防磁测斜仪

[YT-1型防磁式钻孔测斜仪在河北省承德（M24）磁铁矿区的应用]邢运涛赵均文于志坚丁国栋（河北地矿局第四地质大队河北承德067000）摘要：在河北省承德（M24）磁铁矿区900m以上孔段，我们使用了YT—1型防磁式钻孔测斜仪，该仪器现场操作方便、耐用、测斜精度高、取得了良好效果，对矿区的深孔在浅孔段施工过程中起到及时监控作用，同时对钻进参数的合理选择提供了有效指导。关键词：（M24）磁铁矿区深孔施工钻孔测斜一、M24矿区地质及钻探施工情况1.河北承德（M24)矿区地质概况。矿区位于大庙斜长岩杂岩体的西北边部，斜长岩体内大庙——乌龙素沟压扭性构造带的中间部位上，与孤山中生代断陷盆地相接。区内地表出露的岩浆岩主要为斜长岩和绿泥石化斜长岩、次有暗色苏长岩和少量二长闪长岩；钻孔内见到含磷铁苏长岩和磁铁矿化黑云母化角闪辉石岩。脉岩分别在地表和地下皆有出现，但规模不大。杂岩体由斜长岩和苏长岩组成。岩体稳定性较好，在孔深900m、1300m、1500m处各有一拌有冲洗液严重漏失和掉块、轻微坍塌的破碎地层。岩石硬度不大，斜长岩可钻性8级，苏长岩可钻性7级，含矿层7.5级。主矿层分布在800~1900m之间。2.ZK2402号孔钻孔结构（图1）钻进工艺方法：（1）开孔到81m孔段：Ф150mm、Ф130mm、Ф110mm三径均为普通单管钻具，硬质合金钻进；由孔深81M至终孔孔段采用单动双管钻具或绳索取芯钻具，孕镶金刚石钻头钻进（图1）钻孔结构。0－2m：Ф150mm开孔管下入孔口管；2m－15m：Ф130mm口径钻进,下入Ф127mm套管；15m－81m：Ф110mm口径钻进，下入Ф108mm套管；81m－892.5m：Ф91mm口径钻进，下入Ф89mm套管；892.5m－终孔：Ф76mm口径钻进。二、河北省承德(M24)矿区采用了YT－1型防磁式钻孔测斜仪由中国地质科学院成都探矿工艺研究所研制的YT－1型防磁式钻孔测斜仪，适用于900m以内地质勘查钻孔高精度测斜定向，仪器不受磁性干扰，在有磁干扰和无磁干扰地区都能使用。所以在（M24）钒钛磁铁矿区深孔施工中的浅孔段（孔深小于900m段），我们选用了该防磁测斜仪器1.YT－1型防磁式钻孔测斜仪的特点和适用范围。（1）YT－1型防磁式钻孔测斜仪，是采用压电速率陀螺高新技术研制成功的一种抗磁干扰的先进测斜仪。该仪器获得国家专利、部级奖励。仪器的主要特点是陀螺敏感元件寿命长，比机械陀螺高20~40倍以上，防振性好、工作可靠、精度高、功耗小，不需二次电源，结构简单，操作方便。（2）该仪器采用存储卡记录方式，存储卡置入孔下测量探管内，测量探管用钻杆（或钢绳）下放，上拉进行测量，存储卡可单点或多点连续采样存储测斜信号，到地面后采用读卡器和笔记本电脑读取测斜数据和作图。这种记录方式与电缆式测斜记录方式相比，具有安全防爆性能，探管不易在下放或上拉过程中受岩石（屑）掉块卡埋。2.测量原理。YT－1型防磁式钻孔测斜仪的定向测斜原理，主要是通过特制的压电角速率陀螺传感器和电子跟踪测量方法跟踪测量记录已在地面定了方位的平台上的灵敏块和灵敏块在钻孔各测点测量的变化值。当地面定向和测点方位一致时，测点方位没有变化，应为零或零左右，当不一致时，测点方位就产生了相对变化，其变化的角度是随时可知的。通过换算可测得钻孔方位角的大小和变化。3.主要技术性能。YT－1型防磁式钻孔测斜仪，主要技术性能如下：（1）测量探管外径和长度：φ46×L2200mm；（2）顶角测量范围和精度：0－500±10′－30′；（3）方位角测量范围和精度：0－3600±2－40（50＜顶角≤500）；（4）测量方式：采用钢绳下放上拉探管，进行单点或多点测量；（5）记录方式：信息存储、取卡、电脑读数和作图；（6）最大抗水压：9Mpa（适用小于900m孔深）4.全套仪器组成。（1）全套仪器组成：孔下探管（内装加速度顶角传感器+压电陀螺方位传感器+孔下发送电路装置+孔下电源装置+孔下存储电路装置）→钻杆变换接头→读卡器→笔记本电脑等组成。（2）配用一个提引接头（或绳钻接头），采用钢绳吊拉孔下测量探管，下孔测量。（3）配读卡器、存储块，存储块所存储数据，由读卡器和笔记本电脑完成读数。三、承德（M24）矿区YT－1型防磁式钻孔测斜仪使用情况1.测量操作。（1）检查组装探管：检查孔下测量探管，钻杆变换接头、读卡器、电池管，配用的直流充电电池、存储卡接口开关、便携式电脑和测量电子秒表、万用表等是否完好和配齐。将孔下探管、电池管、存储卡和钻杆变换接头组装拧紧，所用连接丝扣部分都要用防水胶带扎紧。（2）孔口定向：将组装好的孔下测量探管放入孔口用垫叉叉好（注意不要掉入孔内）。打开接口开关，看电源通否，如发光二极管（红管）亮了，表示电源接通可以进行工作。在孔为斜孔情况下，可不必专门定向以原设计布置施工的钻孔初始方位为准，本仪器在测量过程中能自动找寻钻孔下段周围位置，测其偏斜后的钻孔方位角的差值和钻孔顶角值。（3）直孔定向：在开孔为垂直钻孔情况下孔口定向则要专门进行定向工作，采用直孔定向装置，其上端有一顶角为5°、直径为50mm斜孔，在定向方向安装一个小罗盘为确定初始定向方位用。直孔定向装置使用时置于孔口管上方，将孔口管套入其内对准初始定向方位要求直径为50mm斜孔方位，定向线和小罗盘定向方位一致，然后用定向装置下的M6螺钉将其锁紧在孔口管上。下钻测斜时将探管放入顶角为5°直径为50mm的小孔，停5min其测定置为初始定向基准，以后各测点所测方位角均是以此测定值为基准，比较而测定。探管在直孔定向装置的孔内停5min后即可将探管提起取出定向装置，将探管继续下放到各测点进行测量。（4）孔口测试：孔下探管上方的接口开关接通电源后试通电5min，然后取出存储卡，用读卡器和便携式电脑读取采集的信号数据，如电脑屏幕有读数显示，表示全套仪器工作正常。（5）下孔测斜：孔口测试后，将钻杆变换接头拧紧加接钻杆立根下钻测斜时，孔口操作人员要用手扶着钻杆部不允许钻杆旋转摇晃，以缓慢速度下钻测斜，下钻前从接口开关接通电源一刻起就要按动秒表开始计时，钻孔每50m一个测点，每个测点停3min，一直下测到距孔底3m处。然后，上提钻杆和孔下测量探管到孔口后，用擦布擦干净孔下测量探管，卸掉钻杆变换接头，取出存储卡。2.软件操作。（1）打开笔记本电脑，接通电源，开机进入Windows2008操作系统。将读卡器接通电源，指示灯亮后，读卡器芯插入手提电脑串行接口芯插座内，以及将存储卡插入读卡器的5线插座，电脑屏显示图标，用鼠标双击图标，再单击图中“读存储卡数据”，单击图中“SenSor”和“保存S”屏幕显示图，显示“该文件已经存在确定覆盖它”，在单击图中的“确定”，屏幕显示“正在进行数据转输请等待”的红字时，有红色数字闪动，再单击“确定”，屏幕显示数据。这说明存储卡已存入所采集钻孔测斜数据。存储卡在使用前用鼠标单击“初始化存储卡”进行初始化处理使存储卡中无原有测量信息。（2)用鼠标单击电脑屏幕中的“数据处理”，屏幕显示数据处理系统和防磁性测斜仪监测数据分析处理软件，即可进行钻孔顶角和方位角计算作图。①首先按“打开文件”，即打开从存储卡读取的测量数据原始文件，则提示“已打开文件”；②按“基本绘图“，则将测量的原始方位变化数据绘图；③按“比较绘图”，则将测量的原始方位、顶角变化数据绘图比较；④按“打印曲线”，打印原始方位变化数据曲线。⑤“十字指示”，指示鼠标箭头的坐标，X轴（水平）、Y轴（垂直）的坐标值；⑥“输入计算”，输入X轴（水平）坐标值，计算原始方位变化数据Y轴（垂直）的坐标值；⑦按“计算”，计算“测点点位（秒）的顶角（度）及“孔口点位”（秒）到“测点点位”（秒）的方位变化量（度）；“孔径”，输入钻孔孔径（mm），以内部计算容错使用；⑧按“存盘”，将测得的顶角（度）、方位变化量（度）、孔深（米）（手工输入），工程名存入文件，可在MicrosoftWord中打开；⑨按“打印”，打印文件。3.维护保养、注意事项。（1）孔下探管和钻杆变换接头要拧紧，下孔测斜时速度要慢，减少冲击碰撞。如遇组卡只能上下提动，不能强力提拔和猛烈冲击。（2）孔下探管不要长途运输，最好随身携带。（3）孔下测量探管不要拧开，否则可能损坏仪器，确因仪器损坏，需要拧开，应返修生产单位。四、河北省承德（M24）矿区YT－1型钻孔测斜仪的应用效果1.经过我们多年使用发现，YT—1型钻孔测斜仪有以下优点：（1）YT—1型钻孔测斜仪采用压电速率陀螺高技术，具有防磁性干扰的功能。（2）YT—1型钻孔测斜仪设计合理、结构紧凑、测量精度高、操作简便、测量方位角的陀螺原件寿命长、抗冲击振动性能好。（3）YT—1型钻孔测斜仪顶角测量范围宽，可以准确测量出小顶角（0.5°~3°）。（4）测斜软件操作也比较方便、易于掌握和操作，测斜结果通过电脑图形显示，一目了然、很直观。（5）由于YT—1型钻孔测斜仪具有以上优点，M24矿区的钻孔测斜工作及时、准确，钻进效率和钻孔质量都得到提高，地质勘查工作得以顺利开展，探矿效果显著、经济效益明显。2.河北省承德(M24)矿区所完工深孔的经济技术指标统计结果：①平均时效2.5m/h；②平均台效621m/月；③平均回次长度2.5m；④全孔岩矿心平均采取率97.5％；⑤直孔终孔孔斜满足地质技术规范要求；⑥金刚石钻头平均使用寿命91.5m；⑦提钻间隔平均为50~60m。3.河北省承德(M24)矿区近几年所完工的深孔统计表（表1）（略）