一种煤矿井下钻孔群钻孔质量评价方法及装置与流程

本发明涉及一种钻孔群钻孔质量评价方法及装置，属于钻探技术领域，具体是涉及一种煤矿井下钻孔群钻孔质量评价方法及装置。

背景技术：

钻孔质量评价是指对钻孔完成质量的评价，即评价钻孔实际轨迹与设计轨迹之间的偏差是否满足规定的要求。早期煤矿井下钻孔群在钻孔时没有合适的钻孔轨迹测量仪器，只能以开孔的倾角、方位角以及上报的钻孔深度作为钻孔质量是否合格的验收标准，而实际上，由于地质条件的复杂性、钻孔设备能力的不均匀性以及施工人员操作的不一致性，往往钻孔轨迹是一条空间曲线，以开孔的倾角、方位角作为整个钻孔的倾角、方位角显然是不正确的，这样往往导致钻孔的结果达不到设计的要求，存在安全隐患。近几年，随着煤矿井下钻孔轨迹测量仪器的诞生，各个煤矿开始使用仪器对钻孔的实际轨迹进行测量，从而在一定程度上了解了钻孔实际轨迹与设计要求之间的偏差，为改进施工方案、降低安全事故隐患起到了一定的作用。但该仪器以及配套的软件只能对某一个钻孔的钻孔轨迹情况进行处理，无法对整个钻孔群的钻孔效果及钻孔质量进行评价，无法从全局角度确定施工方案的有效性，以及安全隐患的存在性。

技术实现要素：

本发明主要是解决现有技术无法对煤矿井下钻孔群的钻孔轨迹质量进行有效评价、存在安全生产隐患的问题，提供了一种煤矿井下钻孔群钻孔质量评价方法及装置。该方法及装置能够有效地对煤矿井下钻孔群的钻孔质量进行评价，从而消除了安全生产隐患，同时也为钻孔施工验收提供了一种有效的评价手段。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种煤矿井下钻孔群钻孔质量评价方法，包括：

钻孔轨迹计算步骤，以开孔数据作为起点，依次计算出所有测量数据相对于开孔位置的坐标；

钻孔轨迹合成步骤，确定钻孔群的起点坐标，遍历钻孔群所有钻孔，将钻孔相对于开孔位置的坐标通过坐标系平移转换成相对于钻孔群起点的坐标；

轨迹曲线绘制步骤，根据钻孔群所有钻孔相对于钻孔群起点的钻孔轨迹坐标数据，绘制二维曲线图和三维曲线图；

轨迹偏差计算步骤，计算钻孔轨迹各有效测量点与设计轨迹之间的偏差值，以及终孔偏差值；

偏差曲线绘制步骤，根据钻孔轨迹各有效测量点与设计轨迹之间的偏差值，绘制钻孔轨迹偏差曲线图；

评价报表输出步骤，将钻孔轨迹数据、钻孔偏差数据以及钻孔质量评价结果导出。

优化的，上述的一种煤矿井下钻孔群钻孔质量评价方法，还包括：

测量数据校正步骤，用于根据当前钻孔所处地理位置的磁偏角和子午线收敛角，校正钻孔轨迹所有测量数据，将测量数据中的磁方位角转化为高斯坐标系中的坐标方位角；遍历所有测量数据，将不处于静止状态或不处于无磁环境中的测量数据确定为无效点并做标记。

优化的，上述的一种煤矿井下钻孔群钻孔质量评价方法，所述钻孔轨迹计算步骤，以开孔数据作为起点，以第一组钻孔轨迹测量数据为当前组，计算出当前组与起点数据的倾角平均值、倾角差、坐标方位角平均值、坐标方位角差和孔深差，并依据最小曲率法计算出当前组相对于起点的东西偏差、南北偏差和垂直偏差，最终得出当前组的东西坐标、南北坐标和垂直标高，以当前组为起点，以下一组钻孔轨迹测量数据为当前组，依次计算出所有测量数据对应的东西坐标、南北坐标和垂直标高。

优化的，上述的一种煤矿井下钻孔群钻孔质量评价方法，所述轨迹曲线绘制步骤中，所述二维曲线图包括水平投影图和垂直投影图，所述水平投影图的横坐标为钻孔群所有钻孔开孔位置的分布方向，纵坐标为钻孔群的主钻进方向；垂直投影图的横坐标为钻孔群所有钻孔轨迹曲线在水平面的投影长度，纵坐标为钻孔群所有钻孔开孔位置高度；三维曲线图的X坐标为钻孔群所有钻孔开孔位置的分布方向，Y坐标为钻孔群的主钻进方向，Z坐标为钻孔群所有钻孔开孔位置高度；曲线中能够根据地质参数的不同以不同的颜色进行标注。

优化的，上述的一种煤矿井下钻孔群钻孔质量评价方法，所述轨迹偏差计算步骤中，首先对钻孔轨迹所处的高斯坐标系A在水平面按照原点进行顺时针旋转，旋转角度为钻孔设计轨迹的设计坐标方位角，在形成的新坐标系A1中，横坐标值即为钻孔轨迹各有效测量点的左右偏差值；然后，将新的坐标系A1在铅垂面按照原点进行逆时针旋转，旋转角度为钻孔设计轨迹的设计倾角，在新的坐标系A2中，纵坐标值即为钻孔轨迹各有效测量点的左右偏差值；在新的坐标系A2中，横坐标即为钻孔设计轨迹，长度即为钻孔设计轨迹的设计孔深L，记为钻孔设计终点坐标(L,0),然后找到钻孔实钻轨迹的终点，求这两点的距离即为终孔偏差。

为了解决上述问题，根据本发明的另一方面，提供了一种煤矿井下钻孔群钻孔质量评价装置，包括：

钻孔轨迹计算模块，以开孔数据作为起点，依次计算出所有测量数据相对于开孔位置的坐标；

钻孔轨迹合成模块，确定钻孔群的起点坐标，遍历钻孔群所有钻孔，将钻孔中相对于开孔位置的坐标通过坐标系平移转换成相对于钻孔群起点的坐标；

轨迹曲线绘制模块，根据钻孔群所有钻孔相对于钻孔群起点的钻孔轨迹坐标数据，绘制二维曲线图和三维曲线图；

轨迹偏差计算模块，计算钻孔轨迹各有效测量点与设计轨迹之间的偏差值，以及终孔偏差值；

偏差曲线绘制模块，根据钻孔轨迹各有效测量点与设计轨迹之间的偏差值，绘制钻孔轨迹偏差曲线图；

评价报表输出模块，将钻孔轨迹数据、钻孔偏差数据以及钻孔质量评价结果以报表形式导出。

优化的，上述的一种煤矿井下钻孔群钻孔质量评价装置，还包括：测量数据校正模块，用于根据当前钻孔所处地理位置的磁偏角和子午线收敛角，校正钻孔轨迹所有测量数据，将测量数据中的磁方位角转化为高斯坐标系中的坐标方位角；遍历所有测量数据，将不处于静止状态或不处于无磁环境中的测量数据确定为无效点并做标记。

优化的，上述的一种煤矿井下钻孔群钻孔质量评价装置，所述钻孔轨迹计算模块，以开孔数据作为起点，以第一组钻孔轨迹测量数据为当前组，计算出当前组与起点数据的倾角平均值、倾角差、坐标方位角平均值、坐标方位角差和孔深差，并依据最小曲率法计算出当前组相对于起点的东西偏差、南北偏差和垂直偏差，最终得出当前组的东西坐标、南北坐标和垂直标高，以当前组为起点，以下一组钻孔轨迹测量数据为当前组，依次计算出所有测量数据对应的东西坐标、南北坐标和垂直标高。

优化的，上述的一种煤矿井下钻孔群钻孔质量评价装置，所述轨迹曲线绘制模块，所述二维曲线图包括水平投影图和垂直投影图，所述水平投影图的横坐标为钻孔群所有钻孔开孔位置的分布方向，纵坐标为钻孔群的主钻进方向；垂直投影图的横坐标为钻孔群所有钻孔轨迹曲线在水平面的投影长度，纵坐标为钻孔群所有钻孔开孔位置高度；三维曲线图的X坐标为钻孔群所有钻孔开孔位置的分布方向，Y坐标为钻孔群的主钻进方向，Z坐标为钻孔群所有钻孔开孔位置高度；曲线中能够根据地质参数的不同以不同的颜色进行标注。

优化的，上述的一种煤矿井下钻孔群钻孔质量评价装置，所述轨迹偏差计算模块，首先对钻孔轨迹所处的高斯坐标系A在水平面按照原点进行顺时针旋转，旋转角度为钻孔设计轨迹的设计坐标方位角，在形成的新坐标系A1中，横坐标值即为钻孔轨迹各有效测量点的左右偏差值；然后，将新的坐标系A1在铅垂面按照原点进行逆时针旋转，旋转角度为钻孔设计轨迹的设计倾角，在新的坐标系A2中，纵坐标值即为钻孔轨迹各有效测量点的左右偏差值；在新的坐标系A2中，横坐标即为钻孔设计轨迹，长度即为钻孔设计轨迹的设计孔深L，记为钻孔设计终点坐标(L,0),然后找到钻孔实钻轨迹的终点，求这两点的距离即为终孔偏差。

因此，本发明具有如下优点：

1.能够适用于煤矿井下各类钻孔群的钻孔质量评价，通用性强；

2.能够以报表形式输出钻孔群或某一个钻孔的钻孔质量评价结果，利于钻孔效果的确认以及钻孔施工的验收；

3.具有开放性数据结构设计模式，所保存的测量数据、钻孔轨迹数据以及钻孔质量评价数据既能够应用在煤矿现有的信息化管理平台上，也能够应用在CAD绘图软件上。

4.能够以二维曲线、三维曲线显示钻孔群的钻孔分布情况，直观反映钻孔群钻孔质量效果，以及工程进度，便于技术人员及时调整施工方案，提高生产效率，消除安全生产隐患。

附图说明

图1为本发明的模块划分示意图。

图2为图1中钻孔群钻孔轨迹计算及钻孔曲线绘制模块的模块划分示意图。

图3为图1中钻孔群钻孔质量评价及评价报表输出模块的模块划分示意图。

图4为图2中钻孔轨迹测量数据校正子模块的控制流程示意图。

图5为图2中钻孔轨迹计算子模块的控制流程示意图。

图6为图2中钻孔群钻孔轨迹合成子模块的控制流程示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

首先，本实施例提供了煤矿井下钻孔群钻孔质量评价装置，如图1所示，具体包括：

―钻孔群钻孔轨迹计算及钻孔曲线绘制模块：用于钻孔群钻孔轨迹的计算以及钻孔轨迹二维曲线、三维曲线的绘制，直观显示钻孔群在煤矿井下的分布情况。

―钻孔群钻孔质量评价及评价报表输出模块：用于对钻孔轨迹质量进行评价，以报表格式输出评价数据和结果，以及盲区和危险源的分布情况，便于技术人员对于钻孔完成情况进行验收，及时发现安全隐患并进行处置。

如图2所示，所述钻孔群钻孔轨迹计算及钻孔曲线绘制模块，由钻孔轨迹测量数据校正子模块、钻孔轨迹计算子模块、钻孔群钻孔轨迹合成子模块、钻孔群钻孔轨迹曲线绘制子模块组成。

其中：

钻孔轨迹测量数据校正子模块，能够自动剔除钻孔轨迹测量数据中的无效测量数据，并能将测量数据中的磁方位角自动转换为高斯坐标系的坐标方位角。

钻孔轨迹计算子模块，能够根据孔口坐标值，以及钻孔轨迹测量数据中各有效测量点的孔深、倾角、坐标方位角，按照最小曲率法计算出钻孔各有效测量点的钻孔轨迹参数，钻孔轨迹参数包括相对于孔口坐标的东西坐标、南北坐标和垂直标高。

钻孔群钻孔轨迹合成子模块，能够根据钻孔群中的所有钻孔开孔位置分布图，以及每个钻孔各有效测量点的钻孔轨迹参数，生成钻孔群钻孔轨迹合成数据。

钻孔群钻孔轨迹曲线绘制子模块，能够根据生成的钻孔群钻孔轨迹合成数据，绘制二维曲线图和三维空间曲线图，二维曲线图包括水平投影图和垂直投影图。曲线中能够根据地质参数的不同以不同的颜色进行标注。

如图3所示，所述钻孔群钻孔质量评价及评价报表输出模块，由钻孔轨迹偏差数据计算子模块、钻孔轨迹偏差曲线绘制子模块、钻孔质量评价及报表输出子模块、钻孔群质量评价及报表输出子模块组成。

其中：

钻孔轨迹偏差数据计算子模块能够根据已知的设计倾角、设计方位角、设计孔深，以及钻孔实际钻孔轨迹参数，自动计算出各有效测量点的上下偏差值、左右偏差值，以及终孔偏差值。

钻孔轨迹偏差曲线绘制子模块，能够根据钻孔各有效测量点的上下偏差值、左右偏差值，自动绘制钻孔上下偏差曲线图和左右偏差曲线图。

钻孔质量评价及报表输出子模块，能够根据钻孔各有效测量点的上下偏差值、左右偏差值，以及终孔偏差值，完成钻孔质量评价，并以报表形式输出钻孔质量评价结果。

钻孔群质量评价及报表输出子模块，能够计算出钻孔群相邻钻孔之间的终孔水平间距、终孔垂直间距。对于瓦斯抽(采)放钻孔群，能够直观显示煤层、岩层分布情况、瓦斯抽(采)放有效控制情况，便于及时发现盲区。对于超前探放水孔，能够直观显示钻孔群钻孔轨迹与允许掘进距离、安全外围线的关系，便于确定是否存在安全隐患。能够根据上述信息完成钻孔群钻孔质量评价，并以报表形式输出。

本实施例还提供了煤矿井下钻孔群钻孔质量评价方法，具体包括：

第一步：进行钻孔轨迹测量数据的校正

参考图4的控制流程，首先根据当前钻孔所处地理位置的磁偏角和子午线收敛角，将钻孔轨迹所有的测量数据进行校正，将测量数据中的磁方位角转化为高斯坐标系中的坐标方位角；其次，遍历所有测量数据，将不处于静止状态或不处于无磁环境中的测量数据确定为无效点并做标记；最后，只显示钻孔轨迹中的有效测量数据。

第二步：进行钻孔轨迹的计算

参考图5的控制流程，首先确定开孔坐标、倾角和坐标方位角，并将开孔数据作为起点；其次，从第一组钻孔轨迹测量数据开始，计算出当前组数据与起点数据的倾角平均值、倾角差、坐标方位角平均值、坐标方位角差和孔深差，并依据最小曲率法计算出当前组相对于起点的东西偏差、南北偏差和垂直偏差，最终得出当前组的东西坐标、南北坐标和垂直标高；然后，以当前组为起点，依次计算出所有测量数据对应的东西坐标、南北坐标和垂直标高。

第三步：进行钻孔群所有钻孔的钻孔轨迹合成

参考图6的控制流程，首先确定钻孔群的起点坐标，然后计算出钻孔群中所有钻孔的开孔位置相对于钻孔群起点的坐标，包括东西坐标、南北坐标和垂直标高。最后，遍历钻孔群所有钻孔，将钻孔中相对于开孔位置的坐标通过坐标系平移转换成相对于钻孔群起点的坐标。

第四步：绘制钻孔群钻孔轨迹的二维曲线图和三维曲线图

根据第三步得出的钻孔群所有钻孔相对于钻孔群起点的钻孔轨迹坐标数据，绘制二维曲线图和三维曲线图。二维曲线图包括水平投影图和垂直投影图。水平投影图的横坐标为钻孔群所有钻孔开孔位置的分布方向，纵坐标为钻孔群的主钻进方向。垂直投影图的横坐标为钻孔群所有钻孔轨迹曲线在水平面的投影长度，纵坐标为钻孔群所有钻孔开孔位置高度。三维曲线图的X坐标为钻孔群所有钻孔开孔位置的分布方向，Y坐标为钻孔群的主钻进方向，Z坐标为钻孔群所有钻孔开孔位置高度。曲线中能够根据地质参数的不同以不同的颜色进行标注。

第五步：计算钻孔轨迹各有效测量点与设计轨迹之间的偏差值，以及终孔偏差值

首先对钻孔轨迹所处的高斯坐标系A在水平面按照原点进行顺时针旋转，旋转角度为钻孔设计轨迹的设计坐标方位角，在形成的新坐标系A1中，横坐标值即为钻孔轨迹各有效测量点的左右偏差值。然后，将新的坐标系A1在铅垂面按照原点进行逆时针旋转，旋转角度为钻孔设计轨迹的设计倾角，在新的坐标系A2中，纵坐标值即为钻孔轨迹各有效测量点的左右偏差值。在新的坐标系A2中，横坐标即为钻孔设计轨迹，长度即为钻孔设计轨迹的设计孔深L，记为钻孔设计终点坐标(L,0),然后找到钻孔实钻轨迹的终点，求这两点的距离即为终孔偏差。

第六步：绘制钻孔轨迹偏差曲线

根据第五步得出的钻孔轨迹各有效测量点与设计轨迹之间的偏差值，绘制钻孔轨迹偏差曲线。钻孔轨迹偏差曲线图包括上下偏差图和左右偏差图。上下偏差图的横坐标为钻孔孔深，纵坐标为上下偏差值，并有与横坐标平行的上下两条允许的最大上下偏差界限，超出界限的偏差曲线以特殊的颜色进行标记。左右偏差图的横坐标为垂直于设计轨迹的设计方位角方向，纵坐标为设计轨迹的设计方位角方向，并有与纵坐标平行的左右两条允许的最大左右偏差界限，超出界限的偏差曲线以特殊的颜色进行标记。

第七步：进行钻孔质量评价和报表输出

根据第六步绘制的钻孔轨迹偏差曲线，以及第五步得出的钻孔轨迹各有效测量点与设计轨迹之间的偏差值，以及终孔偏差值，并根据钻孔设计轨迹中的设计倾角、设计坐标方位角、设计孔深，以及确定的钻孔质量评价参数(包括允许的最大上下偏差值、最大左右偏差值、最大终孔偏差值)，完成钻孔质量评价，确定评价结果以及钻孔轨迹的最大偏差值。最后，将钻孔轨迹数据、钻孔偏差数据以及钻孔质量评价结果以报表形式导出。其中的钻孔轨迹数据还能导入到CAD图中，进行地质资料完善。

第八步：进行钻孔群质量评价和报表输出

根据钻孔群各个钻孔的设计参数，并根据第六步得出的钻孔质量评价结果和钻孔偏差数据，能够计算出钻孔群相邻钻孔之间的终孔水平间距、终孔垂直间距。对于瓦斯抽(采)放钻孔群，能够以不同的颜色直观显示煤层、岩层分布情况，通过瓦斯抽(采)放有效控制半径，能够直观显示钻孔群的瓦斯抽(采)放有效控制情况，便于及时发现盲区。对于超前探放水孔，能够直观显示允许掘进距离、超前距、安全外围线等安全信息，直观显示钻孔群钻孔轨迹与这些安全信息的关系，便于确定是否存在安全隐患。能够根据上述信息完成钻孔群钻孔质量评价，并以报表形式输出。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了钻孔轨迹、倾角、坐标方位角、最小曲率法、东西坐标、南北坐标、垂直标高、报表等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语，是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。