孔口监视器测量软件操作说明.pdf
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1、YHD1-1000随钻测量系统孔口监视器孔口监视器操作说明操作说明+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
2、缆式钻杆和通缆式送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
3、分:钻孔设计系统介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
4、单位有关信息和开孔基本信息,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
5、间坐标系,不同的坐标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
6、 轴正向指向勘探线方位(磁方位),Y 轴顺时针旋转 90,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
7、。关于水平位移、左右偏差、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。0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
8、轨迹成图提供的一个深度坐标系,勘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
9、为了是钻孔轨迹看起来更直观一些,还可以像图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-
10、3 边界参数设计界面第二种是称为“钻孔参数”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
11、建”功能选择。为了能够正确的绘制出钻孔轴线轨迹图,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
12、,则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
13、:文件新建 可以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
14、些字段对应着设计基本信息,他们对后面的计算,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
15、功能可以将设计的钻孔轨迹在孔深方向拉展开,在利用图形区的左移、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
16、这个子目录找起来比较麻烦,建议用第二种方式。方法二: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
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