煤矿井下近水平随钻测量定向钻孔轨迹设计与计算方法
煤矿千米定向钻进施工方案
煤矿千米定向钻进施工方案XXXXXXXXXXX有限公司2018年2月目录一、定向钻进技术简介 (1)二、煤矿井下定向钻孔轨迹设计 (1)（一）煤矿井下定向钻孔设计的一般原则 (1)（二）定向钻孔设计的主要内容 (2)三、煤矿井下定向钻孔轨迹控制 (2)（一）定向钻孔轨迹控制主要参数 (2)（二）定向钻孔轨迹控制注意事项 (2)四、煤矿井下定向钻进工艺 (3)（一）定向钻进工艺流程 (3)（二）探放水和构造探测施工工程设计 (3)（三）定向钻进工艺 (5)五、施工设备与人员配置 (9)（一）施工工程设备配备 (9)（二）施工工程人员配备 (10)六、孔内事故处理 (11)七、钻孔施工注意事项 (11)八、灾害应急措施及避灾线路 (12)煤矿千米定向钻进施工方案一、定向钻进技术简介定向钻进起源于石油钻井,随着钻探技术的不断深入,受控定向钻进技术从石油行业逐渐延伸到煤炭、地质等领域,发挥着重要的作用。
煤矿井下近水平定向钻进技术是钻探工程领域的一项新技术,通过对倾角和方位角的实时调节实现对钻孔轨迹的精确控制，保证钻孔轨迹在目的层中有效延伸，并可进行多分支钻孔施工，具有钻进效率高、一孔多用、集中抽采等优点，现已成为国内外瓦斯高效抽采的主要技术途径，并应用于地质构造探测和探放水等领域。
二、煤矿井下定向钻孔轨迹设计煤矿井下定向钻孔是通过对倾角和方位角的实时调节实现对钻孔轨迹的精确控制，保证钻孔轨迹在目的层中有效延伸。
（一）煤矿井下定向钻孔设计的一般原则1、充分掌握原始资料内容包括施工目的、技术要求等。
根据施工要求应尽量获取最全面的地质资料并及时更新主要信息，详细了解施工区域的地质情况和井下情况，便于合理设计施工方案，保障施工安全。
地质资料主要包括3项内容：地质报告（地质说明书）、采掘平面图、钻孔柱状图钻孔施工资料包括：瓦斯治理报告、瓦斯抽采数据、水文报告等2、可行性分析从技术、经济、效用等角度分析包括：煤层坚固性系数f、顶底板岩性、钻孔类型、钻孔长度（经济长度、能力长度）、供水供电情况、人员配置情况、工期要求（超前探工期紧张）3、尽量利用自然造斜规律4、考虑施工方便和安全钻进5、注重经济效益（二）定向钻孔设计的主要内容1、选择孔身剖面2、确定定向钻孔目标层位、靶区、靶点3、确定主孔和分支孔的施工方案，预留好分支点4、确定定向孔孔深轨迹参数参数包括：磁偏角、各孔段长度，起始点和终点的倾角、方位角，各孔段起点和终点的上下、左右位移，到达目标层位的倾角、方位角、上下和左右位移。
3-煤矿井下定向钻孔轨迹设计解析
二、定向钻孔的类型 （一）按施工技术方法分类
1 、自然弯曲定向孔。利用钻孔在一定地质条件 下的自然弯曲规律设计钻孔轴线，通过移动孔位或 改变开孔倾角、方位角，采用常规钻进技术工艺， 必要时利用孔斜控制理论辅以一般的增斜、减斜措 施，达到基本按设计的钻孔轴线钻达目的层的钻孔。 自然弯曲定向孔又称初级定向孔。 2、人工弯曲定向孔。采用人工造斜工具与技术 强制进行人工弯曲，并克服钻孔自然弯曲的影响， 或者利用钻孔自然弯曲规律与人工造斜工具强制进 行人工弯曲相结合，使钻孔按设计轨迹钻达目的层 的钻孔。又称受控定向孔。
钻孔主设计方位角确定
• 钻孔主设计方位角根据矿区地质图与巷道走向等 确定，便于左右偏差及垂深的计算，一般设定煤 矿井下定向钻孔的主延伸方向为钻孔主设计方位 角，从而确定钻孔轨迹的空间位置。
钻场设计坐标系的确定
• 在过开孔点的水平面内，以开孔点为原点，X轴正向指向钻 孔主设计方位，顺时针旋转90°为Y轴正方向，Z轴正方向垂 直指向上，即符合左手螺旋法则。 • 钻孔设计坐标系内，定向钻孔轴线上任一测点在Z轴上投影
三、钻孔轴线及相关参数
（二）确定钻孔轴线空间位置的几何参数
当钻孔弯曲时，用弯曲强度或曲率、曲率半径来表征钻孔 弯曲的强烈程度。
7、弯曲强度：钻孔弯曲强度是指钻孔轴线单位长度上倾角
或方位角变化的度数。 当钻孔轴线只有倾角变化时,用倾角弯曲强度表示， 当钻孔轴线只有方位角变化时，用方位角弯曲强度表示， 当钻孔轴线既有倾角变化，又有方位角变化时，用全弯曲
二、定向钻孔的类型
（三）按钻孔孔底结构分类 1、单底定向孔。只有一个主干孔的定向孔。 2、多底定向孔。主干孔(首先完成的钻孔)钻进 后，再从主干孔内开出其他分支孔的定向孔。它又分 一级和多级分支定向孔。
近水平定向钻孔设计与计算
αB —— A、B两点的钻孔倾角，(º)；
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三、钻孔轴线及相关参数
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一、基本概念
磁方位角＝真方位角+ （－东磁 东磁） 磁方位角＝真方位角+西磁 （－东磁）
θc =θz ± λ
例 ： 西安地区磁偏角为 西磁2 29´ 西磁 2º29´, 真方位角为 120º ， 磁方位角 ？ 若再 120º 磁方位角？ 已知坐标纵线磁方位角 100º 坐标方位角？ 为100º，坐标方位角？
θ 2）从磁子午线算起的称之为“磁方位角 c ” ，主要用 从磁子午线算起的称之为“ 于航空、 于航空、航海 ；
3）从坐标系纵线算起的称之为“坐标方位角 ” ，主 从坐标系纵线算起的称之为“ θ 要用于科研生产中，简单、直观。 要用于科研生产中，简单、直观。 4）角度值介于0°—360°之间。 角度值介于0 360°之间。
4
一、基本概念
4、方位角（azimuth） 从广义上讲，方位角的概念是 方位角（azimuth） 从广义上讲， 指目标方向与基准方向所夹的水平角。 指目标方向与基准方向所夹的水平角 。 在测量中通常 种方向被采用，分别为真子午线、 有3种方向被采用，分别为真子午线、磁子午线和坐标 纵线。 纵线。 1）从真子午线算起的称之为“真方位角 z ”，主要用 从真子午线算起的称之为“ θ 于精密测量； 于精密测量；
2
一、基本概念
1、定向钻进
石油钻井中对定向钻进技术的定义为沿着预先设计的孔眼轴线 钻达目的层的钻孔方法。 钻达目的层的钻孔方法。 地质钻探中对定向钻进技术的定义是指利用钻孔自然弯曲规律 或采用人工造斜工具使钻孔按设计要求进行延伸钻到预定目标的 一种钻进方法。 一种钻进方法。 国外有文献认为是为了达到一个预定的地下目标， 国外有文献认为是为了达到一个预定的地下目标，使孔眼在特 定方向偏斜的工艺和科学。 定方向偏斜的工艺和科学。 定义的内涵本质是定向钻进有预定目标的。根据设计要求， 定义的内涵本质是定向钻进有预定目标的。根据设计要求，该 目标可以是地下某一点，也可以是孔眼轴线或特定方向和角度， 目标可以是地下某一点，也可以是孔眼轴线或特定方向和角度， 采用一些科学的人为可以控制的技术方法与机具有目的地将钻孔 轴线由弯变直或由直变弯，使之钻进达到目标要求。 轴线由弯变直或由直变弯，使之钻进达到目标要求。
定向井井身轨迹的计算方法
定向井井身轨迹的计算方法
杨涛
【期刊名称】《中国煤炭地质》
【年(卷),期】2009(021)0z1
【摘要】定向的目的就是使井身轨迹按照设计的方位、位移达到目标点,井身轨迹图是根据测井数据经过计算得出的.目前普遍采用"两点法"来计算相邻两测点间的小段井眼中心的垂直深度、水平位移、南北坐标、东西坐标、水平位移等.对"两点法"中不同计算方法的公式应用范围及误差进行了对比.以化122-24石油定向井的数据为例,运用平均角法和最小曲率法进行了测斜数据的计算,计算结果表明最小曲率法比平均角法更为合理.
【总页数】3页(P74-75,109)
【作者】杨涛
【作者单位】中煤地质工程总公司北京大地特勘分公司,北京,100073
【正文语种】中文
【中图分类】P634.7
【相关文献】
1.定向井井身轨迹的计算方法 [J], 杨涛
2.测距选择与施工方式对定向井井身轨迹计算的影响 [J], 翟文涛
3.浅析定向井井身轨迹最优化方法 [J], 陈震;赵韬
4.大位移定向井井身轨迹优化与实例分析 [J], 边秀武
5.定向井井场优选与井身轨迹优化分析 [J], 崔登云
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煤矿井下随钻测量定向钻进技术
1.定向钻进技术简介
（3）煤矿井下定向钻进技术发展历程（国外发展）
定向钻进技术应用于煤矿井下起步于20世纪六七十年代美、 德、英等西方发达国家，初期主要是移植在石油钻井中成功 应用的稳定组合钻具。
进入 20世纪90年代以后，螺杆钻具得到快速发展。美国 用螺杆钻具和定向钻进监测仪器钻成1432.56 m 的瓦斯抽采 孔。澳大利亚在煤质较硬的稳定煤层中采用螺杆钻具、导向 工具钻进时，孔深可达1000 m 以上，并进行多个分支孔施工； 在易发生坍塌、掉块等事故的复杂地层使用普通回转和螺杆 钻具相结合的钻进方法，孔深也达到400~700 m。
与传统的回转钻进不同，螺杆马达带动钻头旋转破碎岩 石时，整个钻杆柱和螺杆钻具的外壳（包括造斜件）不旋 转，所以造斜件弯曲的方向即是钻孔将要弯曲的方向。
常规钻进 ➢ 钻孔深度有限 ➢ 钻孔数量多 ➢ 劳动强度大 ➢ 施工周期长 ➢ 封孔质量差
定向钻进 ➢ 轨迹精确控制 ➢ 有效距离长 ➢ 多分支孔 ➢ 钻进效率高 ➢ 一孔多用 ➢ 集中抽采
1.定向钻进技术简介
术自 2008 年试验成功以来， 已在国内30 多个矿井进行推广应用，在硬煤层钻进中最大 主孔孔深 1212 m，最大分支孔孔深915 m，累计施工钻孔 进尺达数百万米。
从此之后，中煤科工集团重庆研究院、沈阳北方交通重 工集团先后进行研究并生产出同类产品。
煤矿井下定向钻进技术培训系列
1.煤矿井下随钻测量定向钻进技术
1. 定向钻进技术简介 2. 定向钻进技术与装备 3. 定向钻进技术的应用 4.研究与发展方向
1.定向钻进技术简介
（1）基本概念
近水平定向钻进（HDD）技术是指利用钻孔自然弯曲规律 或采用专用工具使近水平钻孔轨迹按设计要求延伸钻进至预 定目标的一种钻探方法，即有目的地将钻孔轴线由弯变直或 由直变弯。
煤矿井下近水平定向钻孔轨迹描述与计算方法
煤矿井下近水平定向钻孔轨迹描述与计算方法孙荣军【摘要】摘要:本文在分析地面与井下钻孔轨迹描述习惯不同的基础上,结合煤矿井下定向钻孔施工的特点建立了钻孔轨迹描述体系,提出了描述钻孔轨迹空间位置的主要几何参数的定义和表示方法。
通过分析常用钻孔轨迹坐标计算方法的适用性,提出适合煤矿井下施工特点的最佳计算方法模型,为井下定向钻孔轨迹设计和控制提供了理论依据。
【期刊名称】中国煤层气【年(卷),期】2010(007)004【总页数】5【关键词】关键词:煤矿井下定向钻孔轨迹描述坐标计算1 前言随着煤矿综合机械化采煤技术的发展,煤矿安全生产对井下勘探孔、放水孔、瓦斯抽采孔等施工装备和技术的要求也不断提高,不但要求钻孔施工装备具有较高的钻进效率,同时要能够实现对钻孔轨迹的精确控制[1]。
定向钻进技术以其钻进速度快、定向精度高、“一孔多分支”等优点,已成为高产高效煤矿井下钻孔施工急需的技术手段。
要进行定向钻孔轨迹设计,除根据实际情况建立相应的空间坐标系外,还要搞清楚表征钻孔轨迹空间位置的点、线、面和角之间的关系以及钻孔轨迹的描述方法和计算方法,这些都是进行钻孔轨迹设计和计算的理论基础。
2 钻孔轨迹描述坐标系的建立2.1 地面与井下钻孔轨迹描述体系的不同煤矿井下水平定向钻孔轨迹和地面近水平定向钻孔轨迹一样都是由若干空间直线或曲线组成的,所不同的是地面近水平定向钻孔轨迹都是以地面为参照物建立相应的空间坐标系,而煤矿井下水平定向钻孔则必须以井下钻场为参照物建立空间坐标系。
要进行钻孔轨迹设计,除根据实际情况建立相应的空间坐标系外,还要搞清楚表征钻孔轨迹空间位置的点、线、面和角之间的关系以及钻孔轨迹的描述方法和计算方法,这些都是进行钻孔轨迹设计和计算的理论基础。
地面石油钻井和非开挖导向钻进都有相应的轨迹描述方法体系,而井下随钻测量技术由于尚处于起步阶段,钻孔轨迹描述体系尚不系统。
根据地面与井下钻孔形式和表述习惯不同,其坐标系的建立应有以下不同: (1)参照系不同,地面钻孔一般都以地表平面为参照,而井下习惯以开孔端面为参照;(2)垂直轴(Z)正方向不同,地面一般以垂直向下为正方向,而井下习惯以垂直向上为正方向;(3)井斜描述主参数不同,地面一般以钻孔当前轴线与垂直轴的夹角(即顶角)作为主参数,而井下习惯以钻孔当前轴线与水平轴的夹角 (即倾角)作为主参数; (4)所遵循的坐标系螺旋法则不同,地面一般符合右手螺旋,而井下一般符合左手螺旋,其主要原因是Z轴方向发生了变化。
煤矿井下随钻测量定向钻进技术
东翼胶带巷 东翼回风巷 东翼轨道巷
113槽回运风料顺道 113工作面一号联络巷 113工作面二号联络巷
实 例——陕西彬长亭南煤矿试验
113运输顺槽
2-1分支孔
1-2分支孔 1-3分支孔
113回风顺槽
2#主孔 1#主孔
1-1分支孔
1# 主孔终孔深度1046m，创造了当时我国煤矿井下瓦斯抽放水平定向钻孔的最高记 录，并施工3个分支孔，1-1分支和1-3分支从回顺巷道中靶穿出； 2# 主孔深度822m，施 工1个分支孔，从运顺巷道中部中靶穿出。
随钻测量定向钻进设备组成
设备组成： 1.定向钻机 2.钻杆 3.钻头 4.泥浆泵 5.螺杆钻具 6.随钻测量系统
定向钻机
定向钻机： ZDY6000LD、ZDY6000LD(A)、ZDY4000LD
定向钻机
ZDY6000LD(A)钻机为整体式布局，由主机、电机泵 组、操纵装置、履带车体、稳固装置、电磁起动器、 泥浆泵八大部分组成，各部分之间用高压胶管和螺栓 连接。
煤矿井下随钻测量定向钻进分类
本煤层定向孔 煤矿井下随钻测量定向钻进技术适用于普氏硬度系数大
于等于1（f≥1）的较完整煤层，但不能在煤层断层带或煤层 陷落柱区域内钻进。 a 单孔抽放 b 主孔与分支孔联合抽放（羽状分支孔）
煤矿井下随钻测量定向钻进分类
梳状定向孔 煤层硬度系数较小，煤质松软，在煤层中难以成孔，采用
煤矿井下随钻测量定向钻进技术
中煤科工集团西安研究院钻探所
定向钻进定义
• 石油钻井中定向钻进的定义：沿着预先设计的井 眼轴线钻达目的层的钻井方法。
• 地质勘探中定向钻进的定义：利用钻孔自然弯曲 规律或采用人工造斜工具，使钻孔按设计要求进 行延伸钻到预定目标的一种钻进方法。
定向井轨迹设计计算方法探析
1.井眼轨迹的基本概念1.1定向井的定义定向井是按预先设计的井斜角、方位角及井眼轴线形状进行钻进的井。
（井斜控制是使井眼按规定的井斜、狗腿严重度、水平位移等限制条件的钻井过程）。
1.2井眼轨迹的基本参数所谓井眼轨迹，实指井眼轴线。
测斜：一口实钻井的井眼轴线乃是一条空间曲线。
为了进行轨迹控制，就要了解这条空间曲线的形状，就要进行轨迹测量，这就是“测斜”。
测点与测段：目前常用的测斜方法并不是连续测斜，而是每隔一定长度的井段测一个点。
这些井段被称为“测段”，这些点被称为“测点”。
基本参数：测斜仪器在每个点上测得的参数有三个，即井深、井斜角和井斜方位角。
这三个参数就是轨迹的基本参数。
井深：指井口(通常以转盘面为基准)至测点的井眼长度，也有人称之为斜深，国外称为测量井深(Measure Depth)。
井深是以钻柱或电缆的长度来量测。
井深既是测点的基本参数之一，又是表明测点位置的标志。
井深常以字母Ｌ表示，单位为米(m)。
井深的增量称为井段，以ΔＬ表示。
二测点之间的井段长度称为段长。
一个测段的两个测点中，井深小的称为上测点，井深大的称为下测点。
井深的增量总是下测点井深减去上测点井深。
井斜角：井眼轴线上每一点都有自己的井眼前进方向。
过井眼轴线上的某点作井眼轴线的切线，该切线向井眼前进方向延伸的部分称为井眼方向线。
井眼方向线与重力线之间的夹角就是井斜角。
井斜角常以希腊字母α表示，单位为度(°)。
一个测段内井斜角的增量总是下测点井斜角减去上测点井斜角，以Δα表示。
井斜方位角：井眼轴线上每一点，都有其井眼方位线；称为井眼方位线，或井斜方位线。
井眼轴线上某点处的井眼方向线投影到水平面上，即为该点的井眼方位线（井斜方位线）以正北方位线为始边，顺时针方向旋转到井眼方位线（井斜方位线）上所转过的角度，即井眼方位角。
井斜方位角常以字母θ表示，单位为度(°)。
井斜方位角的增量是下测点的井斜方位角减去上测点的井斜方位角，以Δθ表示。
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煤矿井下近水平随钻测量定向钻孔轨迹设计与计算方法石智军;许超;李泉新【摘要】On the basis of basic theory of directional drilling and MWD technical characteristic in underground coal mine, design content, computational method and design process of directional borehole trajectory in underground coal mine were studied. By defining the basic parameters of borehole trajectory, building the coordinate system of borehole trajectory design, stipulating representing method of borehole trajectory graph, a method of directional borehole trajec-tory design and calculation, including plane design, section design and check was provided. Practical application proved that the method met the accuracy demands of the directional borehole design and guided drilling.%以定向钻进基础理论为依据，结合煤矿井下近水平随钻测量定向钻进技术特点，研究煤矿井下定向钻孔轨迹设计内容、计算方法及设计流程。
通过定义钻孔轨迹基本参数，建立钻孔设计坐标系以及规定钻孔轨迹图形表示方法，形成一套包括钻孔轨迹平面设计、剖面设计及轨迹参数校核等关键环节的钻孔轨迹设计和计算方法。
实践证明，该设计和计算方法满足了定向钻孔设计的精度要求，为定向钻孔施工起到了良好的指导作用。
【期刊名称】《煤田地质与勘探》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】5页(P112-116)【关键词】煤矿井下;近水平定向钻孔;轨迹设计;轨迹计算【作者】石智军;许超;李泉新【作者单位】中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安 710077;中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安 710077;中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安 710077【正文语种】中文【中图分类】P634定向钻进技术起源于油气勘探开发领域，随着钻探技术的不断发展深入，该技术逐渐被引入地质勘探、煤矿井下钻探等新领域[1-2]。
近水平随钻测量定向钻进技术是煤矿井下钻探工程领域的一项新技术，目前主要用于煤矿井下瓦斯抽采、水害防治以及地质勘探等钻孔工程[3-4]。
煤矿井下定向钻进中，钻孔轨迹设计是保证钻孔成功以及钻具安全的关键。
在油气勘探开发钻井、地质勘探以及非开挖钻进领域中，定向钻孔(井)轨迹以靶点为目标，钻孔轨迹有准确的造斜点、稳斜点和靶点等关键点的坐标。
而在煤矿井下近水平定向钻进过程中，要求整个钻孔轨迹尽可能地在目标层位(煤层或特定岩层)中延伸，以达到最好的瓦斯抽采或水害防治效果。
上述技术特点的差异，使得现有的其他行业的定向钻孔(井)轨迹设计方法不能直接应用于煤矿井下定向钻孔的设计。
因此，有必要研究出一种针对煤矿井下近水平定向钻孔的轨迹设计和计算方法。
1 钻孔轨迹设计基础1.1 钻孔轨迹基本参数煤矿井下随钻测量定向钻进技术的实质是测斜仪器对钻孔轨迹进行一个点一个点地测量，而非连续性地测斜(目前的测斜方法还做不到连续测斜)[5]。
钻孔轨迹上被测量的点叫做测点，两个测点之间的孔段叫做测段，每个测点上测量所取得的测量数据包括该测点处的孔深、倾角和方位角。
这3 项参数是描述钻孔轨迹的基本参数，其他参数都是根据该3 项基本参数计算、推导而来。
a.孔深孔口到孔内某测点的钻孔轴线长度，通常以孔内钻具总长度减去测具前端钻具长度来度量。
b.倾角钻孔轴线上某点沿轴线延伸方向的切线与水平面之间的夹角。
倾角以水平面为基准，上仰为正，下斜为负，范围+90°～-90°。
c.方位角以钻孔轴线上某点正北方向线为始边，顺时针旋转至该点沿钻孔轴线延伸方向的切线在水平面上的投影线所转过的角度，即真方位角，范围0°～360°。
真方位角用于计算钻孔轨迹各测点在矿区坐标系下的坐标。
测量系统测得的方位角为磁方位角，真方位角与磁方位角差值为磁偏角，不同地区的磁偏角值有所不同。
1.2 坐标系建立根据煤矿井下定向钻进技术特点，结合煤矿生产需要，通常有两种用于描述定向钻孔轨迹的坐标系，即矿区坐标系和钻孔设计坐标系。
1.2.1 矿区坐标系矿区坐标系指矿区提供的技术资料(如：图纸、技术报告等)所采用的坐标系。
该坐标系常为国家统一坐标系；也可以根据实际需要，建立矿区局部坐标系统，亦称为独立坐标系 [6-8]。
矿区坐标系主要用于前期钻孔设计基本参数确定以及后期钻孔轨迹绘图。
1.2.2 钻孔设计坐标系以开孔点为坐标原点，钻孔主设计方位线延伸方向为X 轴正方向；X 轴水平顺时针旋转90°为Y轴正方向；竖直向上为Z 轴正方向的三维坐标系。
其中，X 轴上测点坐标值为该测点的水平位移；Y轴上测点坐标值为该测点的左右位移；Z 轴上测点坐标为该测点的上下位移[1,9-10]。
钻孔设计坐标系确立的前提是钻孔主设计方位(钻孔主设计方位线延伸方向)的选择。
钻孔主设计方位在选择上应遵循以下原则：简化钻孔空间参数，方便技术人员理解；有利于简化设计流程；方便施工操作人员进行设计轨迹参数与实钻轨迹参数的对比，以便控制钻孔轨迹按设计延伸。
根据煤矿井下定向钻孔平面布孔特点，将定向钻孔轨迹平面布置方式分为3 种类型：直线式、直线-造斜-直线式[9]以及全程造斜式。
其中，直线式指钻孔轨迹在水平面投影为一条直线孔段，这是煤矿井下定向钻孔较常见的布孔方式。
该布孔方式的钻孔主设计方位直接选择钻孔轨迹延伸方向所在方位，如图1a 所示。
直线-造斜-直线式布孔指钻孔轨迹在水平面上投影，孔口段和终孔段均为直线孔段，两直线孔段之间有过渡造斜孔段，这是煤矿井下定向钻孔最常见，且能充分体现定向钻孔技术优势的布孔方式。
该布孔方式的钻孔主设计方位一般选择终孔直线段延伸方向所在的方位，如图1b 所示。
全程造斜式布孔指钻孔轨迹在水平面投影完全是一条曲线孔段。
这种布孔方法由于孔身结构复杂，在煤矿井下少量地应用于需要在平面上绕障的定向钻孔。
该布孔方式钻孔主设计方位一般选择钻孔轨迹上开孔点与终孔点连接的直线方向所在方位，如图1c 所示。
钻孔设计坐标系主要用于钻孔设计、钻孔轨迹实钻参数处理、钻孔施工指导等。
图1 煤矿井下近水平定向钻孔主设计方位线选择Fig.1 Selection of main design azimuth of the nearly horizontal directional borehole in underground coal mine1.3 钻孔轨迹图形表示方法煤矿井下定向钻孔轨迹设计与计算包括两种轨迹图形组合方式，每种方式在钻孔轨迹设计不同环节有着不同的作用。
1.3.1 “水平位移-左右位移”图与“水平投影长度-上下位移”图“水平位移-左右位移”图即是钻孔轨迹在钻孔设计坐标系下的X-Y 水平面上的投影图。
该图真实地体现了钻孔轨迹在水平面上的布置形态，主要应用于钻孔轨迹平面布置设计以及剖面设计时目标层高度参数的提取。
“水平投影长度-上下位移”图即钻孔轨迹的垂直剖面图[5]。
该视图通过“水平位移-左右位移”图提供的钻孔轨迹水平投影长度与目标层高度参数进行钻孔轨迹剖面设计。
1.3.2 “孔深-左右位移”图与“孔深-上下位移”图钻孔轨迹设计完成后，形成了设计钻孔孔深与设计钻孔倾角和设计方位角的一一对应关系。
为了方便现场施工人员操作，进行设计轨迹与实钻轨迹参照对比，须绘制“孔深-左右位移”图与“孔深-上下位移”图。
1.4 钻孔轨迹计算方法通过多种钻孔轨迹计算方法对比煤矿井下定向钻孔轨迹设计参数及实钻参数，发现计算方法对计算结果偏差的影响微乎其微。
最终选择了“平均角法”(均角全距法)[12]作为煤矿井下近水平定向钻孔轨迹计算方法。
该方法假设两测点之间测段钻孔轴线为直线段，线段长度为测段长度，方位角和倾角分别为两测点方位角和倾角的平均值。
根据该方法经推导后可得钻孔轨迹上(i+1)测点在钻孔设计坐标系下的坐标计算公式[13-14]：式中ΔLi 为第i 测段长度(通常为3 m 或6 m)，m；θi 为第i 测点的钻孔倾角，(°)；αi 为第i 测点的钻孔方位角，(°)；α0为钻孔主设计方位角，(°)；x 为第(i+1)测点的水平位移，m；y 为第(i+1)测点的左右位移，m；z 为第(i+1)测点的上下位移，m。
钻孔轨迹第1 测点为开孔点，即钻孔设计坐标系原点，对应的x、y、z 坐标值均为0m。
2 钻孔轨迹设计流程煤矿井下定向钻孔轨迹设计主要包括钻孔轨迹平面设计、剖面设计以及轨迹参数校核3 个步骤。
这里将主要以“直线-造斜-直线”布孔方式(煤矿井下最典型的布孔方式)为例，结合“直线式”和“全程造斜式”的布孔特点探讨煤矿井下定向钻孔设计流程。
2.1 平面设计平面设计是煤矿井下定向钻孔设计的基础，其实质是设计钻孔轨迹方位角。
钻孔轨迹平面设计时假设钻孔轨迹全程倾角为0°。
2.1.1 建立钻孔轨迹计算模型建立XOY钻孔设计坐标系和计算模型如图2 所示。
根据钻孔布孔需要，钻孔终孔直线段方位α2、终孔直线段左右位移y、AB造斜孔段方位造斜率K方位、BC终孔直线孔段水平投影长度l3为已知。
为了确定钻孔轨迹，还应确定开孔方位α1、OA 开孔直线孔段水平投影长度l1和AB 造斜孔段水平投影长度l2这3 个参数。
图2 定向钻孔轨迹平面设计计算模型Fig.2 Design and calculation model ofthe directional borehole trajectory in horizontal plane根据图2 所示几何关系，可知l1、α1和l2关系为：由于钻孔结构为“直线-造斜-直线”形式，因此：α1≠α2，可得出：式(4)和式(5)中共存在l1、α1和l23 个变量，因此其不存在唯一解。
一般情况下根据钻场布孔需要，先选定一个开孔方位α1值，分别代入式(4)和式(5)计算出l1和l2的值(l1的值必须为正，否则，应重选α1值，重新计算)，最终得出合适的l1、α1和l2的值。