MT/T 1270-2025 煤矿工程定向钻孔监测方法

　　煤矿工程定向钻孔监测方法

　　Mornitor method of directional borehole for mine engineering

　　2025‑06‑30 发布2025‑12‑30 实施

　　中华人民共和国煤炭行业标准

　　MT/T 1270—2025

　　前言……………………………………………………………………………………………………………Ⅲ

　　1 范围…………………………………………………………………………………………………………1

　　2 规范性引用文件……………………………………………………………………………………………1

　　3 术语和定义…………………………………………………………………………………………………1

　　4 符号…………………………………………………………………………………………………………1

　　5 技术要求……………………………………………………………………………………………………3

　　5.1 基本要求………………………………………………………………………………………………3

　　5.2 测斜仪器及装备………………………………………………………………………………………3

　　5.3 钻孔轨迹参数计算方法选择…………………………………………………………………………4

　　6 现场监测……………………………………………………………………………………………………4

　　6.1 准备工作………………………………………………………………………………………………4

　　6.2 测斜作业………………………………………………………………………………………………4

　　7 轨迹参数计算………………………………………………………………………………………………4

　　7.1 对轨迹计算的规定……………………………………………………………………………………4

　　7.2 坐标增量计算…………………………………………………………………………………………5

　　7.3 测点坐标计算…………………………………………………………………………………………6

　　7.4 其他轨迹参数计算……………………………………………………………………………………6

　　7.5 输出格式………………………………………………………………………………………………7

　　8 资料…………………………………………………………………………………………………………7

　　附录A(资料性) 常见钻孔轨迹参数计算方法说明…………………………………………………………8

　　附录B(资料性) 钻孔轨迹参数计算输出格式……………………………………………………………11

　　目 次

　　Ⅰ

　　MT/T 1270—2025

　　前言

　　本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则　第1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定

　　起草。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本文件由中国煤炭工业协会提出。

　　本文件由炭行业煤矿专用设备标准化技术委员会归口。

　　本文件起草单位：北京中煤矿山工程有限公司、唐山开滦建设(集团)有限责任公司、枣庄矿业集团

　　中兴建安工程有限公司、安徽省煤田地质局水文勘探队、淮北矿业(集团)有限责任公司、三河市震越测井

　　陀螺仪器配件有限公司、徐州中地物探新技术开发有限公司、冀中能源集团有限责任公司、矿山深井建设

　　技术国家工程研究中心。

　　本文件主要起草人：左永江、孙玉超、卢相忠、查显东、刘敏、宁方波、周卫金、杨道召、韩圣铭、薄志丰、许

　　舒荣、韩光利、汪志祥、安许良、王帆、赵庆彪、王利宏、丁振宇、邱显水。

　　Ⅲ

　　MT/T 1270—2025

　　煤矿工程定向钻孔监测方法

　　1 范围

　　本文件规定了煤矿工程定向钻孔监测方法的技术要求、现场监测、轨迹参数计算、资料等。

　　本文件适用于从地面开孔的注浆孔、冻结孔等煤矿工程定向钻孔的轨迹监测测量，其他定向钻孔的

　　轨迹监测也可参照使用。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文

　　件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本

　　文件。

　　MT/T 1054—2008　矿用钻孔陀螺测斜仪

　　SY/T 5313—2006　钻井工程术语

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　孔深 hole depth

　　钻孔从孔口到测点的轴线长度。

　　3.2

　　垂深 vertical depth

　　测点到孔口水平面的垂直距离。

　　[来源：SY/T 5313—2006，11.2.5，有修改]

　　3.3

　　顶角 inclination

　　井斜角

　　钻孔轴线上某点沿轴线延伸方向的切线与该点重力线之间的夹角。

　　[来源：SY/T 5313—2006，11.2.3，有修改]

　　3.4

　　偏距 closure distance

　　水平位移

　　闭合距

　　为测点到孔口所在铅垂线的距离。

　　4 符号

　　下列符号适用于本文件(见表1)。钻孔轨迹坐标系及部分轨迹参数示意见图1。

　　1

　　MT/T 1270—2025

　　表1　轨迹参数计算中常用参数的符号与单位

　　符号

　　L

　　θ

　　α

　　N

　　E

　　H

　　S

　　P

　　n

　　β

　　ΔL

　　Δθ

　　Δα

　　ΔH

　　γ

　　ΔN

　　ΔE

　　fH

　　fD

　　θc

　　αc

　　i

　　参数名称

　　孔深

　　顶角

　　方位角

　　N 坐标(北方向坐标)

　　E 坐标(东方向坐标)

　　垂深

　　水平投影长度

　　偏距

　　偏斜率

　　闭合方位角

　　孔深增量

　　顶角增量

　　方位角增量

　　垂深增量

　　狗腿角

　　N 坐标增量

　　E 坐标增量

　　校正系数(校正平均角法)

　　校正系数(校正平均角法)

　　相邻2 个测点间的顶角平均值

　　相邻2 个测点间的方位角平均值

　　变量，测点编号(下标时)

　　单位

　　m

　　(°)

　　(°)

　　m

　　m

　　m

　　m

　　m

　　‰

　　(°)

　　m

　　(°)

　　(°)

　　m

　　(°)

　　m

　　m

　　(°)

　　(°)

　　2

　　MT/T 1270—2025

　　P

　　H

　　!

　　S

　　L

　　!

　　"

　　E

　　N

　　A'

　　O

　　A

　　H

　　N

　　A'

　　O E

　　P

　　N

　　E

　　aU 4 2 bU ! L

　　标引序号说明：

　　θ ——钻孔轨迹A 点的顶角;

　　α ——钻孔轨迹A 点的方位角;

　　β ——钻孔轨迹A 点的闭合方位角;

　　L ——钻孔轨迹A 点的孔深;

　　H ——钻孔轨迹A 点的垂深;

　　P ——钻孔轨迹A 点的偏距;

　　S ——钻孔轨迹A 点的水平投影长度;

　　N ——钻孔轨迹A 点的N 坐标(北方向坐标);

　　E ——钻孔轨迹A 点的E 坐标(东方向坐标)。

　　图1　钻孔轨迹坐标系及部分轨迹参数示意图

　　5 技术要求

　　5.1 基本要求

　　5.1.1 钻孔轨迹应符合设计要求。

　　5.1.2 定向钻孔钻进过程中的测量，应每30 m~50 m 测斜一次，测点间隔10 m~20 m。

　　5.1.3 定向钻进作业前，定向点以上20 m 范围内测点间隔为1 m。

　　5.1.4 定向钻孔终孔前，应对全孔测斜一次，测点间隔20 m~30 m。

　　5.2 测斜仪器及装备

　　5.2.1 测斜仪类型

　　按测斜原理划分，可分为。

　　a) 磁性测斜仪，可分为：

　　1) 罗盘重锤类;

　　3

　　MT/T 1270—2025

　　2) 电子磁性类，包括电子单多点测斜仪、有线随钻测斜仪、无线随钻测斜仪等。

　　b) 陀螺测斜仪(框架式陀螺测斜仪)。

　　5.2.2 测斜仪器选择

　　5.2.2.1 在套管内或有磁干扰的条件下测斜不可用磁性测斜仪。

　　5.2.2.2 测斜仪精度要求：

　　a) 顶角精度：不低于±0.1°;

　　b) 方位角精度：不低于±4°;

　　c) 陀螺测斜仪静止漂移率和动态漂移率应符合MT/T 1054—2008 中5.4.4 的规定;

　　d) 陀螺测斜仪在内平式钻杆或钢管内偏斜率的重复误差不大于0.2‰。

　　5.3 钻孔轨迹参数计算方法选择

　　5.3.1 根据假设不同，钻孔轨迹计算方法分为以下类型：

　　a) 直线类型，如全角全距法;

　　b) 曲线类型，如圆柱螺线法、校正平均角法、最小曲率法等。

　　5.3.2 地面预注浆、冻结等工程定向孔，顶角小于15°且测点间隔小于30 m 时可采用直线类型。

　　5.3.3 顶角大于15°、精度要求较高的情况下应采用曲线类型。

　　6 现场监测

　　6.1 准备工作

　　6.1.1 测斜仪下放前需在检验架上对仪器顶角、方位角、工具面角等进行校验，并做好记录，精度符合要

　　求后方能下放测斜。

　　6.1.2 采用投放式测斜方式时，测斜仪器下放前通过丈量钻具的方式测量孔深。

　　6.1.3 采用裸孔测斜时，下放仪器前将钻孔冲洗干净，孔底岩粉残留不超过0.5 m。

　　6.1.4 采用钻杆内测斜时，下放前检查钻杆内径，保证测斜仪探管下放顺畅。

　　6.1.5 采用无线随钻测斜仪时，应保证冲洗液气泡含量及含砂量等满足仪器测量要求。

　　6.2 测斜作业

　　6.2.1 按照测斜仪器的使用说明要求进行操作，确保测斜数据采集的可靠性。

　　6.2.2 方位角应进行磁偏角校正。

　　7 轨迹参数计算

　　7.1 对轨迹计算的规定

　　对测斜数据轨迹计算作以下规定：

　　a) 轨迹计算首先计算每一个测点在E、N、H 方向上的坐标增量，再通过累加计算每个测点的坐标

　　值及其他轨迹参数;

　　b) 测点编号自上而下，i=1，2，3，…，每个点的参数皆以该点编号为下标符号;

　　c) 测段编号自上而下，i=1，2，3，…，第i 个测段指第i-1 个测点与第i 个测点之间的测段，第1 个

　　测段为孔口至第1 个测点之间的测段;

　　d) 当θi=0 时，αi=αi-1;

　　4

　　MT/T 1270—2025

　　e) 当|αi=αi-1|<180°时，Δαi=αi-αi-1;当|αi-αi-1|>180°时，Δαi=αi-αi-1-sgn(αi-αi-1)×360;当

　　| α | i - αi - 1 =180°时，Δαi的正负号按方位变化趋势选取。

　　7.2 坐标增量计算

　　7.2.1 全角全距法

　　全角全距法坐标增量根据公式(1)~公式(3)进行计算：

　　ΔEi=ΔLisinθisinαi …………………………( 1 )

　　式中：

　　ΔEi ——第i 测点E 坐标增量;

　　ΔLi ——第i 测点孔深增量;

　　θi ——第i 测点顶角值;

　　αi ——第i 测点方位角值。

　　ΔNi=ΔLisinθicosαi …………………………( 2 )

　　式中：

　　ΔNi ——第i 测点N 坐标增量。

　　ΔHi=ΔLicosθi …………………………( 3 )

　　式中：

　　ΔHi ——第i 测点垂深增量。

　　全角全距法的基本计算原理参见附录A 中A.2。

　　7.2.2 圆柱螺线法

　　圆柱螺线法坐标增量根据公式(4)~公式(15)进行计算：

　　ΔEi=ΔL(i cosθi-1-cosθi)(cosαi-1-cosαi)/(Δθi·Δαi)…………………………( 4 )

　　ΔNi=ΔL(i cosθi-1-cosθi)(sinαi-sinαi-1)/(Δθi·Δαi)…………………………( 5 )

　　ΔHi=ΔL(i sinθi-sinθi-1)/Δθi …………………………( 6 )

　　式中：

　　θi-1 ——第i-1 测点顶角值;

　　αi-1 ——第i-1 测点方位角值;

　　Δθi ——第i 测点顶角增量，Δθi=θi-θi-1;

　　Δαi ——第i 测点方位角增量，Δαi=αi-αi-1。

　　式中的Δθi 及Δαi 的单位为弧度，且Δα1=α1。

　　当Δθi=0 而Δαi≠0 时，

　　ΔEi=ΔLisinθi(cosαi-1-cosαi)/Δαi …………………………( 7 )

　　ΔNi=ΔLisinθi(sinαi-sinαi-1)/Δαi …………………………( 8 )

　　ΔHi=ΔLicosθi …………………………( 9 )

　　当Δαi =0 而Δθi≠0 时，

　　ΔEi=ΔLi(cosθi-1-cosθi)·sinαi/Δθi …………………………( 10 )

　　ΔNi=ΔLi(cosθi-1-cosθi)·cosαi/Δθi …………………………( 11 )

　　ΔHi=ΔLi(sinθi-sinθi-1)/Δθi …………………………( 12 )

　　当Δαi=0 而Δθi=0 时，

　　ΔEi=ΔLisinθisinαi …………………………( 13 )

　　ΔNi=ΔLisinθicosαi …………………………( 14 )

　　5

　　MT/T 1270—2025

　　ΔHi=ΔLicosθi …………………………( 15 )

　　圆柱螺线法的基本计算原理见A.3。

　　7.2.3 校正平均角法

　　校正平均角法坐标增量根据公式(16)~公式(18)进行计算：

　　ΔEi=fH·ΔLisinθcisinαci …………………………( 16 )

　　ΔNi=fH·ΔLisinθcicosαci …………………………( 17 )

　　ΔHi=fD·ΔLicosθci …………………………( 18 )

　　式中：

　　θci ——第i 测点顶角平均角，θci=(θi-1+θi)/2;

　　αci ——第i 测点方位角平均角，αci=(αi-1+αi)/2;

　　fH ——校正系数1，fH = 1 -(Δθ 2

　　i + Δα2i

　　)/24;

　　fD ——校正系数2，fD = 1 - Δθ 2

　　i /24。

　　式中，Δθi 及Δαi 的单位为弧度。

　　校正平均角法的基本计算原理见A.4。

　　7.2.4 最小曲率法

　　最小曲率法坐标增量根据公式(19)~公式(23)进行计算：

　　ΔEi=λ(i sinθi-1sinαi-1+sinθisinαi) …………………………( 19 )

　　ΔNi=λ(i sinθi-1cosαi-1+sinθicosαi) …………………………( 20 )

　　ΔHi=λ(i cosθi-1+cosθi) …………………………( 21 )

　　式中：

　　λi = 180 × ΔLi tan ( γi /2 )

　　πγi

　　…………………………( 22 )

　　Δγi=arccos(cosθi-1cosθi+sinθi-1sinθicosΔαi) …………………………( 23 )

　　最小曲率法的基本计算原理见A.5。

　　7.3 测点坐标计算

　　测点的坐标值根据公式(24)~公式(26)进行计算：

　　Ei=Ei-1+ΔEi …………………………( 24 )

　　式中：

　　Ei ——第i 测点E 坐标;

　　Ei-1 ——第i-1 测点E 坐标。

　　Ni=Ni-1+ΔNi …………………………( 25 )

　　式中：

　　Ni ——第i 测点N 坐标;

　　Ni-1——第i-1 测点N 坐标。

　　Hi=Hi-1+ΔHi …………………………( 26 )

　　Hi ——第i 测点垂深;

　　Hi-1——第i-1 测点垂深。

　　7.4 其他轨迹参数计算

　　测点的偏距根据公式(27)进行计算：

　　6

　　MT/T 1270—2025

　　Pi = E 2

　　i + N 2

　　i …………………………( 27 )

　　式中：

　　Pi ——第i 测点偏距。

　　测点的闭合方位角根据公式(28)进行计算：

　　βi=arcsin(Ei/Pi) …………………………( 28 )

　　式中：

　　βi ——第i 测点闭合方位角。

　　测点的偏斜率根据公式(29)进行计算：

　　ni=(Pi/Li)×1 000 …………………………( 29 )

　　式中：

　　ni ——第i 测点偏斜率。

　　未列出的轨迹参数应根据其含义进行推导计算。

　　7.5 输出格式

　　定向孔轨迹计算数据表可按附录B 的格式打印或填写，并根据设计要求绘制钻孔偏斜平面图(单孔

　　或群孔)。

　　8 资料

　　钻孔完成全孔测斜后，应提交但不限于以下技术资料：

　　a) 钻孔轨迹参数计算成果表，格式见附录B，也可根据不同需要增减项目;

　　b) 钻孔偏斜平面图。

　　7

　　MT/T 1270—2025

　　附录A

　　(资料性)

　　常见钻孔轨迹参数计算方法说明

　　A.1 概述

　　钻孔轨迹参数中只有每个测点的深度、顶角和方位角是直接测量出来的，而确定钻孔的空间轨迹需

　　要得到各个测点的坐标及每个测段的轨迹曲线形状，而测点之间的轨迹曲线的空间形状是无法确定的，

　　只能做假设，假设不同，计算方法就不同，计算结果也就不同，而在应用中计算方法的选用也有很大的随

　　意性，在国外不同的公司可能选择不同的计算方法。

　　根据假设不同，钻孔轨迹参数计算方法共分为2 大类。

　　第一类是直线法，即假设两测点之间的测段是一条直线，再细分为全角全距法、均角全距法(平均角

　　法)等，这种方法计算公式简单，但因假设与实际情况不相符，误差较大，但在小顶角、小偏距且测点密集

　　的情况下，还是可以采用的，尤其是在纠偏时，方位反向扭转，计算结果有其独特的合理性。我国煤炭行

　　业尤其在顶角较小的冻结、注浆等工程孔中基本都用全角全距法。

　　第二类是曲线法，即假设两测点之间的测段是一条曲线，这样更符合钻孔实际情况，准确性更高，本

　　文件中的圆柱螺线法、校正平均角法及最小曲率法均属于这一类。国内外大顶角、大位移定向孔轨迹计

　　算均采用曲线法，曲线法中不同的方法主要体现在具体假设或公式形式不同，尚不能确定本质上的优劣

　　性，因此在公式选用上有一定的随意性，国内多用圆柱螺线法和校正平均角法，国外多用最小曲率法。

　　A.2 全角全距法

　　全角全距法也被称为切线法，假设两测点之间的测段是一条直线，该测段下部测点的顶角及偏斜方

　　向代表该测段的顶角及偏斜方向，如图A.1 所示，从而推导出7.2.1 中的轨迹参数计算公式。

　　i

　　i 1

　　i 1

　　S

　　H

　　i

　　E

　　N

　　ΔSi

　　ΔLi

　　ΔHi

　　ΔNi

　　ΔEi

　　ΔSi

　　图A.1　全角全距法计算原理示意图

　　A.3 圆柱螺线法

　　圆柱螺线法假设两测点间的测段是一条等变螺旋角的圆柱螺线，其在水平投影图和垂直投影图上均

　　是圆弧，如图A.2 所示，从而推导出7.2.2 中的轨迹计算公式。

　　8

　　MT/T 1270—2025

　　圆柱螺线法概念清晰，表达准确，更适用于采用柱面法定向钻进的孔段，但公式中如出现分母为零的

　　情况，就需要特殊处理，应用起来有些不便。

　　i

　　S

　　H

　　N

　　E

　　??

　　i 1

　　i 1

　　i 1

　　i

　　i 1

　　!i 1

　　!i

　　Δ!

　　图A.2　圆柱螺线法计算原理示意图

　　A.4 校正平均角法

　　7.2.2 中圆柱螺线法计算见公式(A.1)~公式(A.3)也可以转换成另外一种类似平均角的表达形式：

　　ΔEi=4ΔLisin(Δθi/2)sin(Δαi/2)sinθcisinαci/(ΔθiΔαi) …………………………( A.1 )

　　ΔNi=4ΔLisin(Δθi/2)cos(Δαi/2)sinθcisinαci/(ΔθiΔαi) …………………………( A.2 )

　　ΔHi=2ΔLisin(Δθi/2)cosθci)/Δθi …………………………( A.3 )

　　在数学上，正弦函数可以展开成马克劳林基数，计算见公式(A.4)，即：

　　sinx=x-x3/3!+x5/5!-x7-7!+x9/9!-… ………………………( A.4 )

　　此级数收敛很快，可近似取前两项，计算见公式(A.5)，即：

　　sinx=x-x3/3!=x-x3/6 …………………………( A.5 )

　　对sin(Δθi/2)和sin(Δαi/2)作上述近似处理，计算见公式(A.6)和公式(A.7)，可得：

　　sin(Δθi/2)=Δθi/2-Δθ 3

　　i /48 = ( Δθi /2 )( 1 - Δθ 2

　　i /24 ) …………………………( A.6 )

　　sin(Δθi/2)=Δαi/2-Δα3i

　　/48 = ( Δαi /2 )( 1 - Δα2i

　　/24 ) …………………………( A.7 )

　　将其代入圆柱螺线法类似平均角的表达式，并忽略高次微量，计算见公式(A.8)~公式(A.12)，可简

　　化成以下形式：

　　ΔEi =[ 1 -( Δθ 2

　　i + Δα2i

　　) /24 ] ΔLi sin θci sin αci…………………………( A.8 )

　　ΔNi =[ 1 -( Δθ 2

　　i + Δα2i

　　) /24 ] ΔLi sin θci cos αci…………………………( A.9 )

　　ΔHi = ( 1 - Δθ 2

　　i /24 ) ΔLi cos θci …………………………( A.10 )

　　令

　　fH = 1 -( Δθ 2

　　i + Δα2i

　　) /24 …………………………( A.11 )

　　fD = 1 - Δθ 2

　　i /24 …………………………( A.12 )

　　则得到7.2.3 中的轨迹计算公式(16)~公式(18)。

　　9

　　MT/T 1270—2025

　　校正平均角法与圆柱螺线法原理相同，但公式更简洁，而且避免了公式为“0”的情况，应用起来更

　　方便。

　　A.5 最小曲率法

　　最小曲率法假设两个测点之间的测段是一条在一个空间斜平面上延伸的圆弧，而这段圆弧是经过这

　　两个测点之间的所有曲线中曲率最小的，因此被称为最小曲率法。

　　A

　　B

　　M

　　N

　　N

　　i 1

　　R

　　!/2

　　!/2

　　"i 1

　　"i

　　Δ"

　　Δ

　　i

　　A'

　　M'

　　B'

　　图A.3　最小曲率法计算原理示意图

　　如图A.3 所示，A、B 分别代表第i-1 和第i 个测点，A´和B´分别为这两个测点在水平南上的投影，最

　　小曲率法公式推导的思路为：

　　a) 根据鲁宾斯基公式(A.13)，计算一个测段的狗腿角

　　γi=arccos(cosθi-1cosθi+sinθi-1sinθicosΔαi) …………………………( A.13 )

　　b) 计算曲率半径R;

　　c) 计算图A.3 中斜面上圆弧的两个切线长度AM 和MB;

　　d) 由AM、MB 及其与重力线的夹角(即上、下两测点处的顶角)θi 和θi-1，计算出测段在铅垂方向的

　　增量ΔH 和两切线在水平南上投影长度A´M´和M´B´;

　　e) 由A´M´和M´B´及两测点处的方位角分别求出测段的E 坐标增量ΔE 和N 坐标增量ΔN。

　　根据以上思路即可推导出7.2.4 中的计算公式。

　　10

　　MT/T 1270—2025

　　附录B

　　(资料性)

　　钻孔轨迹参数计算输出格式

　　表B.1 给出了钻孔轨迹参数计算输出格式。

　　表B.1　钻孔轨迹参数计算成果表

　　工程名称：　　　　　　　　　　　　　　　　　孔号： 　　　　计算方法： 　　　测斜日期：

　　测深/

　　m

　　顶角/

　　(°)

　　方位角/

　　(°)

　　E 坐标/

　　m

　　N 坐标/

　　m

　　偏距/

　　m

　　闭合方位角/

　　(°)

　　垂深/

　　m

　　偏斜率/

　　‰

　　11