陳澤平，閆保永,3，王國(guó)震，張先韜

(1.瓦斯災(zāi)害監(jiān)控與應(yīng)急技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400037； 2.中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶 400039；3.西南石油大學(xué)，四川 成都 610500)

煤炭是我國(guó)的主體能源，是國(guó)家經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展的基礎(chǔ)和能源戰(zhàn)略安全的重要保障[1]。我國(guó)煤礦以地下開(kāi)采為主，煤層賦存條件復(fù)雜，普遍存在瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出、突水等安全風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，嚴(yán)重威脅煤礦井下生產(chǎn)人員的生命安全[2-3]。煤礦井下隨鉆測(cè)量鉆進(jìn)技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)和顯示鉆孔軌跡參數(shù)，控制實(shí)際鉆孔軌跡沿著設(shè)計(jì)軌跡或目標(biāo)地層鉆進(jìn)，還可以進(jìn)行多分支鉆孔，具有鉆進(jìn)距離遠(yuǎn)、效率高、成本低、可集中抽采、一孔多用、超前災(zāi)害防治等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于煤礦井下瓦斯抽采、探放水、注漿防滅火、防突泄壓、地質(zhì)勘探等災(zāi)害防治領(lǐng)域[4]。隨鉆測(cè)量技術(shù)有效解決了傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝技術(shù)鉆孔深度淺、軌跡不可控、存在瓦斯抽采空白帶等問(wèn)題，是煤礦井下鉆探技術(shù)由“軌跡不可控”到“精確定向”的關(guān)鍵技術(shù)。

自2003年引進(jìn)國(guó)外隨鉆測(cè)量技術(shù)與裝備以來(lái)，我國(guó)科研人員圍繞定向鉆探技術(shù)發(fā)展前沿，結(jié)合國(guó)內(nèi)煤礦實(shí)際需求，展開(kāi)了多年持續(xù)攻關(guān)，研發(fā)了多項(xiàng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的重大技術(shù)成果，打破了國(guó)外技術(shù)壟斷，成功實(shí)現(xiàn)了由技術(shù)引進(jìn)、跟跑到超越的重大進(jìn)步，有效提升了我國(guó)煤礦井下鉆探技術(shù)裝備及災(zāi)害防治水平。

2020年3月，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、國(guó)家能源局等八部委聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》提出：推進(jìn)科技創(chuàng)新，提高智能化技術(shù)與裝備水平，重點(diǎn)突破精準(zhǔn)地質(zhì)探測(cè)、重大危險(xiǎn)源智能感知與預(yù)警、煤礦機(jī)器人等技術(shù)與裝備[2]。2021年12月，中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)印發(fā)《煤炭工業(yè)“十四五”安全高效煤礦建設(shè)指導(dǎo)意見(jiàn)》，提出加快智能化核心技術(shù)裝備研發(fā)，重點(diǎn)突破精準(zhǔn)地質(zhì)探測(cè)、煤巖識(shí)別、透明地質(zhì)等智能化技術(shù)與裝備，深化煤礦重大災(zāi)害防治，提升煤礦安全保障能力[3]。要實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)，需要進(jìn)一步提升煤礦井下隨鉆測(cè)量技術(shù)水平，為實(shí)現(xiàn)煤礦的信息化、智能化提供大量基礎(chǔ)支撐數(shù)據(jù)。因此，筆者系統(tǒng)闡述我國(guó)煤礦井下隨鉆測(cè)量技術(shù)的發(fā)展歷程、典型成果和技術(shù)現(xiàn)狀，指出實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題，并圍繞煤礦災(zāi)害防治智能鉆探需求，提出“近鉆頭隨鉆測(cè)量”“定向長(zhǎng)鉆孔+地質(zhì)參數(shù)”“定向長(zhǎng)鉆孔+瓦斯參數(shù)”等隨鉆測(cè)量新技術(shù)將成為煤礦井下隨鉆測(cè)量技術(shù)的重點(diǎn)研究方向。

1 隨鉆測(cè)量技術(shù)原理

1.1 隨鉆測(cè)量系統(tǒng)組成

煤礦井下隨鉆測(cè)量系統(tǒng)主要用于鉆孔軌跡參數(shù)測(cè)量，主要由采集、通信、顯示等部分組成，如圖1所示。采集部分由各種安裝在鉆頭后方的鉆桿或無(wú)磁鉆桿內(nèi)的傳感器組成，用于測(cè)量孔內(nèi)各類(lèi)數(shù)據(jù)，主要包括鉆孔軌跡參數(shù)(傾角、方位、工具面向角)、地質(zhì)信息參數(shù)(方位伽馬、電阻率、中子孔隙數(shù)據(jù)等)、工程參數(shù)(振動(dòng)、鉆壓、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、溫度等)等數(shù)據(jù)[5]；通信部分主要是將孔底測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)有線或無(wú)線的方式傳輸至孔口儀器；顯示部分將對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)分析處理后，通過(guò)電腦顯示出來(lái)。

圖1 隨鉆測(cè)量系統(tǒng)組成

1.2 隨鉆測(cè)量技術(shù)類(lèi)型

隨鉆測(cè)量按照信息傳輸方式可分為有線、無(wú)線兩大類(lèi)。有線傳輸主要是采用通纜鉆桿，無(wú)線傳輸主要有泥漿脈沖、電磁波、聲波、智能鉆桿、光纖等技術(shù)[5-6]。其中，泥漿脈沖式和電磁波技術(shù)較為成熟，主要應(yīng)用于石油和天然氣鉆探領(lǐng)域，近年來(lái)開(kāi)始在煤礦井下應(yīng)用；聲波通信傳輸速率高，但鉆桿對(duì)聲波的衰減比較大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，目前還未見(jiàn)其在煤礦井下應(yīng)用的相關(guān)報(bào)道;智能鉆桿、光纖數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃夹g(shù)目前尚處于理論研究階段[7]。

2 煤礦井下隨鉆測(cè)量技術(shù)發(fā)展歷程與現(xiàn)狀

目前，煤礦井下隨鉆測(cè)量技術(shù)主要有存儲(chǔ)式測(cè)量、有線傳輸測(cè)量和泥漿脈沖無(wú)線隨鉆測(cè)量技術(shù)，電磁波隨鉆測(cè)量處于應(yīng)用推廣階段。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，國(guó)內(nèi)已經(jīng)形成了以中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“重慶研究院”)ZSZ系列、中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“西安研究院”)YHD系列等礦用有線或無(wú)線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，相關(guān)技術(shù)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)或領(lǐng)先水平，均得到廣泛推廣應(yīng)用，為煤礦井下安全生產(chǎn)提供了技術(shù)與裝備保障。

2.1 存儲(chǔ)式測(cè)量技術(shù)

存儲(chǔ)式測(cè)量技術(shù)通過(guò)置于孔內(nèi)的測(cè)量?jī)x器采集鉆孔軌跡參數(shù)、地質(zhì)參數(shù)等數(shù)據(jù)，保存在專(zhuān)用的存儲(chǔ)器中，在完孔后取出并通過(guò)計(jì)算機(jī)、平板電腦、手機(jī)等設(shè)備將數(shù)據(jù)讀出，并采用專(zhuān)用軟件對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理后顯示實(shí)際鉆孔軌跡。該技術(shù)解決了傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝技術(shù)鉆孔軌跡無(wú)法實(shí)時(shí)測(cè)量和顯示的問(wèn)題，為后續(xù)補(bǔ)孔或布孔提供了重要參考。測(cè)量方式分為隨鉆測(cè)量和退鉆后使用鉆桿推送方式進(jìn)行測(cè)量2種。

20世紀(jì)40到50年代，美國(guó)等國(guó)開(kāi)發(fā)了存儲(chǔ)器式鉆孔測(cè)斜儀，采用鋼繩或鉆桿直接把測(cè)斜儀送進(jìn)或提離所測(cè)鉆孔。1990年代，為滿(mǎn)足國(guó)家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展需要，在國(guó)家的扶持下，隨著單點(diǎn)定向測(cè)斜儀、多點(diǎn)連續(xù)測(cè)斜儀、陀螺測(cè)斜儀、有線隨鉆測(cè)斜儀、無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀等系列成果相繼研制成功，我國(guó)鉆孔測(cè)量技術(shù)得到了很大的發(fā)展。21世紀(jì)以來(lái)，激光陀螺、光纖加速度計(jì)、光纖陀螺等測(cè)斜儀的研制成功，進(jìn)一步提高了測(cè)斜儀的適用性和測(cè)量精度，減小了儀器的體積[8]。

目前，煤礦井下大部分均采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝進(jìn)行鉆孔作業(yè)，存儲(chǔ)式測(cè)量技術(shù)應(yīng)用十分普遍。結(jié)合伽馬探測(cè)、電法探測(cè)、電磁波探測(cè)等物探新技術(shù)，可以通過(guò)鉆孔測(cè)量得到鉆孔周?chē)刭|(zhì)、水文等信息，進(jìn)一步拓展了測(cè)斜儀的應(yīng)用范圍。

2.2 有線隨鉆測(cè)量技術(shù)

有線隨鉆測(cè)量技術(shù)是指以通纜鉆桿作為通信載體，將孔底MWD數(shù)據(jù)上傳到孔口或地面解碼系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鉆孔軌跡等參數(shù)的隨鉆測(cè)量，這種方式有利于實(shí)時(shí)對(duì)鉆孔軌跡進(jìn)行修正。有線隨鉆測(cè)量技術(shù)解決了存儲(chǔ)式測(cè)量技術(shù)不能實(shí)時(shí)測(cè)量和顯示、軌跡不可控等問(wèn)題，是煤礦井下鉆探技術(shù)由“軌跡不可控”到“精確定向”轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵，是隨鉆測(cè)量技術(shù)發(fā)展的重大進(jìn)步。

2003年，山西亞美大寧礦率先引進(jìn)了澳大利亞VLD-1000型千米定向鉆機(jī)，配套DDM-MECCA隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，傾角測(cè)量精度±0.2°，方位角測(cè)量精度±0.5°，采用一次性鋰電池筒供電方式，電池使用周期8～10周。2003—2009年期間，施工鉆孔1 848個(gè)，最大鉆孔深度1 002 m，總進(jìn)度110 km，累計(jì)抽采瓦斯純量達(dá)到7.08億 m3，井下瓦斯抽放率達(dá)到了80%以上，有效杜絕了瓦斯事故的發(fā)生[9]。該鉆機(jī)的引進(jìn)具有標(biāo)志性意義，促進(jìn)了我國(guó)煤礦隨鉆測(cè)量技術(shù)與裝備的快速發(fā)展。

2005年，西安研究院在借鑒澳鉆隨鉆測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制了YHD1-1000(A)有線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，系統(tǒng)采用孔內(nèi)電池供電方式，但在使用過(guò)程中，存在信號(hào)傳輸強(qiáng)度低、傳輸不穩(wěn)定、電池更換成本高等問(wèn)題[4]?！笆晃濉逼陂g，重慶研究院王清峰等首創(chuàng)了基于探管孔外供電技術(shù)的煤礦井下ZSZ1000隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，采用電流環(huán)技術(shù)和信號(hào)自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量信號(hào)和供電電流共線傳輸，解決了孔內(nèi)電池供電存在的信號(hào)穩(wěn)定性差、故障判斷困難、電池更換成本高等問(wèn)題。ZSZ1000礦用隨鉆測(cè)量系統(tǒng)如圖3所示。該系統(tǒng)在工業(yè)性試驗(yàn)中完成主孔深度超過(guò)1 000 m的鉆孔3個(gè)，鉆孔效率提高10%以上[10-11]。該測(cè)量系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：①采用孔外供電方式，探管工作時(shí)間不受限制，提高了鉆進(jìn)效率；②信號(hào)穩(wěn)定，測(cè)量精度高，傾角-90°～+90°(±0.2°)，方位角及工具面向角0°～360°(±1.5°)；③安全環(huán)保，使用成本低，單套每年可節(jié)省電池成本約25萬(wàn)元[11]。

圖2 基于孔外供電技術(shù)的ZSZ1000礦用隨鉆測(cè)量系統(tǒng)

張先韜等[12]基于復(fù)合誤差補(bǔ)償方法，研發(fā)了ZSZ1500隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，并將測(cè)量精度提高近1倍。探管孔外供電技術(shù)是煤礦井下隨鉆測(cè)量技術(shù)發(fā)展的標(biāo)志性成果，為煤礦井下有線隨鉆測(cè)量技術(shù)的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。“十三五”期間，重慶研究院研發(fā)了ZKGM1000礦用自然伽馬隨鉆測(cè)量裝置，西安研究院研制了基于方位自然伽馬的礦用有線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)[13]，均可用于指導(dǎo)隨鉆煤巖識(shí)別，提高煤層鉆遇率，識(shí)別范圍0.5 m以?xún)?nèi)。

有線隨鉆測(cè)量技術(shù)是目前煤礦井下應(yīng)用最為廣泛和成熟的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，在煤礦井下瓦斯災(zāi)害防治、水害治理、地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)、沖擊地壓防治等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。但在實(shí)際應(yīng)用中，還存在以下問(wèn)題：①通纜鉆桿結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工工藝嚴(yán)格，生產(chǎn)和使用成本高；②電纜接頭易磨損，通信效果受鉆桿密封效果影響較大；③相較于常規(guī)鉆桿外壁薄、強(qiáng)度低、抗轉(zhuǎn)矩能力弱，一般適用于滑動(dòng)定向鉆進(jìn)工藝，不適用于復(fù)合定向鉆進(jìn)工藝，限制了其更大規(guī)模的推廣應(yīng)用。

2.3 泥漿脈沖無(wú)線隨鉆測(cè)量技術(shù)

泥漿脈沖數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)是在石油領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的數(shù)據(jù)傳輸方式，該技術(shù)以壓力脈沖為信號(hào)載體，以鉆柱內(nèi)沖洗液為信號(hào)傳輸通道，向孔口傳輸孔內(nèi)測(cè)量數(shù)據(jù)。近年來(lái)，為了解決煤礦井下有線隨鉆測(cè)量技術(shù)存在的鉆具成本高、工藝適用性差等問(wèn)題，泥漿脈沖無(wú)線傳輸技術(shù)被引入到煤礦井下。由于井下防爆要求、鉆具直徑小、泵量小、工藝特點(diǎn)等因素，不能夠直接進(jìn)行應(yīng)用，需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善。

“十三五”期間，重慶研究院研發(fā)了ZSZ2000泥漿脈沖無(wú)線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)(見(jiàn)圖3)，可與常規(guī)普通鉆桿配套使用，適用于定向鉆進(jìn)、復(fù)合鉆進(jìn)工藝，是煤礦井下隨鉆測(cè)量技術(shù)的一次重大技術(shù)進(jìn)步。該系統(tǒng)采用孔內(nèi)充電電池筒供電，連續(xù)工作時(shí)間可達(dá)20 d以上，測(cè)量精度達(dá)到了有線隨鉆測(cè)量技術(shù)同等技術(shù)水平，適用鉆桿直徑大于等于73 mm，具有測(cè)量精度高、性能可靠、信號(hào)穩(wěn)定、測(cè)量快速等特點(diǎn)[14-15]，近年來(lái)在井下得到大量推廣應(yīng)用。

圖3 ZSZ2000礦用泥漿脈沖無(wú)線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)

與有線隨鉆測(cè)量技術(shù)相比，泥漿脈沖無(wú)線隨鉆測(cè)量技術(shù)傳輸距離更遠(yuǎn)，可采用常規(guī)鉆桿，鉆具成本低、強(qiáng)度高、工藝適用性好。但泥漿數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)傳輸速率低，單次測(cè)量時(shí)間需要2 min左右，在一定程度上對(duì)鉆進(jìn)效率有所影響，且測(cè)量?jī)x器采用電池筒供電和間歇工作模式，不能滿(mǎn)足鉆探施工長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量和實(shí)時(shí)傳輸?shù)男枰?/p>

2.4 電磁波無(wú)線隨鉆測(cè)量技術(shù)

電磁波傳輸技術(shù)是利用電磁波作為媒介，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸，主要由孔內(nèi)測(cè)量?jī)x器和孔口接收裝置組成，測(cè)量原理如圖4所示。該技術(shù)不依賴(lài)通纜鉆桿和流體介質(zhì)，具有傳輸速率高，可用于氣體鉆進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)，在石油領(lǐng)域應(yīng)用成熟，最大垂直傳輸深度可到3 000 m以上，是近年來(lái)煤礦井下無(wú)線隨鉆測(cè)量技術(shù)的研究熱點(diǎn)之一[16-17]。

圖4 煤礦井下電磁波無(wú)線隨鉆測(cè)量原理

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)王家豪等基于經(jīng)典電磁理論，建立了井下EM-MWD電磁傳輸信道模型，結(jié)合煤層及煤層圍巖電性，運(yùn)用等效傳輸線法，計(jì)算了孔口接收電極間信號(hào)電壓，包括煤巖層導(dǎo)電性、發(fā)射信號(hào)頻率、鉆桿電阻率、鉆桿長(zhǎng)度對(duì)接收信號(hào)電壓的影響規(guī)律[16]?！笆濉逼陂g，重慶研究院研發(fā)了電磁波無(wú)線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)[17]，傾角測(cè)量精度-90°～+90°(±0.2°)，方位角及工具面向角測(cè)量精度0°～360°(±1.0°)。該系統(tǒng)利用礦用鉆桿和地層作為無(wú)線信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?，不依?lài)通纜鉆桿，可采用空氣鉆進(jìn)工藝，為我國(guó)碎軟煤層定向鉆孔提供了新的技術(shù)方法。

電磁波隨鉆測(cè)量傳輸速率可達(dá)50 bit/s，可實(shí)現(xiàn)復(fù)合鉆進(jìn)工藝提高鉆進(jìn)效率，針對(duì)松軟破碎煤層鉆進(jìn)、氣動(dòng)螺桿鉆進(jìn)等工況具有顯著優(yōu)勢(shì)，但由于煤礦井下防爆要求，功率受限，接收信號(hào)易受地層及周邊設(shè)備電磁干擾，井下傳輸距離有限，一般適用于500 m以?xún)?nèi)的定向鉆孔施工。

3 展望

多年來(lái)，我國(guó)煤礦井下隨鉆測(cè)量技術(shù)及測(cè)量?jī)x器的研究取得了一系列原創(chuàng)性成果，為我國(guó)煤礦井下災(zāi)害防治做出了重要貢獻(xiàn)。但與石油領(lǐng)域先進(jìn)的多參數(shù)隨鉆測(cè)量技術(shù)相比，煤礦井下隨鉆測(cè)量技術(shù)目前只能測(cè)量鉆孔軌跡、伽馬等基本參數(shù)，功能有所欠缺。當(dāng)前，國(guó)家大力推進(jìn)煤礦智能化發(fā)展，筆者基于新形勢(shì)下智慧礦山、透明礦井建設(shè)需求，借鑒石油領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)，圍繞煤礦災(zāi)害防治智能鉆探技術(shù)前沿，以提升鉆孔精確度、降低鉆探施工風(fēng)險(xiǎn)、提高煤礦災(zāi)害防治水平為目的，提出以下關(guān)于隨鉆測(cè)量技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及建議：

1)近鉆頭軌跡及工程參數(shù)隨鉆測(cè)量技術(shù)

現(xiàn)有煤礦井下隨鉆測(cè)量以鉆孔軌跡參數(shù)為主，數(shù)據(jù)類(lèi)型單一，且數(shù)據(jù)測(cè)量嚴(yán)重滯后。亟待研究工程參數(shù)隨鉆測(cè)量技術(shù)，如鉆壓、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、環(huán)空壓力、溫度等參數(shù)的測(cè)量，以綜合評(píng)價(jià)孔內(nèi)工況，為鉆進(jìn)工藝參數(shù)自主調(diào)整和優(yōu)化提供依據(jù)；研究近鉆頭隨鉆測(cè)量及數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，研制?73/?89 mm小型化近鉆頭測(cè)量?jī)x器，解決受限空間及強(qiáng)振動(dòng)條件下測(cè)量?jī)x器結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度、測(cè)量精度和穩(wěn)定性等問(wèn)題，為鉆孔高效精準(zhǔn)施工和煤礦災(zāi)害精準(zhǔn)防治提供技術(shù)基礎(chǔ)。

2)“定向長(zhǎng)鉆孔+地質(zhì)參數(shù)”隨鉆測(cè)量技術(shù)

“定向長(zhǎng)鉆孔+地質(zhì)參數(shù)”是將定向鉆探和孔內(nèi)物探相融合的超前探測(cè)新技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)“鉆+探”一體化，具有遠(yuǎn)距離定向鉆孔和地質(zhì)參數(shù)探測(cè)平行作業(yè)的突出優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)煤礦井下異常地質(zhì)災(zāi)害的超前精準(zhǔn)防治，也可為智能鉆探和透明礦井建設(shè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。地質(zhì)參數(shù)探測(cè)可采用自然伽馬和方位伽馬、鉆孔地質(zhì)雷達(dá)等技術(shù)，前者目前已在煤礦井下應(yīng)用，但仍需要解決近鉆頭測(cè)量、探測(cè)距離和探測(cè)精度等問(wèn)題；鉆孔地質(zhì)雷達(dá)隨鉆超前探測(cè)技術(shù)在石油領(lǐng)域應(yīng)用成熟，探測(cè)深度可達(dá)30～50 m、分辨率可以達(dá)到亞米級(jí)[18]，數(shù)據(jù)量可達(dá)2 000 B以上，若應(yīng)用到煤礦井下，還需要重點(diǎn)從鉆孔地質(zhì)雷達(dá)的小型化、抗干擾、防爆設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)确矫嬷盅芯俊?/p>

3)“定向長(zhǎng)鉆孔+瓦斯參數(shù)”隨鉆測(cè)量技術(shù)

“定向長(zhǎng)鉆孔+瓦斯參數(shù)”隨鉆測(cè)量技術(shù)是定向鉆探和孔內(nèi)瓦斯含量快速測(cè)定技術(shù)相結(jié)合的新技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)“鉆+測(cè)”一體化，為煤礦井下智能鉆孔設(shè)計(jì)、瓦斯抽采效果評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)。目前，瓦斯參數(shù)測(cè)定主要依托DGC、SDQ、密閉保壓取樣后在地面進(jìn)行解析，測(cè)定時(shí)間達(dá)8 h[19]，在隨鉆瓦斯測(cè)定領(lǐng)域還處于技術(shù)空白。需要研究孔內(nèi)濕煤樣瓦斯含量與瓦斯解吸規(guī)律、快速測(cè)定模型及方法等；研制隨鉆保真取樣—瓦斯解吸一體化裝置，需要解決受限空間條件下裝置尺寸、強(qiáng)度及功能等問(wèn)題，將瓦斯含量測(cè)定時(shí)間縮短至30 min以?xún)?nèi)。

4)隨鉆測(cè)量高效數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

現(xiàn)有有線數(shù)據(jù)傳輸速率為300～1 000 bit/s，傳輸速率較高，但信號(hào)傳輸易受鉆桿密封影響，且通纜鉆桿成本高、工藝適應(yīng)性差；泥漿脈沖數(shù)據(jù)傳輸速率僅為1～6 bit/s；電磁波數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)10～50 bit/s，但傳輸距離有限且受地層干擾影響大[20]，均不能滿(mǎn)足智能鉆探大容量、高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。因此，需要研究智能鉆桿、光纖數(shù)據(jù)傳輸?shù)刃录夹g(shù)，如研發(fā)基于電磁感應(yīng)信號(hào)雙向數(shù)據(jù)傳輸高性能定向鉆具，需要解決鉆桿軟連接、電磁信號(hào)衰減、通信導(dǎo)線埋置、鉆桿加工工藝等技術(shù)難題，理論數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸速率可達(dá)20 Kibit/s以上，可保證信號(hào)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，能實(shí)現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)測(cè)量和上傳、控制指令的快速下達(dá)，以期為智能鉆探和煤礦智能化提供技術(shù)支撐。