矿井钻孔智能设计与轨迹监测分析成套技术

《防治煤与瓦斯突出细则》关于建立“矿井钻孔智能设计与轨迹监测分析成套技术”相应条款内容第九条鼓励煤矿企业、煤矿和科研单位开展防突新技术、新装备、新工艺、新材料的研究、试验和推广应用。第四十五条区域预测或者区域措施效果检验测定瓦斯压力、瓦斯含量等参数时，应当记录测试时间、测试点位置、钻孔竣工轨迹及参数、钻进异常现象、取样及测试情况、测定结果和人员等信息。测试点及测定钻孔轨迹应当在瓦斯地质图或者防突措施竣工图上标注。区域预测报告和区域防突措施效果检验报告，应当附包含测定钻孔记录和测定结果等数据资料的表单，记录和表单由测定人员及其部门负责人审核签字。第四十七条区域预测、区域预抽、区域效果检验等钻孔施工应当采用视频监控等手段检查确认钻孔深度，并建立核查分析制度。深度超过120m的预抽瓦斯钻孔应当每10个钻孔至少测定2个钻孔的轨迹，深度60～120m的应当每10个钻孔至少测定1个钻孔的轨迹。对穿层预抽瓦斯钻孔实际见（止）煤与设计见（止）煤长度误差超过三分之一的钻孔应当测定该钻孔轨迹。当钻孔控制范围不足或者存在空白区域时，必须补充区域防突措施。预抽煤层瓦斯时应当记录每个钻孔的接抽时间，定期测定钻孔的浓度、负压；分单元安装抽采自动计量装置，按措施效果检验单元分别监测或者检测管道瓦斯的浓度、负压、流量、温度、一氧化碳等，自动计量或者统计计算单元的瓦斯抽采量。抽采自动计量数据或者统计计算数据作为预抽效果检验的基础数据。

矿井钻孔智能设计与轨迹监测分析成套技术一、项目概述矿井钻孔智能设计与轨迹监测分析成套技术，是中煤科工集团重庆研究院有限公司（以下简称“重庆煤科院”），在国家“十二五”科技支撑计划、国家“十二五”科技重大专项、国家自然科学基金、国家重点基础研究发展计划（973计划）等多项国家级项目的资助下，历经多年研发成功的煤矿实用新型成套技术、产品。矿井钻孔智能设计与轨迹监测分析成套技术，基于重庆煤科院自主研发的钻孔轨迹随钻测量装置和配套的系列专业分析软件，实现了不同类型钻孔的智能设计、钻孔轨迹随钻测量、施工钻孔自动成图、钻探效果智能分析与三维展示、防突钻孔布置缺陷自动评价，解决了传统模式下钻孔设计、施工、成图分析中存在的众多问题，如：钻孔设计和成图工作量大、效率低、精度差，设计难以实现最优化；缺少有效的钻孔轨迹测量手段，钻孔施工和验收“重数量，轻质量”；基于理想状态下直线钻孔轨迹的钻探分析和防突效果评价，容易产生误判，留下安全隐患等。该成套技术为煤矿钻孔设计、施工、管理和分析提供了先进技术手段和专业化工具。图1成套技术体系二、关键技术（1）钻孔智能设计矿井钻孔辅助设计软件系统，基于主流GIS平台进行开发，包含了定向钻孔和普通钻孔两种钻孔类型，支持顺层、穿层、石门揭煤等多种布孔方式，并考虑了钻孔自重下垂弯曲、钻机性能和尺寸等影响因素，是针对煤矿井下瓦斯抽采钻孔和卸压排放钻孔智能设计开发的专业工具。定向钻孔智能设计：根据用户给定的煤层顶底板参数、钻孔弯曲强度阈值等，按照用户选定的钻机类型（支持国内外主流定向钻机），自动完成定向钻孔设计，并输出钻孔参数表、平面图、剖面图及分段图等设计成果。图2定向钻孔设计界面平面总览剖面总览平面总览剖面总览250~250m分段0~250m分段250~250m分段0~250m分段图3定向钻孔设计成果图普通钻孔智能设计：根据用户给定的巷道断面、煤层赋存、控制范围、孔底间距、开孔要求等参数，综合考虑不同条件下的钻孔自重下垂弯曲强度，自动完成顺层钻孔、穿层钻孔、石门揭煤钻孔设计，输出钻孔设计参数表、平面图、剖面图、断面图等设计成果。图4普通钻孔设计界面（2）随钻轨迹测量随钻轨迹测量是一种新型的钻孔轨迹测量技术。通过安装在钻头附近钻杆内的探管（探管内有传感器磁强计和加速度计），在钻孔施工的同时，定时对钻头位置的钻孔倾角、方位角进行测量，实现普通回转钻机钻孔轨迹的随钻随测。重庆煤科院研发有存储式、实时式2种随钻轨迹测量装备。实时式随钻轨迹监测可以借助井下监控环网实现地面监测，矿井可根据自身条件灵活选择。YCSZ(A)存储式随钻轨迹测量仪：主要由矿用本安型探管等部件组成；探管测定的钻孔倾角和方位角数据直接存储在探管内的数据存储器中，钻孔完成后将数据存储器取出，在地面利用数据处理软件进行数据处理和钻孔轨迹显示。图5YCSZ(A)存储式随钻轨迹测量仪ZSZ1000实时式随钻轨迹测量仪：主要由本安兼隔爆型计算机、矿用密封信号线缆、矿用本安型探管等部件组成；探管测定的钻孔倾角和方位角数据通过专用密封信号线缆传输至位于孔口的防爆计算机，进行测量数据的及时处理和钻孔轨迹的显示。图6ZSZ1000实时式随钻轨迹测量仪钻孔轨迹地面监测系统：该系统充分利用煤矿井下监控环网、地面局域网环境，将ZSZ1000实时式随钻轨迹测量仪测定的钻孔倾角、方位角信息实时上传到地面工作站，用户通过与地面工作站相连的客户端电脑，对施工钻孔轨迹进行实时查询。图7钻孔轨迹地面监测系统架构（3）自动成图与三维展示施工钻孔自动成图：根据钻孔施工参数（开孔位置、倾角、方位角、孔深、见煤深度、煤孔长度、岩孔长度等）或钻孔轨迹监测数据，自动生成钻孔施工图（包括平面图、剖面图和断面图），同时支持Excel格式钻孔施工参数的导入和CAD格式钻孔施工图的导出。图8钻孔施工图自动生成钻孔施工效果三维展示：根据钻孔施工参数或钻孔轨迹监测数据，进行三维场景下钻孔施工效果的立体展示。图9钻孔施工效果三维展示（4）智能分析煤矿钻孔三维分析系统，基于主流三维GIS平台进行开发，能够根据钻孔施工信息和轨迹监测数据，对钻孔、煤层、地质构造形态进行拟合分析和三维场景下的集中展示，也可以进行三维环境下煤体钻孔密度分析，对钻孔控制空白带进行判识，为矿井地质探测分析和抽采达标钻孔布置效果评判提供了专业化工具。煤层赋存及构造形态智能分析：根据施工钻孔穿过煤（岩）情况，自动分析煤层、构造和夹矸的形态和空间位置，并在三维场景下对其进行集中展示。图10煤层赋存状态辅助分析钻孔控制效果评判：基于三维环境下煤体钻孔密度分析的瓦斯抽采钻孔控制效果评判，通过多种颜色渐变对比展现煤体中钻孔的疏密程度。图11钻孔控制效果评判三、技术特点（1）钻孔智能设计：钻孔参数智能计算和钻孔设计图自动绘制，省时、省力；保证钻孔均匀布置、无空白带和最小钻孔工程量，避免措施钻孔设计缺陷。（2）钻孔轨迹随钻测量：无需购置或改动钻机，前期投入小、门槛低；钻孔施工和轨迹测量同时进行，工作量小、成功率高；有存储式、实时式和地面监测式多种随钻测量装备，便于用户灵活选择，适应性强。（3）施工钻孔自动成图：基于钻孔施工参数和轨迹监测数据自动生成钻孔竣工图，工作量小、精度高。（4）三维展示分析：基于钻探信息的煤层赋存、地质构造形态智能分析，三维场景下钻孔、煤层、地质构造空间关系的形象、直观、集中展示。（5）钻孔控制缺陷判识分析：基于三维环境的煤体钻孔密度自动分析，以多色渐变图形式对分析结果的直观展示，针对钻孔控制空白带智能判识和报警。（6）与主流软件兼容：与Excel和AutoCAD等软件兼容,可以方便、快捷地进行数据、图形的导入、导出。（7）组件式结构：该