神東煤炭公司地測分公司  寇貴德  李和平

摘  要 介紹一種新型的高精度數(shù)字井斜測量儀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)鉆孔測斜提供了一種新的方法。

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

KXZ-1A型數(shù)字測斜儀是一種新型的高精度數(shù)字井斜測量儀器，用于垂直或定向井（孔）的頂角和方位角的高精度測量，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量，同時可準確地測量鉆孔深度等參數(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；為測斜探管提供24～60V連續(xù)可調(diào)的直流電源。

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

井斜：用最新總線數(shù)據(jù)長線傳輸技術(shù)，通過電纜接收測斜探管傳輸來的測斜數(shù)據(jù)。

1.2  測斜探管                              

頂角傳感器：測量鉆孔的頂角，輸出電信號。

方位傳感器：測量鉆孔的方位角，輸出電信號。

數(shù)據(jù)采集：在單片機控制下，采集頂角傳感器、方位角傳感器輸出的電信號，并進行A/D轉(zhuǎn)換、計算測量結(jié)果和編碼。

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

2  主要技術(shù)指標

測斜深度：≤1200m：

參數(shù)測量范圍與精度：

頂角測量范圍：0～50°

頂角0～20°時：測量精度為±0.1°

頂角20～50°時：測量精度為±0.2°

方位角測量范圍：0～360°

頂角1～3°時：測量精度為±3°

頂角3～50°時：測量精度為±1.5°

工具面向角測量范圍：0～360°，測量精度為±1.5°

測量方式：定點測量，測點深度間隔及測點數(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℃；相對濕度：≤85%

測斜探管工作環(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

測斜探管：

外形尺寸/mm：φ40×1600；重量：7kg

3  儀器主要特點

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

2）采用三維的集成地磁場測量傳感器測量地磁場信號，通過慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的方式建立方位角數(shù)值計算數(shù)學(xué)模型，測量計算方位角。

3）應(yīng)用現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)進行測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、電氣和機械參數(shù)誤差分析，準確計算頂角和方位角，使測量結(jié)果達到高精度的要求。

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

5）應(yīng)用現(xiàn)代通信編碼長線傳輸技術(shù)，實現(xiàn)長電纜數(shù)字信號可靠傳輸，提高儀器的抗干擾能力。

6）實時記錄日期、時間，現(xiàn)場打印測量結(jié)果。

7）測斜探管取消了重錘擺動布件，使儀器抗震性能極大提高；實際測點深度間隔及測點數(shù)可任意選擇，提高了測量效率。

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)測貫通深度為369.62m，實際孔深度達374.45m時，仍未與巷道貫通，經(jīng)判斷為鉆孔打斜。后通過地面開通鉆機，在井下聽、看等方法都很難確定鉆孔的準確位置。為了盡快找到鉆孔，更好地為礦方服務(wù)，地測分公司及時購進KXZ-1A型數(shù)字測斜儀，于2004年12月22日到現(xiàn)場進行測斜工作。

4.1  現(xiàn)場鉆孔測量

1）到達鉆探施工現(xiàn)場，先用萬用表檢查電源應(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，通過兩根所配四芯屏蔽線分別與井口滑輪、絞車連接。

3）電纜與井斜探管對接后，從井斜探管的中部開始丈量至電纜上5.00m處，用彩色細塑膠電線扎15mm寬，將這一明顯記號作為深度標志。

4）將井斜探管置于井孔中，開動絞車下放電纜，當(dāng)電纜上包扎的深度標志到達鉆探深度起算面（如鉆機平臺或地表）時，電纜停止下放。此時，井斜探管在井中的深度已達5.00m。

5）運行上位機檢測軟件。

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帽。

4.2  測量結(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°，確定測點為每隔20～30m深度選定一個，以5m深度為起始點，每個測點測量2～3次，取最后一次測量數(shù)據(jù)為最終成果。經(jīng)過對終點測量數(shù)據(jù)的分析和鉆孔資料進行對比，確定終點測量結(jié)果為：孔深：374.17m；天頂角：1.16°；偏心距：7.59m；△X：2.6m；△Y：7.1m；相對于孔口的方位角：69.89°。

4.3  實際應(yīng)用

根據(jù)測量結(jié)果，在井下集中輔運大巷內(nèi)，以電纜孔孔口坐標位置（X：4315545.891，Y：509464.370）為參照物，設(shè)計一探巷找電纜孔的終孔位置。探巷位置為沿集運巷方向在鉆孔北1.8m為巷道中心，垂直巷道向右?guī)途蜻M5.5m，巷寬2m。經(jīng)過一天的施工，在探巷施工至5.3m時找到鉆孔。經(jīng)實測，鉆孔終孔位置坐標為：X：4315548.099；Y：509471.968；相對孔口坐標△X：2.2；△Y：7.6。與測斜結(jié)果比較，△X、△Y的最大誤差為±0.5m，完全能夠滿足要求。

5  結(jié)語