基于定向水平钻孔的煤层底板隔水层厚度等值线绘制方法技术

本发明专利技术公开基于定向水平钻孔的煤层底板隔水层厚度等值线绘制方法，包括如下步骤：以地面定向水平钻孔的开孔孔口为坐标原点，建立地面定向水平钻孔不同钻孔孔深的相对坐标系，将不同钻孔孔深处的相对平面位移坐标值和高程值转换为矿井平面坐标系统及高程系统的平面坐标值和高程值；以地面定向水平钻孔的开孔孔口为坐标原点，根据地面定向水平钻孔的相对垂深数据，计算出地面定向水平钻孔在矿井底板含水层顶界的垂深值，并将地面定向水平钻孔在矿井底板含水层顶界的垂深值转换为矿井高程坐标系统及高程系统的高程值。该方法解决前期地面勘探孔施工资料和地面物探探查结果绘制的煤层底板隔水层厚度误差偏大的问题。的煤层底板隔水层厚度误差偏大的问题。的煤层底板隔水层厚度误差偏大的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于定向水平钻孔的煤层底板隔水层厚度等值线绘制方法


[0001]本专利技术涉及煤层隔水层等值线绘制
具体地说是基于地面定向水平钻孔的煤层底板隔水层厚度等值线绘制方法。

技术介绍

[0002]随着煤矿采掘深度的加深，矿井开采越来越受到底板含水层突水的威胁。目前矿井开采中，煤层底板含、隔水层的技术资料通常是建设投产之前利用前期地面勘探孔施工资料结合地面物探探查结果。矿井投产后，在矿井井下采掘活动前，由于井下未施工，仅通过多次地面勘查和物探资料加以修正。由于地面勘探孔探查间距大、地面物探探查精度低，因此煤矿采掘工程中煤层底板隔水层的厚度难以精准确定，而煤层底板隔水层底板突水给煤层高效开采和安全防护带来极大危害，因此，煤层底板隔水层厚度的精准确定关系到煤矿开采过程中底板突水威胁的严重程度。

技术实现思路

[0003]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种基于定向水平钻孔的煤层底板隔水层厚度等值线绘制方法，以解决矿井施工前期地面勘探孔施工资料和地面物探探查结果绘制的煤层底板隔水层厚度误差偏大的问题。
[0004]随着地面定向水平孔钻探注浆技术的发展，该技术越来越广泛的应用于矿山防治水工程中，尤其对于煤矿底板含水层的探查，可以在矿井井下采掘前精准探查煤层底板含水层顶界位置，从而精准确定煤层底板隔水层的厚度，辅助探查隐蔽致灾地质异常体从而确保安全施工。因此本专利技术结合煤矿勘查过程中的煤层底板位置数据，针对目前煤矿底板隔水层厚度认识不清，误差偏大的不足，研究设计了基于定向水平钻孔的煤层底板隔水层厚度等值线绘制方法以克服现有缺陷。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种基于定向水平钻孔的煤层底板隔水层厚度等值线绘制方法，包括如下步骤：
[0007]步骤(1)：以地面定向水平钻孔的开孔孔口为坐标原点，建立地面定向水平钻孔不同钻孔孔深的相对坐标系，计算出地面定向水平钻孔在矿井底板含水层顶界上方不同钻孔孔深处的相对平面位移坐标值和高程值，并将不同钻孔孔深处的相对平面位移坐标值和高程值转换为矿井平面坐标系统及高程系统的平面坐标值和高程值；
[0008]步骤(2)：以地面定向水平钻孔的开孔孔口为坐标原点，根据地面定向水平钻孔在矿井底板含水层顶界不同位置处的相对平面位移数据和相对垂深数据，计算出地面定向水平钻孔在矿井底板含水层顶界的相对平面位移坐标值和垂深值，并将地面定向水平钻孔在矿井底板含水层顶界的相对平面位移坐标值和垂深值转换为矿井平面坐标系统及高程系统中的矿井底板含水层顶界平面坐标值和矿井底板含水层顶界高程值；
[0009]步骤(3)：将步骤(2)测量和计算得到的地面定向水平钻孔延伸方向上不同位置处的矿井底板含水层顶界高程值和矿井底板含水层顶界平面坐标值，以坐标点的形式绘制在
矿井煤层底板等高线图中；
[0010]步骤(4)：利用内插法计算地面定向水平钻孔延伸方向上不同位置处的底板含水层顶界平面不同坐标点的煤层底板高程值，计算同一坐标点煤层底板与矿井底板含水层顶界的高程值差，即为该坐标点煤层底板隔水层厚度值；
[0011]步骤(5)：根据获得的煤层底板隔水层厚度值的极大值和极小值之差，确定等厚度值点间距；将煤层底板隔水层厚度值的极大值和极小值的差值等分，得到5～20个等厚度值点，将等厚度值点绘制在矿井采掘工程平面图中并绘制矿井煤层底板隔水层等厚度线。
[0012]上述基于定向水平钻孔的煤层底板隔水层厚度等值线绘制方法，通过测量地面定向水平钻孔的施工轨迹参数确定不同钻孔孔深的相对坐标系；施工轨迹参数包括钻孔孔深、井斜和方位角。
[0013]上述基于定向水平钻孔的煤层底板隔水层厚度等值线绘制方法，在地面确定地面定向水平钻孔的开孔孔口位置，通过水平定向分支孔，在钻孔轨迹进入矿井底板含水层顶界后，每钻进9～10m利用随钻方位测量仪器来测量钻孔轨迹参数。
[0014]上述基于定向水平钻孔的煤层底板隔水层厚度等值线绘制方法，地面定向水平钻孔不同钻孔孔深的相对坐标系基于校正平均角法进行计算，计算公式如下：
[0015]N0＝0；E0＝0；D0＝0；L0＝0；α0＝0；φ0＝0；
[0016][0017][0018][0019]公式中：N
n
为以地面定向水平钻孔的开孔孔口为坐标原点时,钻孔第n个测点的相对南北位移，E
n
为以地面定向水平钻孔的开孔孔口为坐标原点时,钻孔第n个测点的相对东西位移，D
n
为以地面定向水平钻孔的开孔孔口为坐标原点时,钻孔第n个测点的相对垂直深，L
n
为以地面定向水平钻孔的开孔孔口为坐标原点时,钻孔第n个测点的孔深，α
n
为以地面定向水平钻孔的开孔孔口为坐标原点时,钻孔第n个测点的井斜，φ
n
为以地面定向水平钻孔的开孔孔口为坐标原点时,钻孔第n个测点的方位角。
[0020]上述基于定向水平钻孔的煤层底板隔水层厚度等值线绘制方法，根据随钻测量仪器反馈的伽马值和随钻上返岩粉的变化情况综合分析判断钻孔探查的矿井底板含水层顶界，并确定钻孔探查矿井底板含水层顶界时的相对平面位移坐标和垂深值；将地面定向水平钻孔的开孔孔口在矿井平面坐标系统及高程系统下复测其坐标，确定初始数据X0、Y0和Z0；X0、Y0和Z0分别为地面定向水平钻孔孔口点在矿井平面坐标系统及高程系统中的南北位移、东西位移和高程值。
[0021]上述基于定向水平钻孔的煤层底板隔水层厚度等值线绘制方法，步骤(1)中，将不同钻孔孔深处的相对平面位移坐标值转换为矿井平面坐标系统及高程系统的平面坐标值和高程值的计算方法为：
[0022]X
n
＝X0+N
n
；Y
n
＝Y0+E
n
；Z
n
＝Z0‑
D
n
；
[0023]公式中：X
n
、Y
n
和Z
n
分别为钻孔第n个测点在矿井平面坐标系统及高程系统中的南北位移、东西位移和高程值；
[0024]步骤(2)中，将地面定向水平钻孔在矿井底板含水层顶界的相对平面位移坐标值和垂深值转换为矿井平面坐标系统及高程系统的矿井底板含水层顶界平面坐标值和矿井底板含水层顶界高程值的计算方法为：
[0025]X
m孔
＝X0+N
m孔
；Y
m孔
＝Y0+E
m孔
；Z
m孔
＝Z0‑
D
m孔
；
[0026]公式中：X
m孔
、Y
m
、Y
m孔
和Z
m孔
分别为钻孔在矿井底板含水层顶界上第m个测点在矿井平面坐标系统及高程系统中的南北位移、东西位移和高程值；N
m孔
为以地面定向水平钻孔的开孔孔口为坐标原点时,钻孔在矿井本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于定向水平钻孔的煤层底板隔水层厚度等值线绘制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)：以地面定向水平钻孔的开孔孔口为坐标原点，建立地面定向水平钻孔不同钻孔孔深的相对坐标系，计算出地面定向水平钻孔在矿井底板含水层顶界上方不同钻孔孔深处的相对平面位移坐标值和高程值，并将不同钻孔孔深处的相对平面位移坐标值和高程值转换为矿井平面坐标系统及高程系统的平面坐标值和高程值；步骤(2)：以地面定向水平钻孔的开孔孔口为坐标原点，根据地面定向水平钻孔在矿井底板含水层顶界不同位置处的相对平面位移数据和相对垂深数据，计算出地面定向水平钻孔在矿井底板含水层顶界的相对平面位移坐标值和垂深值，并将地面定向水平钻孔在矿井底板含水层顶界的相对平面位移坐标值和垂深值转换为矿井平面坐标系统及高程系统中的矿井底板含水层顶界平面坐标值和矿井底板含水层顶界高程值；步骤(3)：将步骤(2)测量和计算得到的地面定向水平钻孔延伸方向上不同位置处的矿井底板含水层顶界高程值和矿井底板含水层顶界平面坐标值，以坐标点的形式绘制在矿井煤层底板等高线图中；步骤(4)：利用内插法计算地面定向水平钻孔延伸方向上不同位置处的底板含水层顶界平面不同坐标点的煤层底板高程值，计算同一坐标点煤层底板与矿井底板含水层顶界的高程值差，即为该坐标点煤层底板隔水层厚度值；步骤(5)：根据获得的煤层底板隔水层厚度值的极大值和极小值之差，确定等厚度值点间距；将煤层底板隔水层厚度值的极大值和极小值的差值等分，得到5～20个等厚度值点，将等厚度值点绘制在矿井采掘工程平面图中并绘制矿井煤层底板隔水层等厚度线。2.根据权利要求1所述的基于定向水平钻孔的煤层底板隔水层厚度等值线绘制方法，其特征在于，通过测量地面定向水平钻孔的施工轨迹参数确定不同钻孔孔深的相对坐标系；施工轨迹参数包括钻孔孔深、井斜和方位角。3.根据权利要求2所述的基于定向水平钻孔的煤层底板隔水层厚度等值线绘制方法，其特征在于，在地面确定地面定向水平钻孔的开孔孔口位置，通过水平定向分支孔，在钻孔轨迹进入矿井底板含水层顶界后，每钻进9～10m利用随钻方位测量仪器来测量钻孔轨迹参数。4.根据权利要求3所述的基于定向水平钻孔的煤层底板隔水层厚度等值线绘制方法，其特征在于，地面定向水平钻孔不同钻孔孔深的相对坐标系基于校正平均角法进行计算，计算公式如下：N0＝0；E0＝0；D0＝0；L0＝0；α0＝0；φ0＝0；＝0；＝0；公式中：N
n
为以地面定向水平钻孔的开孔孔口为坐标原点时,钻孔第n个测点的相对南
北位移，E
n
为以地面定向水平钻孔的开孔孔口为坐标原点时,钻孔第n个测点的相对东西位移，D
n
为以地面定向水平钻孔的开孔孔口为坐标原点时,钻孔第n个测点的相对垂直深，L
n
为以地面定向水平钻孔的开孔孔口为坐标原点时,钻孔第n个测点的孔深，α
n
为以地面定向水平钻孔的开孔孔口为坐标原点时,钻孔第n个测点的井斜，φ
n
为以地面定向水平钻孔的开孔孔口为坐标原点时，钻孔第n个测点的方位角。5.根据权利要求4所述的基于定向水平钻孔的煤层底板隔水层厚度等值线绘制方法，其特征在于，根据随钻测量仪器反馈的伽马值和随钻上返岩粉的变化...

【专利技术属性】
技术研发人员：高尚，孙晓宇，戴亚男，李鹏洋，李恒，董新旺，杨雪，常若曦，陈君，邵晨霞，李生生，刘书杰，邓昀，安许良，贺文，孙建宇，籍晓龙，
申请(专利权)人：北京中煤矿山工程有限公司，
类型：发明
国别省市：