KXZ-1A型数字测斜仪在神东矿区的应用

神东煤炭公司地测分公司  寇贵德  李和平

摘  要 介绍一种新型的高精度数字井斜测量仪器以及在康家滩煤矿成功应用的情况，该仪器为神东矿区钻孔测斜提供了一种新的方法。

关键词  数字测斜仪  原理  应用  成果
 

KXZ-1A型数字测斜仪是一种新型的高精度数字井斜测量仪器，用于垂直或定向井（孔）的顶角和方位角的高精度测量，也可用于定向钻孔控制顶角、方位角和工具面向角的高精度测量，同时可准确地测量钻孔深度等参数；该仪器广泛应用于工程、水文、油田、煤田、地质等测井领域。

1  仪器结构及工作原理

1.1  控制单元

电源：输入220V/50Hz交流电，为地面控制单元提供所需的电源，如+5V、+12V；为测斜探管提供24～60V连续可调的直流电源。

深度：测量井口滑轮上的光电编码器的光电脉冲，并通过计算转换为深度值，在笔记本电脑上显示。

井斜：用最新总线数据长线传输技术，通过电缆接收测斜探管传输来的测斜数据。

1.2  测斜探管                              

顶角传感器：测量钻孔的顶角，输出电信号。

方位传感器：测量钻孔的方位角，输出电信号。

数据采集：在单片机控制下，采集顶角传感器、方位角传感器输出的电信号，并进行A/D转换、计算测量结果和编码。

数据通信：将编码的测量结果发送到地面控制单元。

2  主要技术指标

测斜深度：≤1200m：

参数测量范围与精度：

顶角测量范围：0～50°

顶角0～20°时：测量精度为±0.1°

顶角20～50°时：测量精度为±0.2°

方位角测量范围：0～360°

顶角1～3°时：测量精度为±3°

顶角3～50°时：测量精度为±1.5°

工具面向角测量范围：0～360°，测量精度为±1.5°

测量方式：定点测量，测点深度间隔及测点数任意确定。

电源：    交流220V/50Hz

地面控制单元工作环境：

温度：-10℃～50℃；相对湿度：≤85%

测斜探管工作环境：

温度：0℃～75℃；耐压：≤15MPa

地面控制单元：

外形尺寸/mm：385×300×240；重量：8kg

测斜探管：

外形尺寸/mm：φ40×1600；重量：7kg

3  仪器主要特点

1）采用高科技专利产品高精度两维顶角测量传感器，传感器分辨率达0.01°，能精确测量钻孔的倾斜顶角。

2）采用三维的集成地磁场测量传感器测量地磁场信号，通过惯性导航系统的方式建立方位角数值计算数学模型，测量计算方位角。

3）应用现代数字信号处理技术进行测量系统的结构、电气和机械参数误差分析，准确计算顶角和方位角，使测量结果达到高精度的要求。

4）采用新型带8路24位A/D转换的单片机作为测斜探管数据采集系统，实现高精度数据采集。

5）应用现代通信编码长线传输技术，实现长电缆数字信号可靠传输，提高仪器的抗干扰能力。

6）实时记录日期、时间，现场打印测量结果。

7）测斜探管取消了重锤摆动布件，使仪器抗震性能极大提高；实际测点深度间隔及测点数可任意选择，提高了测量效率。

4  在神东矿区的应用

刘家堰电缆孔是神东公司委托地测分公司为康家滩煤矿施工的电缆孔。该孔于2004年12月9日施工完备，经井下和地面联测贯通深度为369.62m，实际孔深度达374.45m时，仍未与巷道贯通，经判断为钻孔打斜。后通过地面开通钻机，在井下听、看等方法都很难确定钻孔的准确位置。为了尽快找到钻孔，更好地为矿方服务，地测分公司及时购进KXZ-1A型数字测斜仪，于2004年12月22日到现场进行测斜工作。

4.1  现场钻孔测量

1）到达钻探施工现场，先用万用表检查电源应为220V±10%交流，且有良好接地，才能与地面控制单元连接。

2）地面控制单元深度、井斜接口，通过两根所配四芯屏蔽线分别与井口滑轮、绞车连接。

3）电缆与井斜探管对接后，从井斜探管的中部开始丈量至电缆上5.00m处，用彩色细塑胶电线扎15mm宽，将这一明显记号作为深度标志。

4）将井斜探管置于井孔中，开动绞车下放电缆，当电缆上包扎的深度标志到达钻探深度起算面（如钻机平台或地表）时，电缆停止下放。此时，井斜探管在井中的深度已达5.00m。

5）运行上位机检测软件。

6）将井斜探管提出井孔，冲洗干净，旋松电缆与探管连接螺母，抹干水渍，再拔出电缆接头上好保护帽。

4.2  测量结果

根据仪器的性能及钻孔的地理位置，确定磁偏角参数为-4°，确定测点为每隔20～30m深度选定一个，以5m深度为起始点，每个测点测量2～3次，取最后一次测量数据为最终成果。经过对终点测量数据的分析和钻孔资料进行对比，确定终点测量结果为：孔深：374.17m；天顶角：1.16°；偏心距：7.59m；△X：2.6m；△Y：7.1m；相对于孔口的方位角：69.89°。

4.3  实际应用

根据测量结果，在井下集中辅运大巷内，以电缆孔孔口坐标位置（X：4315545.891，Y：509464.370）为参照物，设计一探巷找电缆孔的终孔位置。探巷位置为沿集运巷方向在钻孔北1.8m为巷道中心，垂直巷道向右帮掘进5.5m，巷宽2m。经过一天的施工，在探巷施工至5.3m时找到钻孔。经实测，钻孔终孔位置坐标为：X：4315548.099；Y：509471.968；相对孔口坐标△X：2.2；△Y：7.6。与测斜结果比较，△X、△Y的最大误差为±0.5m，完全能够满足要求。

5  结语