回转钻进随钻测量装置数据处理软件设计.pdf

第 4 1卷 第 7期 2 0 1 5年 7月 工矿 自 动化 I n d u s t r y a n d M i n e Au t o ma t i o n V0 I ． 4 1 NO ． 7 J u 1 ．2 0 1 5 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 5 0 7 0 1 1 2 0 3 DOI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 5 ． 0 7 ． 0 2 8 黄麟森 ， 张先韬． 回转钻进随钻测量装置数据处理软件设计E J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 5 ， 4 1 7 1 1 2 1 1 4 ． 回转钻进随钻测量装置数据处理软件设计 黄麟 森 ， 张先韬 。 1 ． 中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆4 0 0 0 3 9 ； 2 ． 瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室 ， 重庆4 0 0 0 3 9 摘要 根 据 回转钻 进 随钻 测量装 置数 据 处理 软件 的作 用进 行 需求 分析 ， 详 细 阐述 了软 件 各项 功 能的 开发 需求 ； 根 据软 件 开发 需 求设计 了软 件功 能模 块 ， 阐述 了各 功 能模 块 的作 用 ， 绘制 了功 能开发 框 架 ； 根 据 需求和 开发框 架确 定数 据 处理 流程 。 实 际应 用 结果验 证 了该软 件 具有 良好 的性 能 。 关 键词 回转钻进 ；随钻 测 量 ；数据 处理 ；测孔 应 用 中图分 类号 TD 7 1 2 ． 6 3 文 献标 志码 B 网络 出版 时间 2 0 1 5 0 7 0 1 1 2 5 4 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 5 0 7 0 1 ． 1 2 5 4 ． 0 2 8 ． h t ml De s i g n o f d a t a pr o c e s s i ng s o f t wa r e o f me a s u r e me nt d e v i c e whi l e d r i l l i n g f o r r o t a r y d r i l l i ng HU ANG Li ns e n 一。 ZHA NG Xi a n t a o 。 1． CCTEG Cho ngq i n g Re s e a r c h I ns t i t u t e，Chon gq i n g 40 0 03 9，Ch i na；2． St a t e Ke y La b o r a t o r y o f Ga s Di s a s t e r M o n i t o r i n g a n d Eme r g e n c y Te c h n o l o g y，Ch o n g q i n g 4 0 0 0 3 9 ，Ch i n a Ab s t r a c t Re qu i r e me nt s a na l ys i s wa s c on du c t e d a c c o r di n g t o f u nc t i o n of d a t a pr o c e s s i ng s of t wa r e of m e a s u r e m e nt de v i c e wh i l e dr i l l i ng f o r r o t a r y d r i l l i ng，a n d s o f t wa r e de ve l op m e nt ne e ds of va r i o us f un c t i o ns we r e e l a bo r a t e d i n de t a i l s．Sof t wa r e m o du l e s we r e de s i g ne d a c c o r d i ng t o n e e d s of s o f t wa r e de ve l op m e nt ， f un c t i on s o f f un c t i on a l mod ul e s we r e e l a bo r a t e d a n d de ve l op m e nt f r a me wo r k wa s d r a wn， a nd da t a pr o c e s s i ng f l o w wa s a l s o d e t e r mi ne d a c c o r di n g t o ne e ds a nd d e v e l o pme n t f r a me wo r k． The pr a c t i c a l a pp l i c a t i o n r e s ul t s ve r i f y g o od p e r f o r m a nc e o f t he s of t wa r e． Ke y wo r ds r ot a r y dr i l l i ng； m e a s u r e me nt whi l e dr i l l i ng； da t a pr o c e s s i ng； a p pl i c a t i o n o n b o r e hol e s ur v e y i ng 0 引言 煤矿安全生产对煤矿 的信息化 、 自动化提 出了 更高的要求[ 1 。 ] ， 煤矿钻孔施工的控制和监测与煤矿 安全 生产 息息 相关 。煤 矿 瓦斯抽 采 孔 、 探 放 水孔 、 取 芯孔 、 穿层孔 、 电缆孔等多类钻孔施工对于煤矿安全 和建 设 至关重 要 ， 对钻 孔施 工轨 迹 进行监 测 ， 有 助于 提高钻孔成孔质量 。合理改进 和控制钻孔 施工方 法、 钻孔布局等 ， 可解决钻孔施 工存在 的一些 问题 ， 提高生产效率 ， 促进安全生产 ] 。 目前适用于定向钻进的钻孔轨迹测量装置 已经 较 为 成熟 [ 6 ≈ ] ， 但 在 回转 钻 进 的钻 孔 轨 迹 测 量 方 面 ， 尚处 于发展 阶段 。YC S Z A 随钻 测 量 装 置 是 一 套 适 用 于普 通 钻 机 回转 钻 进 施 工 的钻 孔 轨 迹 测 量 装 置， 主要包括测量探管、 时间记录仪 、 数据处理软件 、 数据线、 配套工具 、 无磁钻杆等 ， 适用于钻孔施工过 程中随钻测量 、 钻孔成孔后送钻测量等多种测量方 式。本文主要介绍 YC S Z A 随钻测量装置数据处 理软 件 的设计 。 1数 据处理 需 求 YC s Z A 随钻测量装置从钻孔内获取钻孔轨迹 收稿 日期 2 0 1 5 0 4 2 1 ； 修回 日期 2 0 1 5 0 5 1 5 ； 责任编辑 胡娴 。 基 金项 目 “ 十二五” 国家科技重 大专项项 目 2 0 1 1 Z X 0 5 0 4 1 0 0 2 。 作者简介 黄麟森 1 9 8 1 一 ， 男 ， 湖南郴 州人， 助理研 究员 ， 主要 研究方 向为钻孔机械 ， E - ma i l a s k 1 6 3 1 6 3 ． c o m。 2 0 1 5年 第 7期 黄 麟 森等 回转 钻进 随钻 测 量装 置数据 处理 软件 设计 l 1 3 点数据 ， 获取 的孔内测点数据包含倾 角、 方位、 弯头 、 记录时间、 温度、 数据校验等信息 。数据处理软件的 主要工作原理是通过时间比对筛选测点数据， 通过特 定算法计算可视化数值数据 ， 通过 C编程绘制 图形 并进行数据可视化处理。 数据处理软件的主要作用 ① 处理孔外设备采 点数据 ， 得到钻孔测点的深度 、 钻杆数 、 测量间距 、 有 效性 ， 并备注信 息等预处 理数据 ， 进行轻 度差错纠 正 。② 计算孔内设备采点数据 ， 由编码数据计算得 到可视化的倾角 、 方位 、 弯头等数据 ， 由计算结果可 检验采集点 的有 效性 ， 并检验设备 是否 出现故障 。 ③ 整合孔内测点数据和孔外预处理数据 ， 筛选钻孔 测点 ， 计算钻孔轨迹数据 。④ 绘制钻孔轨迹 图， 生 成钻孔设计数 据及 轨迹。⑤ 生成可视化钻孔数据 报告 ， 用电脑对设备进行时间校对 。 测孔数据处理的主要需求 1 数据 预处理 。预处理 需要 实现 的基本功 能 ① 钻 孔 施工 参数 的设 置 。施 工 参 数包 括 钻 杆 长 度、 测量间距、 地磁偏 角。② 钻 孔识别 。根据时 间 记 录仪采集到的数据识别 钻孔 编号 ， 根据设 置好 的 钻孔参数信息对钻孔进行识别和处理 ， 计算 出孔深 、 钻杆 数量 等基本信 息。③ 钻 孔测 量参数 的修正 。 钻孔识别完毕后可以根据现场施工实际情况或后期 测点数据识别情况适当调整和修 正数据 点， 测 量参 数 包 括测 点孔 深 、 测 点 是 否 有 效 、 测 点 地 质 情 况 、 测 点施工信息等备注信息 ， 以补救操作失误 、 遗漏采集 等原 因造 成 的错误 。 2 数据筛选。主要实现测量探管 自动采集数 据与时间记录仪采集测点数据的 比对功 能， 比对结 果即为钻孔轨迹的实际测点数据 。 3 采集数据计算 。主要实现数据计算功能 ， 根据采集 的结果计算测点倾角 、 方位 、 弯头、 温度等 数据 。 4 钻孑 L 轨迹数据计算 。根据测点的角度数据 和孔深信息 ， 计算各钻孔的轨迹数据 ， 计算结果包括 水平深度 、 上下偏差 、 左右偏差 。 5 钻孔轨迹绘制 。根据钻孔轨迹数 据绘制各 个 钻 孔 的轨迹 图 ， 包 括 左 右 轨 迹 图 、 上下 轨 迹 图 、 钻 孔三维轨迹 ， 选择性绘制设计轨迹 、 实际开孔参数预 测直线轨迹 ， 选择性绘制顶底板。 6 数据可视化 。可以在 软件 中查看 时间记录 仪 的数据 、 测量探管采集的全部数据点 的可阅数据 、 预处理完毕的数据 、 轨迹数据 、 顶底板数据 、 直线设 计 数 据 、 开孔 参数 预测 直 线轨迹 数 据等 。 7 时间校对。可在计算机端对时间记录仪进 行时间校准操作 ， 使 时间记录仪设备运行时间为现 实 时间 。 8 数据 报告创 建 。将各 个 钻孔 测 量数 据 单独 生成 P D F格式的数据报告 ， 用来整理、 查看 、 存档各 钻孔 施工 信息 。 9 帮助。将软件操作方法、 流程等以可阅形 式添 加 进 软 件 里 面 ， 要 求 帮 助 文 件 不 使 用 任何 第三 方 阅读 器 ， 可 以移动 到任 意位 置查看 。 2功能 设计 数据处理软件采用模块化设计， 方便代码和功 能重 用 ， 下面介 绍详 细 的功能 设计 及开 发过程 。 数 据预 处 理 模块 实现 孔 外设 备 采 点数 据 的预 处理 。时间记录仪仅采集孔 号、 测点序号、 时间、 温 度、 有效性数据， 需要配合钻杆长度 、 测量 间距计算 钻孔施工数据 ， 并对数据进行部分编辑 ， 以有效处理 测点不均匀、 钻杆 长度不相等、 采 点错误 多采 、 漏 采 、 误操作等 、 施工信息备注等情况 。该模块需要 具备参数设置、 数据计 算、 手动编辑功 能。参 数设 置 配置施工使用 的钻杆长度 、 测孔使用 的测 量间 距 、 后面数据计算需要使用的磁偏角 ， 并提供参数查 看功 能 。数据 计算 根据 配置 参数 ， 联合 时 间记 录仪 记录的数据 ， 计算包含钻孔名称 、 采点深度、 测量间 距 、 钻杆数量 、 时间、 备注等信息 的各个 钻孔 的预处 理数据 。手动编辑 根据现场施工的实 际情况选择 性修 改采 点数 据 ， 可 修 改 的 内容 包 括 孑 L 名 、 孔 深 、 单 次测量间距 、 单次钻杆长度 、 备注 。 数据计算模块 实现探管孔内采点数据的转换、 数值数据计算 ， 分为 2 个部分。① 探管采点数据转 换 探管采集数据为特定编码格式 的结果 ， 该部分需 对其进行解码操作并采用特定算法计算 出倾角、 方 位 、 弯头、 检验值 ， 通过计算结果可知采点角度信息、 采点数据是否可用 、 探管设备是否故障。② 钻孑 L 轨 迹数据计算 钻孔轨迹数据包 括水平深度 、 左右偏 差 、 上下偏差 ， 需通过测点的倾角 、 方位 、 孔深根据特 定公式计算 ， 计算结果为轨迹曲线 的数据点数值 。 数据筛选模块 实现钻孔有效测点的筛选。探 管 自动采点但是并不知道是否为有效 的测点 ， 时间 记录仪手动采点确定有效测点采集 的时 间， 通过筛 选功能 ， 从探管采点数据中找出钻孔的有效测点 ， 用 来计算钻孔测量轨迹。 绘图模块 实现各个钻孔轨迹图的动态绘制和 显示 ， 包括平面图绘制和三维图绘制。 时间校对模块 实现计算机与时间记录仪的时 间校准功能。由于时钟芯片和电池等 的参数差异 ， 1 1 4 工矿 自动 化 2 0 1 5年 第 4 1卷 设备需要进行时间校对 ， 保证时间记录仪和探管设 备与北京时间一致 。时间校对使用 串 口通信 ， 软件 获取计算机的实时时间并将时间值通过串口传递给 时 间记 录仪 。 数据报告模块 实现可视化、 标准化数据文档的 生成 。数据报告使用 P DF格式 ， 可有效防止篡改 ， 使用 S h a r p P D F控件建立标准化模板 ， 填充固定模 块 的数 据后 可 自动生 成标 准文 档 。 根据需求和功能设计 ， 绘制软件功能开发框架 ， 如 图 1所示 。 数据预处理卜 _ H 自动计算H自 动匹配计算各个钻孔 手动修正 数据筛选 H匹配测蠡点 数据 计算 i 匝囹匝圃i i ；[亟口[圈j 昏垂 区囹匹 i f ． ． ． 一 ． ． ． j 数 据 可 视 化 图 1软 件 功 能 开 发 框 架 根据软件需求和开发框架 ， 确定数据处理流程 ① 处理时间记录仪采集的数据和探管采集 的数据 ， 2个数据文件可 以同时进行 ， 不分先后 。② 进行数 据 筛选 ， 获取钻孔测 点数据 。③ 计算钻孔 轨迹数 据。④ 计算设计轨迹数据 ， 需要提供设计倾角、 设 计方位 。⑤ 绘制钻孑 L 轨迹图形 ， 整合显示钻孑 L 轨迹 数据 、 设计数据、 轨迹图 。⑥ 数据输出， 保存轨迹数 据、 设计数据 、 钻 孔轨迹 图。数 据处 理流程 如 图 2 所 示 。 3 结语 回转钻进随钻测量装置数据处理软件为钻孔轨 迹测量及其数据可视化、 标准化提供 了一个 良好的 工 具和平 台， 对煤矿施工和煤矿钻探相关工作起到 图 2数 据 处 理 流 程 了一定的作用 ， 可 以促进煤矿信息化 、 自动化建设。 目前该软件已应用 于晋煤集 团寺河矿、 潞安集 团古 城 矿 、 松藻 煤 电石壕 矿 等多个 煤 矿 的探放 水孔 、 穿 层 孔 、 瓦斯抽采孔 、 电缆孔 等多类钻孔 的施工轨迹 测 量 ， 应用效果 良好。 参考文献 孙继平． 煤矿信 息化与 自动化发展趋势 [ J ] ． 工矿 自动 化 ， 2 0 1 5 ， 4 1 4 1 - 5 ． 孙继平． 煤 矿监控新 技术 与新 装备 [ J ] ． 工 矿 自动 化 ， 2 0 1 5，4 1 1 1 - 5 ． 孙继平． 安 全高效矿井监控关键技术研 究[ J ] ． 工矿 自 动 化 ， 2 O 1 2， 3 8 1 2 1 5 ． 胡小林 ， 黄 麟森 ， 王清峰 ． 煤矿井下 随钻测量 技术 的应 用研究[ J ] ． 矿冶， 2 0 1 2 ， 2 1 4 8 9 9 2 ． 黄麟森 ， 曾来． 煤矿井下 定 向钻进 新技 术口] ． 煤 炭 科 学技术 ， 2 0 1 0 ， 3 8 4 8 2 8 5 ． 黄麟 森 ， 刁 文庆 ， 王 清峰． 钻 杆通 信 系统 模 型与 仿 真 [ J ] ． 地质装备 ， 2 0 0 9 ， 1 0 5 2 3 2 5 ． 王清峰 ， 黄麟森． 基 于外部供 电 的矿 用随 钻测 量装 置 研究及应用[ J ] ． 煤炭科 学技 术 ， 2 0 1 3 ， 4 1 3 1 2 1 5 ． 孙荣军． 煤 矿井 下随钻测量技术及钻孑 L 轨迹 数据处 理 方法研究I - D ] ． 西安 煤炭科 学研究 总 院西 安研 究 院， 20 09 ． 刘亚秋 ， 粱心东 ， 蒋力 ， 等 ． C程序设 计与应 用 E M] ． 北京 电子工业 出版社 ， 2 0 0 2 ． 王吴亮 ， 李刚． V i s u a l C程序设计 教程E M] ． 北京 清 华大学 出版社 ， 2 0 0 3 ． 郭 胜 ， 秦 岸 ， 马 丽． C． NE T 程 序 设 计 教 程 [ M] ． 北京 清华大学 出版社 ， 2 0 0 2 ． 算一 一 算 计一 一 计 据一 一 据 数一 一 数 集一 一 迹 采一 一 轨 ] ] ] ] ] ] ] ] ] ] ] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 “ [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ ～一 一 一 一 一 薹