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煤矿井下随钻测量技术及钻孔轨迹数据处理方法研究

作　者: 孙荣军
导　师: 石智军
学　校: 煤炭科学研究总院
专　业: 矿产普查与勘探
关键词: 煤矿井下随钻测量钻孔轨迹数据处理软件开发
分类号: TU990.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 374次
引　用: 3次
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内容摘要

随着定向钻进技术的迅猛发展,随钻测量技术以其独特的技术优势,不但在石油钻井和非开挖领域得到了大力推广和应用,近年来也逐步推广到煤矿安全领域,在煤矿区地面和井下煤层气(瓦斯)抽采钻孔施工中起到越来越重要的作用。本文以国家发改委重大产业技术开发专项“井下水平定向孔钻机研制及配套工艺开发”项目为依托,以开发我国矿用随钻测量定向钻进系统为目标,结合井下近水平孔定向孔施工的特点,主要针对钻孔轨迹描述、随钻测量方法、信号传输技术、钻孔轨迹数据处理方法进行了研究。主要研究内容包括以下几个方面:1.本文结合煤矿井下定向钻孔施工的特点,系统地提出了表征井下水平定向钻孔轨迹空间位置的相关参数及其形状的描述方法;通过对地面五种钻孔轨迹坐标计算方法的转换、优选,并成功应用于煤矿井下近水平定向钻孔轨迹的计算,对今后进行井下定向钻孔设计和轨迹描述奠定了基础。2.结合现场需求,从钻进工艺的角度出发,提出了随钻测量系统软件的设计思想和工作流程,提出分别采用钻孔轨迹三要素和煤层项、底板标高进行钻孔轨迹设计,并建立了相应的数学模型,实现了钻进过程中同时显示设计轨迹和实测轨迹,为随时掌握钻孔的相对位置提供了方便。3.在现场需求分析的基础上,提出了三种钻孔轨迹数据处理的新方法。基于Excel平台,建立了钻孔轨迹参数计算和轨迹图绘制程序,不但可进行轨迹参数计算,还可进行二维图形显示;借助Auto CAD VBA二次开发平台开发了“Excel-CAD钻孔轨迹图绘制(VBA)程序”,为实测轨迹与设计轨迹的合成提供了方便;采用VC++6.0基于工程的概念,开发了钻孔轨迹设计与分析软件,实现了钻孔轨迹的二维和三维显示。4.结合现场工业性试验,应用三种钻孔轨迹数据处理方法对宁煤汝箕沟矿534工作面2~#钻场定向钻孔群的随钻测量数据进行了处理和轨迹图显示,其综合处理结果为钻孔轨迹控制起到了很好的指导作用,同时为今后进行定向钻孔的可视化设计、信息化施工、多图件链接创造了条件。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-16
  1.1 随钻测量技术及其发展现状  8-10
    1.1.1 随钻测量技术的原理及分类  8-9
    1.1.2 国外随钻测量技术的发展和应用现状  9-10
    1.1.3 我国随钻测量技术的发展现状及趋势  10
  1.2 煤矿井下水平定向钻进技术的发展和应用现状  10-14
    1.2.1 煤矿井下水平定向钻进技术的特点和分类  11-12
    1.2.2 国外煤矿井下水平定向钻进技术的发展现状  12
    1.2.3 我国煤矿井下水平定向钻进技术的发展和应用现状  12-14
  1.3 论文选题目的和意义  14-15
  1.4 论文的研究思路和内容安排  15-16
第二章煤矿井下水平定向钻孔轨迹测量的理论基础  16-34
  2.1 概述  16-17
  2.2 煤矿井下水平定向钻孔轨迹空间坐标的建立  17-19
  2.3 水平定向钻孔轨迹的基本要素  19-20
  2.4 煤矿井下水平定向孔轨迹的一般形式和描述方法  20-25
    2.4.1 井下水平定向孔轨迹的一般形式  20-23
    2.4.2 钻孔轨迹形状的描述方法  23-25
  2.5 钻孔轨迹坐标计算方法  25-33
  2.6 本章小节  33-34
第三章随钻姿态测量方法及信号传输技术研究  34-45
  3.1 随钻姿态参数测量方法  34-39
    3.1.1 加速度计和磁强计组合的姿态测量系统  34-36
    3.1.2 加速度计和陀螺仪组合的姿态测量系统  36-37
    3.1.3 加速度计组合的重力MWD随钻姿态测量系统  37-39
  3.2 随钻测量信号传输技术  39-44
    3.2.1 有线传输方式  39-42
    3.2.2 无线传输方式  42-44
  3.3 煤矿井下随钻测量的特点  44
  3.4 本章小结  44-45
第四章煤矿井下随钻测量定向钻进系统  45-54
  4.1 随钻测量定向钻进系统的组成  45-46
  4.2 测量探管  46-48
  4.3 信号传输装置  48-49
  4.4 孔口监视器  49-50
  4.5 随钻测量系统监控软件  50-54
    4.5.1 软件设计思想  50
    4.5.2 系统主要功能介绍  50-54
  4.6 本章小结  54
第五章随钻轨迹测量数据处理方法研究  54-71
  5.1 Excel进行钻孔轨迹测量参数计算和轨迹图绘制  55-59
    5.1.1 Excel进行随钻测量参数计算  55-57
    5.1.2 Excel进行钻孔二维轨迹图显示  57-59
  5.2 Excel与Auto CAD结合进行钻孔轨迹图绘制  59-65
    5.2.1 Auto CAD绘图基本方法  60-61
    5.2.2 命令和参数绘图法进行钻孔轨迹图绘制  61-62
    5.2.3 VBA应用程序进行钻孔轨迹图绘制  62-65
  5.3 钻孔轨迹数据处理与分析软件的开发与实现  65-71
    5.3.1 软件的设计思想  65-66
    5.3.2 软件的开发过程  66
    5.3.3 软件功能的实现  66-71
  5.4 本章小结  71
第六章试验效果分析和总结  71-84
  6.1 试验概况  71-74
    6.1.1 矿区条件  72
    6.1.2 煤层地质条件  72-73
    6.1.3 试验钻场及钻孔布置形式  73-74
  6.2 试验设备及仪器  74-78
    6.2.1 钻机  74-75
    6.2.2 钻具  75-76
    6.2.3 随钻测量系统  76-78
  6.3 钻孔施工情况及效果分析  78-83
    6.3.1 钻孔施工情况  78
    6.3.2 钻孔轨迹参数处理及效果分析  78-83
  6.4 试验总结  83-84
第七章结论与展望  84-87
  7.1 研究结论  84-85
  7.2 展望  85-87
附录A 开发的软件部分原代码  87-91
附录B 现场试验部分原始数据表  91-96
参考文献  96-100
致谢  100-101
个人简介  101-102

煤矿井下随钻测量技术及钻孔轨迹数据处理方法研究

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