CN112539055B - 一种高效多元精准的钻孔群施工结果评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效多元精准的钻孔群施工结果评价方法，属于煤矿开采技术领域，包括以下步骤：依据钻孔设计参数及现场施工情况汇总整理成为钻孔施工电子台账；利用三角函数计算将钻孔层位信息转化为数据进行存储；根据数据库的存储对钻孔见止煤、控制范围及孔间距进行对比，并判断为合格或不合格输出；依据钻孔的对比判断结果对煤层顶板和底板的产状起伏变化情况进行分析；将分析结果与钻孔施工情况进行比对，并依据不同给定条件详细多元评价钻孔施工情况；将评价结论以数据表格的形式进行展示。本发明根据钻孔施工参数对钻孔群设计与施工情况进行高效精准分析，并将分析结果与煤层地质动态起伏变化形态相结合分析，评价结果更加精准、直观。

Description

一种高效多元精准的钻孔群施工结果评价方法

技术领域

本发明涉及一种煤层钻孔施工结果的评价方法，具体涉及一种高效多元精准的钻孔群施工结果评价方法，属于煤矿开采技术领域。

背景技术

穿层钻孔作为最为有效的区域防突措施，在矿井的安全生产中占有重要位置，其施工质量精准度与设计是否相“吻合”不仅反馈着设计人员对煤层起伏及地质变化情况的了解程度，同样也代表着设计是否“精准可靠”、是否“与现场相符合”等。

当前我国在对钻孔见止煤设计与施工情况比对评价的时候，多数仅仅给出一个“合格或不合格”的结论，但对“不合格”结论的具体原因却未深入分析，以至于后期不能给出一个正确合理的补救措施，甚至于造成该部分钻孔控制范围内的煤层起伏动态变化情况掌握失控，不能精准高效的反馈施工与设计出现误差的真实原因。

另外当前的钻孔见止煤评价多数为：CAD绘制+人工观察的方法进行分析，该种方法效率过于低下，浪费人力物力，且分析结果容易受个人主观因素影响而出现“同一情况、不同结论”的现象，不利于指导现场工作的开展。

发明内容

本发明的目的是：克服现有技术中对钻孔见止煤设计与施工情况、钻孔控制范围及孔间距比对评价不精准，后期不能提供合理的补救措施，以及利用CAD绘制、人工评价方法笨重、效率过低的问题，并解决因为对现场煤层地质起伏变化情况不了解、失控而造成的后期设计生产误差大等问题；提供一种高效多元精准的钻孔群施工结果评价方法，该方法结合大数据库(钻孔施工台账分析整理出的煤层顶底板起伏变化大数据库)来对穿层钻孔设计与施工情况进行比对，并将评价结果以更加高效、详尽、统一、真实、可靠的方式进行直观展现，让矿方能够精准掌握煤层产状起伏变化情况以及钻孔施工设计误差的原因所在，为矿井的安全生产提供数据和技术支撑。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种高效多元精准的钻孔群施工结果评价方法，包括以下步骤：

准备工作：在现场施工穿层钻孔群完毕后，详细记录钻孔见止煤施工的数据信息，基于Excel工作面建立数据库，将钻孔见止煤施工的参数与基本情况转换为数据进行存储，依据钻孔见止煤的设计参数及现场施工情况汇总整理成为钻孔施工电子台账。

钻孔施工的数据信息包括设计参数、施工参数以及其他钻孔与煤巷道的基本信息，设计参数包括钻孔仰角、孔深、岩孔长度、煤段长度、计划冲煤量；施工参数包括钻孔仰角、见煤长度、见顶长度、终孔孔深、实际冲煤量。

操作步骤：

S1、对钻孔施工电子台账进行数据集合分析，并利用三角函数中的正弦sin函数和余弦cos函数计算不同位置处钻孔的煤层顶板和底板的层位数据，包括钻孔的相对标高和相对水平位置，并将计算结果进行数据存储。

S2、根据数据库的存储信息，对钻孔见止煤、控制范围及孔间距进行对比判断，包括钻孔见止煤的设计参数与钻孔施工情况的比对、钻孔控制范围和孔间距的计算结果与判断标准值的对比，并将比对结果以判断为合格或不合格的形式进行展示。

S3、依据钻孔的对比判断结果，筛选出不合格的钻孔和关联数据信息，结合S1中计算出的钻孔煤层顶板和底板的层位数据信息，对煤层顶板和底板的产状起伏变化情况进行分析。

S4、将煤层产状起伏变化情况分析结果与钻孔施工情况进行比对，并依据不同给定条件得出不同的分析结论，详细多元评价钻孔施工情况。

S5、将多元评价钻孔群施工结论在Excel工作面上以数据表格的形式进行直观明了的展示，包括煤层产状起伏变化情况以及钻孔施工设计误差的原因。

操作步骤S1中钻孔位置的煤层顶板和底板的层位数据计算公式为：

顶板的相对标高和相对水平位置：

H_相顶＝L_见顶×sin A+h，X_相顶＝L_见顶×cos A+x

底板的相对标高和相对水平位置：

H_相底＝L_见煤×sin A+h，X_相底＝L_见煤×cos A+x

其中H相顶为顶板相对标高，H相底为底板相对标高，X相顶为顶板相对水平位置，X相底为底板相对水平距离，A为钻孔施工仰角，L见顶为钻孔见顶深度，L见煤为钻孔见煤深度，h为开孔位置距离底板巷的底板高度，x为开孔位置距离底板巷的底板水平距离。

操作步骤S2中施工钻孔的见止煤、控制范围及孔间距的评价包括：

见止煤评价：见煤/顶评价＝设计见煤/顶长度-施工见煤/顶长度，|设计参数-施工参数|≤5，见煤/顶评价为合格，否则评价为不合格；冲煤量评价(计划冲煤量为0.8t/m)：

实际冲出煤量-计划冲出煤量＞0.1×计划冲出煤量，评价为超冲，实际冲出煤量＜计划冲出煤量，评价为欠冲；

控制范围评价：

(L₁×cos A₁+a₁)-P-0.5×H≥30且(L₁₃×cos A₁₃+a₁₃)+P-0.5×H≥30，评价为合格，

(L₁×cos A₁+a₁)-P-0.5×H＜30或(L₁₃×cos A₁₃+a₁₃)+P-0.5×H＜30，评价为不合格；

孔间距评价：

评价为合格，

评价为不合格；

钻孔施工评价次序从9#→1#孔开展，底板评价时L评代表钻孔见煤长度，顶板评价时L评代表钻孔见顶长度，A代表钻孔仰角、a代表钻孔开孔位置与巷道中线的水平位置，评代表评价钻孔孔号，P代表被掩护煤巷与底板巷中对中水平距离，H代表煤巷宽度，R代表测定的有效抽采半径。

操作步骤S3中钻孔见煤评价为不合格包括煤层底板抬升、煤层底板下沉、煤层变厚、煤层变薄、煤层尖灭、疑似正/逆断层、钻孔偏斜；钻孔见顶评价为不合格包括煤层顶板抬升、煤层顶板下沉、煤层变厚、煤层变薄、煤层尖灭、疑似正/逆断层、钻孔偏斜；钻孔控制范围评价为不合格包括控制范围不足需补孔；钻孔孔间距评价为不合格包括孔间距过大需补孔、煤层变厚幅度过大需加密。

操作步骤S4中煤层产状起伏变化的不同给定条件为：

(L_评×sin A_评+h_评)-(L_评+1×sin A_评+1+h_评+1)

煤层底/顶板抬升：-[(L_评×cos A_评+a_评)-(L_评+1×cos A_评+1+a_评+1)]×cos q≥2；

煤层厚薄：

煤层变厚：(L_评顶-L_评煤)×sin(A_评-q)-(L_评+1顶-L_评+1煤)×sin(A_评+1-q)≥2，

煤层变薄：(L_评顶-L_评煤)×sin(A_评-q)-(L_评+1顶-L_评+1煤)×sin(A_评+1-q)≤2，

煤层尖灭：(L_评顶-L_评煤)×sin(A_评-q)≤0.5；

正逆断层：

疑正断层：(L_评顶×sin A_评顶+h_评)≤(L_评+1煤×sin A_评+1煤+h_评+1)，

疑逆断层：(L_评顶×sin A_评顶+h_评)≥(L_评+1煤×sin A_评+1煤+h_评+1)；

钻孔偏斜：由测斜设备进行测斜，根据测斜结果来填写是否偏斜；

当煤层变厚，(L_评顶-L_评煤)×sin(A_评-q)≥5，需要中间增加一个补孔，补孔参数为相邻两个钻孔参数的平均值(插值法)；

当孔间距不合格时，需要中间增加一个补孔，补孔参数为相邻两个钻孔参数的平均值(插值法)。

本发明的有益效果是：1)本发明通过对钻孔见止煤的设计参数及现场施工情况汇总整理成为钻孔施工电子台账进行分析，并结合煤层产状起伏变化情况依据不同给定条件对钻孔见止煤情况作出评价结论，使评价结果更加直观、精准、多元化。

2)本发明基于Excel对大量数据进行处理，并可通过计算、对比判断自动生成数据表格，有效降低采用人工查看图纸+cad绘图测量的方法进行判断分析而造成的判断错误、数据不精准和效率低下等问题，提高评价效率及评价精准度，为矿井的安全生产提供技术保障。

3)本发明通过结合煤层产状起伏变化情况来对钻孔孔间距和控制范围给出精准的评价结果，对于不合格的评价结论给出精准的的控制间距数据和控制范围数据，并以钻孔施工设计误差原因所在来展示不合格的钻孔，以便矿井快速准确掌握现场煤层产状起伏变化并及时采取针对措施对钻孔施工情况进行补救，为矿井节省人力物力，并避免后期钻孔工程的浪费。

附图说明

图1为本发明的算法流程图；

图2为本发明的评价结论等级示意图；

图3为单组钻孔绘制的钻孔评价示意图；

图4为单组评价钻孔对应煤层顶底板产状剖面图。

图中，图3为基于Excel数据库计算判断对比得出的表格，展示钻孔合格或不合格原因；图4中1#-12#为合格钻孔，补14#、补15#、B-1#、B-0#为不合格需补钻孔，其中10#-11#处的矩形代表煤巷。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的解释说明。

实施例：如图1-4所示，本发明所述的一种高效多元精准的钻孔群施工结果评价方法，包括以下步骤：

准备工作：在现场施工穿层钻孔群完毕后，详细记录钻孔见止煤施工的数据信息，基于Excel工作面建立数据库，将钻孔见止煤施工的参数与基本情况转换为数据进行存储，依据钻孔见止煤的设计参数及现场施工情况汇总整理成为钻孔施工电子台账。

钻孔施工的数据信息包括设计参数、施工参数以及其他钻孔与煤巷道的基本信息，设计参数包括钻孔仰角、孔深、岩孔长度、煤段长度、计划冲煤量；施工参数包括钻孔仰角、见煤长度、见顶长度、终孔孔深、实际冲煤量。

操作步骤：

S0、核对钻孔现场施工的资料，未经删减或更改，同时未经测斜的钻孔视为钻孔施工无偏斜。

S1、对钻孔施工电子台账进行数据集合分析，并利用三角函数中的正弦sin函数和余弦cos函数计算不同位置处钻孔的煤层顶板和底板的层位数据，包括钻孔的相对标高和相对水平位置，并将计算结果进行数据存储。

钻孔位置的煤层顶板和底板的层位数据计算公式为：

顶板的相对标高和相对水平位置：

H_相顶＝L_见顶×sin A+h，X_相顶＝L_见顶×cos A+x

底板的相对标高和相对水平位置：

H_相底＝L_见煤×sin A+h，X_相底＝L_见煤×cos A+x

其中H相顶为顶板相对标高，H相底为底板相对标高，X相顶为顶板相对水平位置，X相底为底板相对水平距离，A为钻孔施工仰角，L见顶为钻孔见顶深度，L见煤为钻孔见煤深度，h为开孔位置距离底板巷的底板高度，x为开孔位置距离底板巷的底板水平距离。

S2、根据数据库的存储信息，对钻孔见止煤、控制范围及孔间距进行对比判断，包括钻孔见止煤的设计参数与钻孔施工情况的比对、钻孔控制范围和孔间距的计算结果与判断标准值的对比，并将比对结果以判断为合格或不合格的形式进行展示。

施工钻孔的见止煤、控制范围及孔间距的评价包括：

见止煤评价：见煤/顶评价＝设计见煤/顶长度-施工见煤/顶长度，|设计参数-施工参数|≤5，见煤/顶评价为合格，否则评价为不合格；冲煤量评价(计划冲煤量为0.8t/m)：

实际冲出煤量-计划冲出煤量＞0.1×计划冲出煤量，评价为超冲，实际冲出煤量＜计划冲出煤量，评价为欠冲；

控制范围评价：

(L₁×cos A₁+a₁)-P-0.5×H≥30且(L₁₃×cos A₁₃+a₁₃)+P-0.5×H≥30，评价为合格，

(L₁×cos A₁+a₁)-P-0.5×H＜30或(L₁₃×cos A₁₃+a₁₃)+P-0.5×H＜30，评价为不合格；

孔间距评价：

评价为合格，

评价为不合格；

钻孔施工评价次序从9#→1#孔开展，底板评价时L评代表钻孔见煤长度，顶板评价时L评代表钻孔见顶长度，A代表钻孔仰角、a代表钻孔开孔位置与巷道中线的水平位置，评代表评价钻孔孔号，P代表被掩护煤巷与底板巷中对中水平距离，H代表煤巷宽度，R代表测定的有效抽采半径。

S3、依据钻孔的对比判断结果，筛选出不合格的钻孔和关联数据信息，结合S1中计算出的钻孔煤层顶板和底板的层位数据信息，对煤层顶板和底板的产状起伏变化情况进行分析。

钻孔见煤评价为不合格包括煤层底板抬升、煤层底板下沉、煤层变厚、煤层变薄、煤层尖灭、疑似正/逆断层、钻孔偏斜；钻孔见顶评价为不合格包括煤层顶板抬升、煤层顶板下沉、煤层变厚、煤层变薄、煤层尖灭、疑似正/逆断层、钻孔偏斜；钻孔控制范围评价为不合格包括控制范围不足30m需补孔；钻孔孔间距评价为不合格包括孔间距过大超过6m(抽采半径)需补孔、煤层变厚幅度超过2m/单元(1m×1m的单元划分)需加密。

S4、将煤层产状起伏变化情况分析结果与钻孔施工情况进行比对，并依据不同给定条件得出不同的分析结论，详细多元评价钻孔施工情况。

煤层产状起伏变化的不同给定条件为：

(L_评×sin A_评+h_评)-(L_评+1×sin A_评+1+h_评+1)

煤层底/顶板抬升：-[(L_评×cos A_评+a_评)-(L_评+1×cos A_评+1+a_评+1)]×cos q≥2；

煤层厚薄：

煤层变厚：(L_评顶-L_评煤)×sin(A_评-q)-(L_评+1顶-L_评+1煤)×sin(A_评+1-q)≥2，

煤层变薄：(L_评顶-L_评煤)×sin(A_评-q)-(L_评+1顶-L_评+1煤)×sin(A_评+1-q)≤2，

煤层尖灭：(L_评顶-L_评煤)×sin(A_评-q)≤0.5；

正逆断层：

疑正断层：(L_评顶×sin A_评顶+h_评)≤(L_评+1煤×sin A_评+1煤+h_评+1)，

疑逆断层：(L_评顶×sin A_评顶+h_评)≥(L_评+1煤×sin A_评+1煤+h_评+1)；

钻孔偏斜：由测斜设备进行测斜，根据测斜结果来填写是否偏斜；

当煤层变厚，(L_评顶-L_评煤)×sin(A_评-q)≥5，需要中间增加一个补孔，补孔参数为相邻两个钻孔参数的平均值(插值法)；

当孔间距不合格时，需要中间增加一个补孔，补孔参数为相邻两个钻孔参数的平均值(插值法)。

S5、将多元评价钻孔群施工结论在Excel工作面上以数据表格的形式进行直观明了的展示，包括煤层产状起伏变化情况以及钻孔施工设计误差的原因。

本发明在复杂条件下(煤层赋存不稳定、煤厚变化剧烈，譬如鸡窝煤)的穿层钻孔群施工完毕后，对钻孔见止煤施工情况与设计参数及控制范围和孔间距进行比对评价，并将评价结论与煤层地质动态起伏变化相结合，判断出钻孔施工的精准度与设计是否相吻合(合格)，若不合格则依据不同给定条件分别给予不同结论，并将评价结论以更加精准、直观的方式展示，能够更加高效的对钻孔施工与设计的见止煤比对情况给出更加精准、统一、客观、多层次的划分，为矿井钻孔施工的评价反馈一个更为高效、详尽、多元、直观的结论，使得操作人员能够简单明了的获悉钻孔施工精准度以及影响因素，更能让矿方能够精准掌握煤层产状起伏变化情况以及钻孔施工设计误差的原因所在，为矿井的安全生产提供安全保障。

以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种高效多元精准的钻孔群施工结果评价方法，其特征在于：包括以下步骤：

准备工作：在现场施工穿层钻孔群完毕后，详细记录钻孔见止煤施工的数据信息，基于Excel工作面建立数据库，将钻孔见止煤施工的参数与基本情况转换为数据进行存储，依据钻孔见止煤的设计参数及现场施工情况汇总整理成为钻孔施工电子台账；

操作步骤：

S1、对钻孔施工电子台账进行数据集合分析，并利用三角函数中的正弦sin函数和余弦cos函数计算不同位置处钻孔的煤层顶板和底板的层位数据，包括钻孔的相对标高和相对水平位置，并将计算结果进行数据存储；

S2、根据数据库的存储信息，对钻孔见止煤、控制范围及孔间距进行对比判断，包括钻孔见止煤的设计参数与钻孔施工情况的比对、钻孔控制范围和孔间距的计算结果与判断标准值的对比，并将比对结果以判断为合格或不合格的形式进行展示；

S3、依据钻孔的对比判断结果，筛选出不合格的钻孔和关联数据信息，结合S1中计算出的钻孔煤层顶板和底板的层位数据信息，对煤层顶板和底板的产状起伏变化情况进行分析；

S4、将煤层产状起伏变化情况分析结果与钻孔施工情况进行比对，并依据不同给定条件得出不同的分析结论，详细多元评价钻孔施工情况；

S5、将多元评价钻孔群施工结论在Excel工作面上以数据表格的形式进行直观明了的展示，包括煤层产状起伏变化情况以及钻孔施工设计误差的原因。

2.根据权利要求1所述的一种高效多元精准的钻孔群施工结果评价方法，其特征在于：所述准备工作中钻孔施工的数据信息包括设计参数、施工参数以及其他钻孔与煤巷道的基本信息，设计参数包括钻孔仰角、孔深、岩孔长度、煤段长度、计划冲煤量；施工参数包括钻孔仰角、见煤长度、见顶长度、终孔孔深、实际冲煤量。

3.根据权利要求1所述的一种高效多元精准的钻孔群施工结果评价方法，其特征在于：所述操作步骤S1中钻孔位置的煤层顶板和底板的层位数据计算公式为：

顶板的相对标高和相对水平位置：

H_相顶＝L_见顶×sinA+h，X_相顶＝L_见顶×cosA+x

底板的相对标高和相对水平位置：

H_相底＝L_见煤×sinA+h，X_相底＝L_见煤×cosA+x

其中H相顶为顶板相对标高，H相底为底板相对标高，X相顶为顶板相对水平位置，X相底为底板相对水平距离，A为钻孔施工仰角，L见顶为钻孔见顶深度，L见煤为钻孔见煤深度，h为开孔位置距离底板巷的底板高度，x为开孔位置距离底板巷的底板水平距离。

4.根据权利要求1所述的一种高效多元精准的钻孔群施工结果评价方法，其特征在于：所述操作步骤S2中施工钻孔的见止煤、控制范围及孔间距的评价包括：

见止煤评价：见煤/顶评价＝设计见煤/顶长度-施工见煤/顶长度，

|设计参数-施工参数|≤5，见煤/顶评价为合格，否则评价为不合格；

冲煤量评价(计划冲煤量为0.8t/m)：

实际冲出煤量-计划冲出煤量＞0.1×计划冲出煤量，评价为超冲，

实际冲出煤量＜计划冲出煤量，评价为欠冲；

控制范围评价：

(L₁×cosA₁+a₁)-P-0.5×H≥30且(L₁₃×cosA₁₃+a₁₃)+P-0.5×H≥30，评价为合格，

(L₁×cosA₁+a₁)-P-0.5×H＜30或(L₁₃×cosA₁₃+a₁₃)+P-0.5×H＜30，评价为不合格；

孔间距评价：

评价为合格，

评价为不合格；

钻孔施工评价次序从9#→1#孔开展，底板评价时L评代表钻孔见煤长度，顶板评价时L评代表钻孔见顶长度，其中A代表钻孔仰角、a代表钻孔开孔位置与巷道中线的水平位置，评代表评价钻孔孔号，P代表被掩护煤巷与底板巷中对中水平距离，H代表煤巷宽度，R代表测定的有效抽采半径。

5.根据权利要求1所述的一种高效多元精准的钻孔群施工结果评价方法，其特征在于：所述操作步骤S3中钻孔见煤评价为不合格包括煤层底板抬升、煤层底板下沉、煤层变厚、煤层变薄、煤层尖灭、疑似正/逆断层、钻孔偏斜；钻孔见顶评价为不合格包括煤层顶板抬升、煤层顶板下沉、煤层变厚、煤层变薄、煤层尖灭、疑似正/逆断层、钻孔偏斜；钻孔控制范围评价为不合格包括控制范围不足需补孔；钻孔孔间距评价为不合格包括孔间距过大需补孔、煤层变厚幅度过大需加密。

6.根据权利要求1所述的一种高效多元精准的钻孔群施工结果评价方法，其特征在于：所述操作步骤S4中煤层产状起伏变化的不同给定条件为：

煤层底/顶板抬升：

煤层厚薄：

煤层变厚：(L_评顶-L_评煤)×sin(A_评-q)-(L_评+1顶-L_评+1煤)×sin(A_评+1-q)≥2，

煤层变薄：(L_评顶-L_评煤)×sin(A_评-q)-(L_评+1顶-L_评+1煤)×sin(A_评+1-q)≤2，

煤层尖灭：(L_评顶-L_评煤)×sin(A_评-q)≤0.5；

正逆断层：

疑正断层：(L_评顶×sinA_评顶+h_评)≤(L_评+1煤×sinA_评+1煤+h_评+1)，

疑逆断层：(L_评顶×sinA_评顶+h_评)≥(L_评+1煤×sinA_评+1煤+h_评+1)；

钻孔偏斜：由测斜设备进行测斜，根据测斜结果来填写是否偏斜；

当煤层变厚，(L_评顶-L_评煤)×sin(A_评-q)≥5，需要中间增加一个补孔，补孔参数为相邻两个钻孔参数的平均值(插值法)；

当孔间距不合格时，需要中间增加一个补孔，补孔参数为相邻两个钻孔参数的平均值(插值法)。