王星星
淮南矿业煤业分公司潘三矿 安徽 淮南 232000
摘要：本文论述通过研究钻孔测斜数据及其反演的规律，分析钻孔反演公式，并将反演公式做成测斜数据反演模板表。利用测斜数据反演模板表生成的数据直接在CAD图中实现自动生成钻孔平面轨迹和剖面轨迹。形成快速反演技术，使反演时间由原来单孔半小时缩短至3分钟，加快钻孔成果研判，同时减少人工做图和劳动强度，取得了较好的地质效果。为今后测斜钻孔（包含前探钻孔、穿层钻孔以及水文钻孔的测斜）实时反演提供有力的技术保障。
关键词：测斜、快速反演、CAD
1 钻孔反演的现状、目的
随着矿井工作面掘进、瓦斯治理、防治水等工作的需要，要求探明煤层、构造、积水区域等情况，孔测斜资料大量增加。人工作图反演工作量大，速度慢，效率低，易出错。因此，为减少减少人工做图时间、减少作图操作过程、降低按劳动强度，需要对现有测斜钻孔反演改进，以实现测斜钻孔快速反演、提高工作效率。
2 测斜数据的分析
2.1 测斜数据
钻孔施工单位提供的测斜数据一般表格形式，测斜数据表分为四部分，自上向下分别为：第一部分为表头，通常为第一、二行；第二部分为测斜数据区，第三行起；第三部分为钻孔信息备注区，倒数第二行；第四部分为签字区，为最后一行。
反演主要用第二部分为测斜数据区，即第三行起A列至G列。A列为序号，B列为测深，C列为倾角，D列为方位，E列至G列为X、Y、Z。其中B、C、D三列为空间向量数据，E、F、G列为空间坐标数据。
由于空间向量反演太过复杂，我们一般直接用坐标数据反演。即在平面上绘制各个点坐标(X、Y)，连成线即得钻孔平面轨迹；将平面上各个点投影到剖面所在的直线上，得到各点该直线上的值L，再用各点Z值组成坐标(L,Z),然后连成线即得钻孔剖面轨迹。
但现阶段测斜往往不能测到终孔，因此，终孔坐标数据还需要计算。一般假设未测斜段钻孔轨迹保持倾角和方位不变，即保持最后一个测斜数据中的倾角和方位不变。
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图1 钻孔测斜坐标计算原理简图
2.2 反演公式推导
2.2.1 终孔坐标计算
如图1，假设MN为一钻孔未测斜段。N点为终孔，坐标为Xn、Yn、Zn。M点为测斜最后一个点，坐标为 Xn-1、Yn-1、Zn-1。那么Xn= Xn-1+△X、Yn= Yn-1+△Y、Zn= Zn-1-△Z。
MN是空间线段。M点在与y坐标轴平行的垂直投影面P上，N点在水平投影面Q上，M点在Q平面上的投影为O。ON为MN的水平投影，ON方向为MN的方位，其方位角为γ，MN的倾角为β。过N点向P、Q两平面的交线引垂线，交于E点。OW方向为剖面的方位，其方位角为α。
ME为MN分解在P平面上的投影。这样一来，将线段MN分解为在垂直方向上的分量△Z(MO)，在y方向上的分量△Y(OE)和x方向上的分量△X(NE)。坐标系统如图1所示，即为CAD图中坐标(X、Y、Z)，对应测斜数据表为(-F列、E列、G列)。设线段MN的长度为l，即未测斜长，由图可得
终孔坐标为
Xn= Xn-1+ lcosβsinγ (1-5)
Yn= Yn-1+ lcosβcosγ (1-6)
Zn= Zn-1- lsinβ (1-7)
2.2.2 见煤或见岩点坐标计算
如图1，假设：A点为见煤或见岩点，其处于两个连续测斜点M、N中。N点坐标为Xn、Yn、Zn，M点坐标为 Xn-1、Yn-1、Zn-1。那么Xn= Xn-1+△X、Yn= Yn-1+△Y、Zn= Zn-1-△Z。MA长为两点孔深之差，即△l。
B点为A点在P平面上的投影；D点为A点在Q平面上的投影；C点为A点在z 轴上的投影，G点为A点在y轴上的投影。
三角形△MAC与△MNO等比例，则MC/MO＝MA/MN；MC＝MA*MO/MN，即MC＝△l*△Z/l。
同理可求得AB＝△l*△X/l，
CB＝△l*△Y/l。
则A点坐标为Xn-1+△l*△X/l (1-8)
Yn-1+△l*△Y/l (1-9)
Zn-1-△l*△Z/l (1-10)
3 制作测斜数据反演模板表
表格布局：第1、2行空置，第3行起A至G列放测斜表，第5行为孔口数据，第6行为第一个测斜点数据；H列填孔深；I列填剖面方位；J列和K列为终孔坐标(Xn、Yn)；L列为平面轨迹坐标，即在L5中输入=-F5&","&E5；M列为剖面轨迹，即在M6中输入= ROUND(SQRT(POWER(F6,2)+POWER(E6,2))*COS(I6-ATAN(-F6/E6))*1000,0)&","&G6*1000；N列空置，留作以后升级表格用；O列、P列填见煤、见岩数据；Q列、R列为见煤点、见岩点在剖面上的坐标，即在Q6输入= ROUND(-((O6-B6)/(B7-B6)*(F7-F6)+F6)*1000,0)&","&ROUND(((O6-B6)/(B7-B6)*(E7-E6)+E6)*1000,0)。
当然，各填入项中还应加入EXCEL条件判断函数，以便实现表格的自动计算。具体不再详述。
4 反演作图
4.1 平面作图反演
复制表中L列数据，到CAD中建一个新图，输入pline(多段线命令)后直接粘贴，就得到钻孔平面轨迹。然后将见煤、见岩数据用同样方法展到图中，并用线沿平面轨迹连接，就得到见煤段。将整个图选择带基点复制(一般选起点位置)，粘贴到目标图件中钻孔位置，就得到钻孔的平面轨迹。
4.2 剖面作图反演
与平面作图反演相同，将复制M列数据，在新图中输入pline(多段线命令)后直接粘贴，就得到钻孔剖面轨迹。然后将钻孔平面轨迹中见煤、见岩点投影到剖面轨迹中，并用线沿剖面轨迹连接，就得到见煤段。
将剖面轨迹复制，到到目标图件首先将世界坐标系改为视图坐标，再粘贴，就得到钻孔的剖面轨迹。最后根据需要调整剖面，补充钻孔孔号等信息。
5 结语
（1）运用快速反演技术，能在CAD图中实现自动生成钻孔平面轨迹和剖面轨迹，使反演时间由原来单孔半小时缩短至3分钟，加快钻孔成果研判，同时减少人工做图和劳动强度。特别是测斜数据越多，效果越明显。
（2）快速反演技术也能够实现实时反演，对长钻孔施工能起到指导作用，及时调整钻进，能取得较好的地质效果和经济效益。
（3）随着快速反演技术应用，使用过程中积累的资料和经验将促进该技术的进一步完善。
参考文献
[1] 杨雨松，刘娜编著.Auto CAD2006中文版实用教程[M].北京：化学工业出版社，2006．
[2] 杨起，韩德馨.中国煤田地质学（上册）[M].北京：煤炭工业出版社，1979.12：156-157．