jī)控制下，采集頂角傳感器、方位角傳感器輸出的電信號(hào)，并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、計(jì)算測(cè)量結(jié)果和編碼。

數(shù)據(jù)通信：將編碼的測(cè)量結(jié)果發(fā)送到地面控制單元。

2  主要技術(shù)指標(biāo)

測(cè)斜深度：≤1200m：

參數(shù)測(cè)量范圍與精度：

頂角測(cè)量范圍：0～50°

頂角0～20°時(shí)：測(cè)量精度為±0.1°

頂角20～50°時(shí)：測(cè)量精度為±0.2°

方位角測(cè)量范圍：0～360°

頂角1～3°時(shí)：測(cè)量精度為±3°

頂角3～50°時(shí)：測(cè)量精度為±1.5°

工具面向角測(cè)量范圍：0～360°，測(cè)量精度為±1.5°

測(cè)量方式：定點(diǎn)測(cè)量，測(cè)點(diǎn)深度間隔及測(cè)點(diǎn)數(shù)任意確定。

電源：    交流220V/50Hz

地面控制單元工作環(huán)境：

溫度：-10℃～50℃；相對(duì)濕度：≤85%

測(cè)斜探管工作環(huán)境：

溫度：0℃～75℃；耐壓：≤15MPa

地面控制單元：

外形尺寸/mm：385×300×240；重量：8kg

測(cè)斜探管：

外形尺寸/mm：φ40×1600；重量：7kg

3  儀器主要特點(diǎn)

1）采用高科技專(zhuān)利產(chǎn)品高精度兩維頂角測(cè)量傳感器，傳感器分辨率達(dá)0.01°，能精確測(cè)量鉆孔的傾斜頂角。

2）采用三維的集成地磁場(chǎng)測(cè)量傳感器測(cè)量地磁場(chǎng)信號(hào)，通過(guò)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的方式建立方位角數(shù)值計(jì)算數(shù)學(xué)模型，測(cè)量計(jì)算方位角。

3）應(yīng)用現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、電氣和機(jī)械參數(shù)誤差分析，準(zhǔn)確計(jì)算頂角和方位角，使測(cè)量結(jié)果達(dá)到高精度的要求。

4）采用新型帶8路24位A/D轉(zhuǎn)換的單片機(jī)作為測(cè)斜探管數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高精度數(shù)據(jù)采集。

5）應(yīng)用現(xiàn)代通信編碼長(zhǎng)線(xiàn)傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)電纜數(shù)字信號(hào)可靠傳輸，提高儀器的抗干擾能力。

6）實(shí)時(shí)記錄日期、時(shí)間，現(xiàn)場(chǎng)打印測(cè)量結(jié)果。

7）測(cè)斜探管取消了重錘擺動(dòng)布件，使儀器抗震性能極大提高；實(shí)際測(cè)點(diǎn)深度間隔及測(cè)點(diǎn)數(shù)可任意選擇，提高了測(cè)量效率。

4  在神東礦區(qū)的應(yīng)用

劉家堰電纜孔是神東公司委托地測(cè)分公司為康家灘煤礦施工的電纜孔。該孔于2004年12月9日施工完備，經(jīng)井下和地面聯(lián)測(cè)貫通深度為369.62m，實(shí)際孔深度達(dá)374.45m時(shí)，仍未與巷道貫通，經(jīng)判斷為鉆孔打斜。后通過(guò)地面開(kāi)通鉆機(jī)，在井下聽(tīng)、看等方法都很難確定鉆孔的準(zhǔn)確位置。為了盡快找到鉆孔，更好地為礦方服務(wù)，地測(cè)分公司及時(shí)購(gòu)進(jìn)KXZ-1A型數(shù)字測(cè)斜儀，于2004年12月22日到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)斜工作。

4.1  現(xiàn)場(chǎng)鉆孔測(cè)量

1）到達(dá)鉆探施工現(xiàn)場(chǎng)，先用萬(wàn)用表檢查電源應(yīng)為220V±10%交流，且有良好接地，才能與地面控制單元連接。

2）地面控制單元深度、井斜接口，通過(guò)兩根所配四芯屏蔽線(xiàn)分別與井口滑輪、絞車(chē)連接。

3）電纜與井斜探管對(duì)接后，從井斜探管的中部開(kāi)始丈量至電纜上5.00m處，用彩色細(xì)塑膠電線(xiàn)扎15mm寬，將這一明顯記號(hào)作為深度標(biāo)志。

4）將井斜探管置于井孔中，開(kāi)動(dòng)絞車(chē)下放電纜，當(dāng)電纜上包扎的深度標(biāo)志到達(dá)鉆探深度起算面（如鉆機(jī)平臺(tái)或地表）時(shí)，電纜停止下放。此時(shí)，井斜探管在井中的深度已達(dá)5.00m。

5）運(yùn)行上位機(jī)檢測(cè)軟件。

6）將井斜探管提出井孔，沖洗干凈，旋松電纜與探管連接螺母，抹干水漬，再拔出電纜接頭上好保護(hù)帽。

4.2  測(cè)量結(jié)果

根據(jù)儀器的性能及鉆孔的地理位置，確定磁偏角參數(shù)為-4°，確定測(cè)點(diǎn)為每隔20～30m深度選定一個(gè)，以5m深度為起始點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量2～3次，取最后一次測(cè)量數(shù)據(jù)為最終成果。經(jīng)過(guò)對(duì)終點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)的分析和鉆孔資料進(jìn)行對(duì)比，確定終點(diǎn)測(cè)量結(jié)果為：孔深：374.17m；天頂角：1.16°；偏心距：7.59m；△X：2.6m；△Y：7.1m；相對(duì)于孔口的方位角：69.89°。

4.3  實(shí)際應(yīng)用

根據(jù)測(cè)量結(jié)果，在井下集中輔運(yùn)大巷內(nèi)，以電纜孔孔口坐標(biāo)位置（X：4315545.891，Y：509464.370）為參照物，設(shè)計(jì)一探巷找電纜孔的終孔位置。探巷位置為沿集運(yùn)巷方向在鉆孔北1.8m為巷道中心，垂直巷道向右?guī)途蜻M(jìn)5.5m，巷寬2m。經(jīng)過(guò)一天的施工，在探巷施工至5.3m時(shí)找到鉆孔。經(jīng)實(shí)測(cè)，鉆孔終孔位置坐標(biāo)為：X：4315548.099；Y：509471.968；相對(duì)孔口坐標(biāo)△X：2.2；△Y：7.6。與測(cè)斜結(jié)果比較，△X、△Y的最大誤差為±0.5m，完全能夠滿(mǎn)足要求。

5  結(jié)語(yǔ)