孔口监视器测量软件操作说明

1、YHD1-1000随钻测量系统孔口监视器 操作说明+第一部分：测量系统的组成YHD1-1000随钻测量系统主要用于煤矿井下近水平定向钻孔施工过程中的随钻监测，可实时测量钻孔的倾角、方位角、工具面等主要参数，并可同时实现钻孔参数、钻孔轨迹的即时显示。便于施钻人员随时了解钻孔施工情况，并根据测量结果及时调整钻具组合方式和钻进工艺参数，使钻孔尽可能的按照预定方向延伸。钻孔轨迹的测量是定向钻进技术的关键部分。随钻测量系统由测量探管、通缆式钻杆、通缆式送水器、孔口监视器等部分组成。在随钻测量系统中，随钻测量探管连接在孔底马达后面，随钻测量探管采集钻孔倾角、方位角、工具面向角等数据通过通缆式钻杆和通缆式送

2、水器传送到孔口监视器，在孔口监视器上显示钻孔参数和钻孔轨迹等信息。图1-1 随钻测量系统示随钻测量系统的核心部件主要有两部分，孔口监视器和测量探管。孔口监视器是整个测量系统的人机交互界面，通过监视器我们可以实现与探管之间的信息交换，控制探管工作状态，接收探管的测量结果，并且将测量结果以数据表格和图形的方式表示出来，指导钻孔尽可能的按照设计轨迹延伸。同时也会将每次测量的结果以文件的形式记录下来，通过优盘拷贝到地面的其他计算机上以供技术人员和领导参考或形成生产报告。探管主要完成对钻杆的空间姿态参数的测量，并将测量到的数据用串行通信的方式发送至监测仪进行数据处理和实时显示。第二部分： 钻孔设计系统介

3、绍近水平定向钻进中需要控制钻孔钻进到预定目标。在钻孔施工前，需要全面系统的掌握煤层地质资料,了解煤层走向和倾角,并根据钻探目的、工程要求和施工条件来设计钻孔的轴线轨迹，并绘制出钻孔轨迹图。这个轨迹图在钻孔施工中起着重要的指导作用。钻孔设计系统的功能主要是为钻探技术人员提供定向钻孔设计的平台。设计完成的钻孔参数可以导入随钻测量系统的井下部分孔口监视器，便于和实际测量数据进行对比分析，为井下施工人员提供准确的施工依据。钻孔设计分为基本参数设计和钻孔轨迹设计。孔口监视器的监测程序要求，在钻孔开始施工前必须要有钻孔设计信息。其中包括钻孔基本参数和钻孔轨迹设计信息。基本参数中包含有施工单位有关信息和开孔

4、基本信息，包括钻孔编号、开孔倾角、开孔方位、勘探线方位等基本信息。输入界面见图2-1。基本信息中打“*”的项为必须要输入的项目。其余为可选项，但希望设计人员能认真填写所有选项，为本次施工保留完整的施工记录。基本信息中的开孔方位和勘探线方位均使用磁方位。界面右下方的“”图标为最小化按钮。图2-1 基本参数设计界面在这里重点介绍一下勘探线方位的概念，我们知道要表示钻孔轴线轨迹的空间姿态，一般是根据实际钻孔各测点的孔深、倾角、方位角经计算求得每一个测量点的空间位置，并且把它投影到垂直平面和水平平面上，绘制出立面图和平面图。既然要绘出图形来，就要有一个坐标系。钻孔轨迹可以有不同的空间坐标系，不同的坐标

5、系对应的测量数据的修正方法不同，所计算的坐标值也不同。目前，在钻探工程中常用的坐标系主要有两种。相对地理坐标系和相对勘探线坐标系。本系统中可以采用相对勘探线坐标系。1. 相对地理坐标系 以孔口为坐标原点，X轴正向指向地理正北，Y轴正向指向地理正东，Z轴正向垂直指向地心。在此坐标系下，将实测的钻孔方位角按各地的磁偏角修正为地理方位角，计算的坐标即为相对地理坐标。如果再将孔口的绝对地理坐标加到钻孔轨迹上各点的相对地理坐标值上后，相对地理坐标就转变为绝对地理坐标。如果我们的钻孔轨迹要上矿区的地质剖面图，就需要将测量数据转换为绝对地理坐标。2. 相对勘探线坐标系以孔口为坐标原点，X轴正向指向勘探线方位

6、（磁方位），Y轴顺时针旋转900，Z轴正向垂直指向地心。在此坐标系下，将实测的钻孔方位角减去勘探线方位，计算的坐标即为相对勘探线坐标。计算出来的偏差（上下偏差和左右偏差）也就是相对勘探线平面的偏差。YHD1-1000随钻测量系统中采用的相对勘探线坐标系和一般教科书上介绍的不完全相同，为了和煤矿现有的习惯一致，我们规定Z轴负向垂直指向地心。这个坐标系可以用左手螺旋来表示，伸开左手,大拇指和其余四指垂直，且在同一平面内，四指指向勘探线方位（X轴），把四指顺时针旋转90°，指的方向就是钻孔轨迹的左右偏差（Y轴）。大拇指所指的是钻孔轨迹上下偏差（Z轴），也就是钻孔垂深。关于水平位移、左右偏差

7、、钻孔垂深在钻孔轨迹设计中的定义如下： 孔深： 钻孔轨迹上某点的孔深是孔口到该点的钻孔轴线轨迹的长度。倾角：钻孔轨迹上某点的倾角是该点的切线与水平面之间的夹角。上正下负。方位角：钻孔轨迹上某点的方位角是的切线在水平面上的投影与磁北方向之间的夹角，以顺时针方向变化。坐标深度（X轴）：它是钻孔轴线轨迹上的测量点向水平面投影后再向X轴投影所得到的长度，也可称为水平位移。左右偏差（Y轴）：它是钻孔轴线轨迹上的测量点向水平面投影后再向Y轴投影所得到的长度。上下偏差（Z轴）：也称为钻孔垂深，它是钻孔轴线轨迹上的测量点相对于开孔点（孔口）的垂直深度。设置勘探线实际上就是为钻孔轨迹成图提供的一个深度坐标系，勘

8、探线的设计一般是由技术人员通过现场实地踏勘、或查看矿区地质图后，依据钻孔的类型、煤层地质条件或巷道走向来确定。下面我们举例来介绍几种典型的钻孔的勘探线方位的选取。图2-2 勘探线设计示意图如果钻孔钻进的方向和开孔的方位一致，一般称为直孔，可以取开孔方位等于勘探线方位，这时钻孔钻进的方向就是X轴，也就是勘探线方位。即以钻孔钻进的方向为绘图的深度坐标。如图2-2（a）所示。如果钻孔钻进的方向和开孔的方位不一致，并且在钻进过程中方位不断地变化，这时建议选用巷道走向，煤层走向或特定的磁方位，作为勘探线方位，以取得较为直观的视图效果。如图2-2（b）所示。有时候为了是钻孔轨迹看起来更直观一些，还可以像图

9、2-2（C）这样选取勘探线方位。钻孔轨迹的设计提供了两种方式，第一种是已知煤层顶底板信息，根据煤层顶底板的走向、位置来设计钻孔轨迹。这种方式我们称为“边界参数”设计。使用“边界参数”设计钻孔轨迹需要在指定的表格中输入钻孔控制点的坐标深度、煤层顶底板标高、钻孔轴线标高和相对孔口方位差等数据。钻孔轴线标高可以在菜单“设置/设置钻孔标高”弹出的对话框中利用与顶底板的关系设置，也可以通过键盘输入或修改。在边界参数的输入中，深度坐标、上边界标高、下边界标高、相对孔口方位差是必须要输入的参数，其它的参数系统可以自动的填写缺省值或计算值。输入界面见图2-3。图2-3 边界参数设计界面第二种是称为“钻孔参数”

10、设计，它是通过输入钻孔轨迹上主要控制点的孔深，以及钻孔的弯曲、倾斜程度来实现对钻孔轨迹的控制。使用“钻孔参数”设计钻孔轨迹需要在指定的表格中输入钻孔轨迹控制点的孔深、钻孔标签，倾角、方位角（磁方位角）等数据。钻孔参数设计表中的倾角差和方位偏差是指与勘探线的偏差值，上下偏差表示了钻孔轨迹的倾角变化，左右偏差表示了钻孔轨迹的方位变化。输入界面见图2-4。在钻孔参数的设计中，孔深、倾角和方位角的数据是必须要输入的，其他数据系统可以自动的填写缺省值或计算值，测量点序号随着孔深的增加随之增加。图2- 4 钻孔参数设计界面这两种设计方式可以通过菜单中“文件/新建”功能选择。为了能够正确的绘制出钻孔轴线轨迹

11、图，设计时要注意以下两点：1. 采用这两种设计方法，都要以开孔点为深度坐标x轴的原点，也就是说第一个设计点的孔深要等于0。因为我们采用的是以孔口为深度坐标x轴原点，孔口参数是很重要的。2. 为了使能深度坐标x轴保持正方向，在输入基本信息时，要求勘探线方位与开孔方位之间的差值必须小于±90°（一般要求小于±45°）。随着设计数据的输入，所设计的轨迹曲线会显示在表格下方的图形显示区。这些数据都可以通过菜单上的 编辑 功能插入、删除和修改。设计完成后需要点击 保存 按钮，将设计成功保存在指定的子目录中。钻孔轨迹设计参数是可选的，如果没有顶底板信息和钻孔轨迹，则

12、在随钻测量过程中不显示其对应曲线。在钻孔参数设计中，可以设计分支孔。分支孔是指在一支主孔的某些位置上开出一个或多个分支孔(二级分支)，也可以再从二级分支孔中开出三级分支孔。在设计分支孔时，点击 开分支孔 按钮，弹出一个对话框，对话框中需要填写分支孔名称，并选择分支孔的开始位置，也称父支名称。我们设计分支孔时一定要注意，分支孔的起点，必须在父支上。也就是说，分支孔的开始位置必须和父支上的对应点有相同的的倾角、方位角的值。在图2- 5中，分支孔1-1和1-2的父支是主孔，分支孔1-1-1的父支是1-1。图2- 5 分支孔定义在钻孔设计系统中，菜单上的 文件 功能，包括了以下几项功能：文件新建 可以

13、开始一个新的设计文件；文件导入xml数据 可以查看、修改以前的设计文件。这里要提醒注意的是用 这个功能打开的文件只能查看，不能编辑。只有通过点击菜单中的“编辑”功能，才能对设计文件进行修改、删除、等操作； 文件导入Excel数据 除了直接在输入表格中输入设计数据，还可以先在EXCEL中把数据输入过程完成，然后在导入设计系统中，形成xml格式文件拷可以拷贝到井下仪器中使用。这里需要强调的是，要用Excel文件导入数据，必须采用随机提供的模板录入数据。模板分“边界参数模板”和“钻孔参数模板”，模板的格式如图2-3、2-7所示我。模板上红色标出的字段一定要正确填写，这些字段对应着设计基本信息，他们对

14、后面的计算，绘图都很重要。图2-6 边界参数EXCEL设计模板图2-7 钻孔参数EXCEL设计模板文件导出xml数据 可以将设计文件以xml格式拷贝到指定的目录下，可以拷贝到井下仪器中使用；文件导出Excel数据 可以将设计文件以Excel 格式拷贝到指定的目录下，可以用Excel打开，用于制报表或AutoCAD绘图。在钻孔设计系统中，菜单上的设置 功能，包括了以下两项功能：设置钻孔标高 通过这项功能可以将设置钻孔标高调整到顶底板标高之间的设定位置。“设置钻孔标高”的对话框如图2-8所示。图2- 8 “设置钻孔标高”对话框设置图形缩放 通过这项功能可以将设计的钻孔轨迹在孔深方向拉展开，在利用图

15、形区的左移 、 右移功能按钮细致的查看设计曲线。通过上下箭头可以调整拉展的范围，选中选择框时，该项选择有效，否则显示全部曲线。左起绘图和右起绘图的选项是为了更直观的表现出开孔位置和钻孔轨迹走向的相互关系，对直孔的设计根据习惯一般采用左起绘图，在轨迹图上深度坐标向右边增加。在设计弯曲孔时可以根据钻机所在位置和开孔方向选择绘图方向，井下测量系统默认设计系统的选择。“设置图形缩放”的对话框如图2-9所示。图2-9 “设置图形缩放”对话框附：Excel文件输入模板安装方法方法一：将“钻孔参数.xlt”和“边界参数.xlt”文件保存到本机模版子目录中。但这个子目录找起来比较麻烦，建议用第二种方式。方法二

16、：用EXCEL分别将“边界参数.xlt”和“钻孔参数.xlt”两个文件打开，然后另存为xlt模板文件“边界参数.xlt”和“钻孔参数.xlt”。第三部分： 孔口监视器操作3.1 准备工作每台仪器在下井工作之前，前首先要在地面上对孔口监视器和随钻测量探管进行联合调试。调试时首先按图3-1方式连接系统，然后打开电源开关，检查电池电量指示是否正常，电池电量充足时电量显示应大于7.8V。若电源指示正常，仪器则进入到初始化状态， 进入监测程序主界面。点击 探管检测 按扭，进入探管检测功能，这时转动探管，检查仪器与探管的通讯是否正常。如通讯正常，方可下井并进行测量。电源电缆通讯电缆测量探管孔口监视器孔口监

17、视器电源图3- 1 设备联合调试接线图3.2 仪器操作为表述钻孔轨迹在地下空间的形态，必须根据钻孔轨迹上各个测点的测量数据绘制钻孔轨迹图。一般是把钻孔轨迹分别表示在垂直平面和水平平面上。在垂直平面上绘制钻孔立面投影，立面投影反映空间钻孔每点倾角的变化，也就是钻孔轨迹相对孔口坐标的上下偏差，规定为上正下负；在水平平面上绘制钻孔水平投影，水平投影反映空间钻孔每点方位角的变化，也就是钻孔轨迹相对勘探线的左右偏差，规定为右正左负。主界面的下方为图形区。通过点击主界面下端的图形显示按钮，可以实现各种不同的图形显示功能。图3-2 随钻测量系统主界面仪器操作主界面如图3-2所示。主界面的顶端为功能按钮区，通

18、过这些功能按钮的切换，可以完成系统的各种功能设定。主界面的数据列表区显示了随钻测量中的一些重要数据，如钻孔测点序号、钻孔深度、钻孔标签（主孔/分支孔）、倾角、方位角等数据。数据列表区的参数的物理意义如下： 孔深 - 钻孔轨迹上某点的孔深是孔口到该点的钻孔轴线长度，也就是探管钻进的长度，单位为米；钻孔标签 - 每个钻孔或分支孔的名字，对每一钻孔，各分支的名字必须是唯一的。倾角 - 测量倾角，单位为度；方位角 - 测量磁方位角，用来计算钻孔的空间轨迹，单位为度；方位差 -方位角与勘探线方位的偏差，用来计算钻孔的空间轨迹，单位为度；工具面 - 相对孔口的工具面位置，单位为度；深度坐标 - 钻孔的空间

19、轨迹投影到X轴（勘探线）上的坐标值，单位为米+上/-下 - 钻孔轨迹相对开孔水平面的上下偏差，单位为米+右/-左 - 钻孔轨迹相对勘探线方位的左右偏差，单位为米以下分别介绍各按钮实现的功能和操作方法。3.2.1文件用右键点击文件按钮后，弹出二级菜单，包括打开文件、导出xml数据、导出xls数据、基本参数、设计参数、原始参数、退出等功能。左键点击 打开文件 项后，弹出标准的文件对话框，通过对话框可以选择保存在仪器里的、以前的测量文件。左键点击 备份数据 项后，弹出标准的文件对话框，通过对话框可以选择将当前的测量数据以xml格式备份在仪器里的指定目录下，一旦因操作失误或其他原因造成数据文件被破坏时

20、，可以来恢复数据。左键点击 导出xml数据 则可以将目前打开的数据文件以xml格式导入优盘，提供给报告生成系统使用。（这个功能操作前，先要确定仪器上已经断掉探管通讯电缆，接上了优盘）。左键点击 导出Excel以将目前打开的数据文件以Excel文件格式存入指定的位置或导入优盘，在其他计算机上可用Excel打开，可供在AutoCAD上绘图使用或其他用途使用。（要导入优盘，先要确定仪器上已经断掉探管通讯电缆，接上了优盘）。 左键点击 基本参数 屏幕上弹出钻孔基本信息。这些信息来自设计文件和开新孔时的第一次测量，可供随时查看。左键点击 设计参数 屏幕上弹出钻孔设计数据列表。这些数据来自设计文件。在第二

21、部分中我们介绍了钻孔轨迹的设计有两种方式，一种是通过输入设计钻孔主要控制节点的深度、煤层边界标高等信息实现。另一种是通过输入设计钻孔主要控制节点的深度、倾角和方位角来实现。如果选用了第二种方式，在数据信息列表中将列出钻孔轨迹的设计信息。如果选用了第一种方式，它除了列出钻孔轨迹的设计信息外，还给出了设计控制点的轨迹倾角值。调出这个列表，可以对比设计值与实测值的差值、实测轨迹与顶底板的位置关系、更实用的一点是它还可以通过设计控制点的轨迹倾角值，来判断出工具面调整的方向。两种数据信息列表形式如见图3-3、3-4所示。图3-3 边界参数设计信息图3-4 钻孔参数设计信息左键点击 原始参数 屏幕上弹出原

22、始测量数据列表。这些数据是把来自测量探管的原始数据，未经处理保存下来的，工具面都是未经修正的值。通过这个列表主要用来检查探管测量数据的正确性。见图3-5。左键点击“退出”则退出随钻测量系统，返回windows界面，可按屏幕提示进行操作。图3-5 测量原始信息系统每次开机时，会默认前次关机时的测量文件为当前文件调入系统。3.2.2开新孔在开始一个新的钻孔施工时，需点击 开新孔 按钮，弹出图3-6所示的开新孔对话框。每个钻孔开始施工前，要求建立设计文件。进入开新孔对话框后，首先要打开设计文件，获取设计信息。设计信息一般在井下是不能修改的，但其中第一次测量距离、开孔方位和开孔倾角可以根据钻具情况、施

23、工情况修改。有时在试验钻机时，或在井下临时改变开孔位置，预先没有做好设计文件。这种情况下可以选择钻孔设计文件栏中的“新建”选项，临时输入必要的基本信息，新建立一个简单的设计文件，为了输入数据，可以点击“打开键盘”按钮，屏幕上弹出小键盘。这种情况下，带“*”的项是必要的。这个文件回到地面后可通过钻孔设计软件修改、完善。图3-6 开新孔对话框读取设计信息后，点击 读取数据 按钮，开始第一次测量。初始测量中的数据来自第一次测量，其孔深为设计信息中的“第一次测量距离”。由于孔口电磁干扰较大，容易造成测量数据的不确定性，所以初次测量所获得的方位角和倾角值不参与钻孔轨迹曲线的计算。初次测量是为了取得工具面

24、的基准值（也称为孔口值或修正值）。3.2.3 测量“测量”是随钻测量系统的主要功能。主界面上的数据列表、图形区都主要是为测量功能服务的。按下 测量 按钮后，监测仪向探管发出信号，探管开始工作，屏幕上出现“正在测量中。”的提示语句，从开始测量到传回数据的时间不大于25s。测量完成后，测量的数据加入到数据列表中，绘图区也绘制出该点的轨迹。坐标深度随着钻孔深度的增加而增加。图形区的下方是图形显示切换按钮，提供按钮的切换，可以显示钻孔轨迹图的上下偏差、左右偏差等反映钻孔空间形态的图形。图形按钮还有顶底板显示切换、设计轨迹显示切换、分支显示切换、图形网格显示切换、测量点显示切换等功能。图形区及图形切换按

25、钮的分布见图3-7。图3-7 图形显示区为了细致的观察局部的钻孔轨迹，在图形区设置了图形缩放、左右移动、上下移动、放大、缩小等操作按钮。3.2.4 重新测量如果测量操作中因人为因素或仪器故障出现造成测量结果错误，前次测量数据是不能删除的，这时可以使用 重新测量 功能，此次测量孔深不增加，测量结果完全覆盖前一次的测量结果。3.2.5 重新计算如果测量操作中人为因素或仪器故障出现造成某些测量结果误差较大，已经不是当前测量点，不能用重新测量功能。这时可以用左键双击此项数据的最左端，屏幕上弹出“你确定要将此记录停用吗”对话框，点击按钮“是”，这条记录即被标志为无效记录。可连续剔除多条记录，然后点击 重

26、新计算 功能，这时被标志为无效的记录的测量点不参与轨迹计算，也不出现在图形上。注：要停用记录必须是在屏幕下方的最右下方的 “测量距离/非测量距离” 按键处于“非测量距离”状态。3.2.6 调整工具面在定向钻孔施工过程中，随时需要调整钻进方向，这时就需要调整工具面的位置，调整工具面是一个连续测量的过程，屏幕上的表盘的指针会随着工具面的调整方向摆动。在调整工具面对话框中，“测量值”是探管当前实际测量到的数值，对钻孔施工没有指导意义，一般只是在调试探管时使用。 “孔口值”也称修正值是指在孔口测量到的工具面向角数值。在钻孔施工中一般只需要关注“当前值”，也就是表盘上红表针所指示的数值。工具面的“当前值

27、”表示的实际意义是指当前工具面相对孔口时的偏离值，当前值=测量值-孔口值。 “调整工具面”对话框见图3-8 。图3-8 调整工具面对话框表盘上有红绿两个指针，当确定了工具面需要调整的角度后，用鼠标点击表盘上的相应刻度，绿表针就会指向该刻度，此时点击 连续测量 ，然后钻头调整工具面，直到红针和绿针重合。即可 停止测量 ，返回主界面。另外施工过程中会出现提钻、重新下钻的操作，这时如果孔底马达和探管的相对位置发生变化，马达工具面和探管的工具面向角的关系需要重新校正，要重新测量的孔口值。这时点击“校正工具面”栏目下的 开始测量 按钮，获得了新的修正值后点击 保存 按钮，这个新的修正值被保存下来，代替了

28、以前的孔口值。3.2.7 探管检测探管检测是为了确保探管工作状态及电缆连接正确。在日常维护、每次开机后或需要检测探管状态时，都要用到探管检测功能，它可以对探管的电量、工作状态进行检测。探管检测是一个连续测量的过程，屏幕上的表盘的指针会随着探管的不同转动方向摆动。屏幕上显示的倾角和方位角是探管实测值，工具面是当前值。检测窗口如图3-9所示。图3-9 探管检测对话框3.2.8 开分支孔在钻进过程中如果确定要开分支孔时， “开分支孔”对话框见图3-10。开分支孔时有几个参数是必须要输入的，一个是分支孔标签，也就是你要给分支孔起个名字，做个编号，以后好识别它。第二个是分支孔起点位置，我们也称之为“父支

29、标签”，第三个参数是起始深度，这个参数需要准确填写，否则无法在轨迹图上正确的表现出钻孔轨迹的空间形态。所以在 确定 之后特意加了一个对话框，以引起操作人员的重视。分支孔第一次测量可以获得分支孔起始点的坐标数据。保证分支孔轨迹的绘制正确。图3-10 开分支孔对话框输入分支孔标签和起始深度时，需先点击 打开键盘 按钮，屏幕上弹出一个小键盘，输入完成后，再次点击 打开键盘按钮，关闭小键盘。然后点击 开始读数 按钮，开始分支孔的第一次测量。分支孔的起始坐标的X，Y，Z值是通过第一次测量结果计算出来的，它就是分支孔的起始点坐标位置，是计算出来的，不需要填写。完成读数操作后，按 确定 键返回主界面。3.2.9停止分支在结束分支孔时，需要探管