测斜仪在钻孔施工中的应用技术

徐宏甫

【摘要】为解决钻孔施工过程中钻孔实际运行轨迹与设计轨迹误差问题，使用测斜仪在钻孔施工后进行测斜，测量钻孔实际运行轨迹。通过在告成煤矿各种钻孔和岩层中的运用总结，能够熟练运用测斜仪，从而为安全生产提供可靠有效的钻探资料。此文为测斜仪在巷道探透中的使用。

【关键词】钻探；岩性；测斜；误差

1.前言

在煤矿生产过程中，巷道掘进与工作面回采，都需要钻探进行超前探测、底板注浆加固或瓦斯抽放等，因此钻探技术与煤矿安全生产有着密切不可分割的关系。但在实际操作过程中，往往会受岩石岩性、钻进压力、钻进深度等因素影响，导致钻孔开孔方位及倾角与实际钻进致终孔探测结果不同，从而给巷道安全掘进提供资料不太精确，给底板注浆或瓦斯抽采达不到预期效果。

为解决这一难题，告成矿引进一台YHQ-X（C）全方位钻孔测斜仪（简称测斜仪），它是由同部机和探管两部分组成，携带方便，操作简单，专用于煤矿井下水平钻孔或定向钻孔的测斜，角度均方误差±0.3°，方位均方差±2°耐水压力≥12MPa。经过在21061下底抽巷底板加固钻孔、23041下底抽巷瓦斯抽放钻孔和-410水平大巷探透钻孔等多个地点不同性质钻孔中的运用，能够熟练运用测斜仪，成为煤矿安全生产的导盲棍。

2.工程概述

告成煤矿南翼副井是告成煤矿由120万吨升级改造为150万吨大型矿井的一项重要工程。而告成煤矿-410m水平运输北大巷与南翼副井的南大巷的贯通标志着此项工程的基本完工。为确保该巷顺利贯通，在巷道剩余55m时进行钻探后，又采用YHQ-X（C）全方位钻孔测斜仪进行了井下钻孔测斜，于2015年12月4日，完成了数据采集与资料收集工作，经过数据处理、分析、解释，得出测斜成果。

3.全方位钻孔测斜仪的运用

3.1 钻孔测斜仪组成及工作原理。全方位钻孔测斜仪由同步机和探管以及它们之间的通信线组成。探管主要由采集单片机、倾角和侧向传感器、存储器、通信接口及电源电路等组成，同步机由单片机、键盘、显示器、存贮器、通信接口及电源电路等组成。探管的主要功能是采集传感器电信号，并将采样的数据存储到存储器中，同步机的主要功能是向探管发送命令和数据处理。

系统采用定点连续测量的工作方式，同步机和探管实现同步工作后，将探管连接到钻杆上，送入欲测处进行测量，探管采集数据并存储，同步机记录测点的有效性，测点的孔深通过测量钻杆的长度确定；钻孔测量完毕，取出探管，并于同步机通信，同步机计算并显示测量结果。也可将同步机与计算机通信，生成钻孔轨迹三视图和立体图。

3.2 仪器简介。YHQ-X（C）全方位钻孔测斜仪由中煤科工集团西安研究院研发，通过连续测点来测量钻孔的倾斜情况，该仪器采用矿用本质安全型防爆设计，体积小、易携带、易操作、施工方便，配套软件具有数据精细处理、自动成图的功能，通过简单处理自动生成直观易解释的平面图、剖面图、正视图及三维轨迹图。

3.4 测量方法及测深。钻探设备使用2300型框架钻机，63mm钻杆，75mm钻头钻进，成孔退杆后，将探管与同步机同步后安装在钻杆上，由钻机接装钻杆向孔内顺探管，进行测量。孔口探管完全进入后采集第一个数据，往后每3米采集一个数据，采集到第19个数据，即孔深55米时，最后1.5米探透，停止采集数据。本次采集数据20个，孔深56.5米，测量结果出。

4.成果分析

本次共分析数据20个，钻孔方位在215.47～217.09°，倾角在-1.62～+1.00°，平均方位是216.36°，平均倾角是-0.45°。开孔方位及倾角可能有误差，19米处钻机操作有误，倾角有误差，经调整后开孔方位调整为216°，倾角调整为1°，19米处倾角调整为-0.5°，本次探测成果见图1。

根据该巷实揭地质资料及钻孔资料分析，本次钻探全孔为L7灰岩，结合其它钻孔探测结果及记录推进压力总结，L7灰岩钻进期间，推进压力不能大于5MPa，否则实际钻探轨迹与设计终孔位置偏差较大，如遇到软硬岩交接位置，偏差将会更大。

图1 三维轨迹图

5.结论

钻孔设计方位215°，傾角+1°，实际钻孔方位216.36°，倾角-0.45°。钻孔施工56.5m探透与设计相比较，向下偏移1.5米，向左偏移2米。

将探测结果与地测科测量数据进行核对，基本吻合，最后于2015年12月29日顺利贯通，经2016年1月5日进行导线联测，检测南翼副井的中线点结果，在贯通点向南20米位置中线点东偏0.065米，在南翼北大巷最后一次变向位置中线点东偏0.062米，贯通成果满足规范和设计要求，高程闭合差为：±3.3cm，满足并优于设计和规范要求的高程精度。测斜仪成功运用于-410水平大巷，使探注队对钻孔施工精度方面登上一个新的台阶。