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基于Excel和CAD软件的钻孔轨迹反演新方法

发表时间：2020/6/15 来源：《基层建设》2020年第6期作者：张振林

[导读] 摘要：传统的轨迹反演技术为人工反演，即手工在CAD图纸上按方位角、倾角数据画线段，时费时费力；本文介绍一种新方法，即利用Excel表格编辑公式，自动计算出钻孔各测点的坐标，并将各点的坐标用CAD软件的自动展点功能，最终实现了钻孔由测斜数据到反演分析智能化成图功能，方便、高效进行钻孔轨迹反演，这种新方法节省了人力资源和提高了工作效率。

        淮南矿业（集团）有限责任公司谢桥煤矿安徽颍上 236221
        摘要：传统的轨迹反演技术为人工反演，即手工在CAD图纸上按方位角、倾角数据画线段，时费时费力；本文介绍一种新方法，即利用Excel表格编辑公式，自动计算出钻孔各测点的坐标，并将各点的坐标用CAD软件的自动展点功能，最终实现了钻孔由测斜数据到反演分析智能化成图功能，方便、高效进行钻孔轨迹反演，这种新方法节省了人力资源和提高了工作效率。
        关键词：钻孔轨迹；反演；Excel；CAD
        矿井生产过程中，工作面局部地质变化常常引发误揭煤层、误揭构造的现象，极易造成瓦斯异常涌出、工作面异常出水等安全事故。为了摸清工作面的局部地质变化情况，矿井地质部门常用井下钻探这一直接快速的手段进行探测工作。在钻孔施工过程中，由于煤岩层赋存情况变化、岩性变化、施工工艺等原因，导致钻孔偏移设计轨迹，目前通常施工的单点式井下测斜仪来进行钻孔轨迹测量，测量出的数据为每个测点号的方位角和倾角。
        由于传统的轨迹反演方法为人工反演，即手工在CAD图纸上按方位角、倾角数据画线段，时费时费力；本方法实现了钻孔由测斜数据到反演分析智能化成图功能，方便、高效进行钻孔轨迹反演，节省了人力资源和提高了工作效率。
        1 指定坐标系
        （1）在剖面图上反演时，指定坐标系1，即开孔位置为坐标原点，钻孔施工方向为X轴，标高为Y轴，如图1所示。

                图1 坐标系1（剖面图）
        （2）在平面图上反演时，指定坐标系2，即开孔位置为坐标原点，钻孔设计方位右偏45°为X轴，钻孔设计方位左偏45°为Y轴，如图2所示。

                 图2 坐标系2（平面图）
        2 编辑Excel表格公式，计算各测点坐标[1]
        （1）在剖面图上反演时，编写各测点坐标的计算公式，如下：
        X剖=COS(倾角)*(测点位置-上一个测点位置)+上一个测点X剖；
        Y剖=SIN(倾角)*(测点位置-上一个测点位置)+上一个测点Y剖。
        （2）在平面图上反演时，编写各测点坐标的计算公式，如下：
        X平=SIN(方位角-设计方位+45)*(X剖-上一个测点X剖)+上一个测点X平；
        Y平=COS(方位角-设计方位+45)*(X剖-上一个测点X剖)+上一个测点Y平。
        （3）各测点坐标用（X，Y）形式表示，输入如下公式：
        坐标=X&","&Y
        公式运算结果见表1。
        表2 测点坐标公式计算结果表

        3 用CAD软件的自动展点功能，自动成图
        （1）选中Excel表格“X,Y”一列的数据，右键复制数据，如图3。

                                           图3
        （2）在CAD图中，点击多段线，右键粘帖[2]，测斜轨迹多段线即自动绘制完毕，效果图见如图4、图5。

                                         图4

                                           图5
        4 结束语
        本方法提供了的井下钻孔反演的一种快速方式，通过对井下钻孔的反演，并结合钻孔实见地质信息，进一步精确反演出每一钻孔煤层真实的空间分布形态，并根据煤层位置及厚度、岩层分界等信息重构控制区域内的地层及构造特征，对可能存在的断层等地质构造异常提出预测，为巷道掘进施工单位安全生产提供指导。
        传统手工反演钻孔测斜资料是一项非常繁琐的工作，不仅速度慢，效率低，花费工程技术人员大量的精力和时间，而且不同技术水平的技术人员绘图质量也存在着较大的差异。本方法实现了钻孔由测斜数据到反演分析智能化成图功能，方便、高效。
        参考文献：
        [1] 《随身查——Excel函数与公式综合应用技巧》，人民邮电出版社，2010.1。
        [2] 《AUTO CAD 2014中文版基础教程》，中国青年出版社，2014.1。
        作者简介：张振林（1987-），男，安徽亳州人，2009年毕业于山东科技大学地质学院地质工程专业，工程师，从事煤矿地质、防治水工作。