2020《 矿用钻孔深度声波检测仪》 编制说明

矿用钻孔深度声波检测仪编制说明
中煤科工集团西安研究院有限公司
中煤科工集团重庆研究院有限公司山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司
2020.1
1制定背景和任务来源
1.1制定背景
为加强钻孔施工管理，规范钻孔施工竣工验收工作，保证井下现场施工质量，各个煤矿企业特制定《钻孔施工验收考核管理办法》，其中最重要的验收指标就是钻孔实际成孔深度。

目前，由于缺乏有效、便捷的钻孔深度的检测手段，验收人员只能在钻孔终孔退钻时，通过点数钻杆数量的方式核实钻孔深度，费时费力，且无法对每个钻孔进行验收，进而存在工人虚报进尺的情况，造成“人为”探查、治理盲区的出现，对煤矿安全生产形成巨大安全隐患。

针对这一问题，市场上出现各式各样的钻孔深度检测仪，其中以基于声波反射的钻孔深度检测仪为主。

目前国内还没有统一的煤矿井下钻孔深度检测仪行业标准，造成各个单位生产仪器的产品标准不同，导致市场上产品的性能参数各异。

对煤炭企业用户来说，仪器本身就是一种新技术、新产品，由于各生产单位在技术要求和操作说明上表述方式的不同，加大了企业合理选型和实际应用的难度。

对国家相关检测和监管部门来说，由于缺乏统一的理论依据和试验方法，给相关部门在监督检验仪器的时候带来一些困扰。

1.2任务来源
本标准是依据《国家安全监管总局国家煤矿安检局关于下达2015年煤炭行业标准制修订项目计划的通知》（安监总煤装函[2015]94号）批准制定，编号为：2015-MT-15。

标准由煤炭行业煤矿专用设备标准化技术委员会提出并归口；主要由中煤科工集团西安研究院有限公司负责起草。

2主要工作过程
自立项计划下达以来，起草单位和起草人立即组织成立了起草工作组，负责标准的
组织协调和起草工作，全面开展标准编写工作。

2016年1月，成立矿用钻孔深度声波检测仪标准编写小组，开始着手调研及前期工
作。

2016年4月，标准起草小组召开会议，讨论标准的框架和结构，并作出分工部署。

2016年11月，多位研究人员分工合作，对标准的各部分进行编写，对各条框进行反复推敲，并多次组织内部专家召开研讨会，最终制定该标准的内部讨论稿。

2017年9月，向中煤科工集团西安研究院有限公司的钻探技术与装备研发中心领导、专家、仪器研发和煤安认证管理专业技术人员发出征求意见稿，均返回了修改意见。

2017年10月，项目组在征求意见稿的基础上针对审稿专家提出的修改意见进行了必要的修正和调整，并再次召开部讨论会对修改后的标准进行研讨，修改征求意见稿。

2017年11月，中煤科工集团西安研究院有限公司标委会第一次组织内部专家对征求意见稿进行了研讨，确定了修改方向；项目组成员再次进行修改。

2018年6月，中煤科工集团西安研究院有限公司标委会第二次组织内部专家对征求意见稿进行研讨，确定了征求意见稿。

2018年7～8月，向国内多年从事钻探仪器研发、矿用设备检测和煤矿井下钻孔施工管理的27位技术专家和高校教授发出征求意见稿，征求其评审意见，27位专家均寄回了评审意见回执，并提出了很多建议性改进意见。

经过整理汇总46条，采纳意见39条；未采纳7条。

2018年9月，起草组在征求意见稿的基础上针对专家提出的修改意见进行了必要的修正和调整，9月20日召开专家评审会对修改后的规程进行研讨，形成送审稿。

2018年10～11月，起草组在与征求煤炭行业标准技术委员会专家反复讨论的基础上对送审稿进行了修改，形成了报批稿。

2020年1月3日，起草组参加由国煤炭工业协会组织的煤炭行业标准审查会，汇报了本标准的主要内容、征求意见反馈处理情况及标准对行业发展促进作用，评审专家原则上通过标准文本的审查并提出报批稿的修改建议，会后标准起草组对审查会专家意见逐条进行了讨论修改，汇总了专家审查会意见处理表，再次形成报批稿。

3标准的主要内容及确定依据
起草小组主要参考了矿用地震检波器等相关行业标准，结合矿用孔深检测仪的性能特点、检测检验、使用与维护经验编制而成，是矿用钻孔深度声波检测仪制造、检验和质量评价的重要依据和准则，满足煤矿井下孔深检测的需要，对规范和促进矿用孔深检测仪的发展及应用起到重要作用。

标准中主要技术内容的确定依据如下：
（一）范围：
目前煤矿井下主要有两种钻孔深度检测方式，一种是基于声波在钻杆柱中的反射原理，一种是基于钻机行程计算的原理，本标准是针对采用声波反射原理探测孔深的检测仪，对采用其它原理探测孔深的仪器不适合，但部分内容可供参考。

（二）术语和定义：
标准中规定的术语和定义是煤矿井下孔深检测中经常用到的专业名词，为便于广大读者和使用人员的阅读和理解标准内容，编写了常用的几个术语；同时为保障与现行相关标准和法规等文件的一致性，部分名词参照煤矿井下定向钻进技术和矿用地震检波器等相关标准中的相应定义。

“钻杆柱”作为标准中声波反射传播的介质，需特别指出是通过螺纹紧密连接的钻杆，这样才能有效传播声波。

其它形式连接（如：插销）的钻杆柱，可能影响声波传播效果，因此特别给出定义。

“孔深”参考了煤矿井下定向钻进规程，特别之处在于其可以通过测量钻孔中未提钻的钻杆柱，确定钻孔深度。

“首波”参考GGJ990-2004中的术语“首波”，区别在仅指在钻杆柱中传输的波形，而其它泛指在空气、液体和固体传播的波形则不是。

（三）技术要求：
钻孔深度检测仪作为一种测量仪器，结合现场需求，主要对仪器测深能力、测量精度、连续工作时间、波形存储数量、采样率、噪声电压和动态范围指标进行规定；其中测深能力、测量精度和连续工作时间是检测仪的核心性能参数，直接考验着检测仪的优劣及市场前景；采样率、噪声电压和动态范围作为检测仪性能的细化指标，是实现产品核心参数的有力支撑；波形存储数量的要求，有利于提高产品实用性。

同时，作为一种矿用仪器，对环境适应性、电气安全和防爆性能等进行了规定。

图1检测仪采集波形示意图
1)额定量程
额定量程受声波反射原理的影响，检测距离越长，收到回波的可能性越小，即仪器可靠性下降，如图1所示，距离比较远时，回波可能淹没在噪音中无法辨识；另外，短距离回波峰頂比较平，难以精确判断峰值点，且短距离检测必要性不高，完全可以通过
目测等方式记录，因此将额定量程确定为一个范围，有下限值和上限值要求。

考虑到目前常规钻孔最大孔深一般都在150m 范围以内，而检测距离越大，检测可靠性会有明显下降，因此确定额定量程上限值不小于150m 即可，这样既满足了绝大多数的现场需求，又提高了仪器的可靠性。

2)最大绝对误差
最大绝对误差不大于（测量值×1%+1），表明了仪器误差随着检测距离逐渐增大的规律，且其最小误差也大于1m ，如此大误差，剔除了短距离检测的必要性，符合现场规律，所以在产品标准中需规定量程下限值。

3)最小检测分辨率
采样率不小于50kHz ，主要考虑声波在钻杆中的传播速度大概在5000m/s 左右，采样率不小于50kHz ，即采样间隔0.02ms ，转化成声波传播距离是0.1m ，这个就是对检测仪提出的最小检测分辨率。

4)噪声电压
噪声电压广泛存在于电子仪表，其大小影响测量精度，当然越小越好，但太小的限定值给仪表制造和成本控制带来不必要的麻烦，结合检测仪的实际生产和使用状况，我们对这个值进行了比较合理限定，规定噪声电压不大于1mV ，而常规一般探头输出电压大概为10mV-5V ，规定值是探头输出电压最低值的1/10，使检测仪具有良好的信噪比，保证了测量精度。

5)动态范围
声波信号幅值随孔深增加而衰减，在孔深较浅的情况下，探头采集到的声波信号幅值相对较大。

在要求噪声电压不大于1mV 的条件下，即相当于可辨识的最小信号电压值大于等于1mV ，根据动态范围公式：
min
max lg 20V V D 可知，动态范围在20dB 时，最大信号电压峰-峰值为10mV ；动态范围在40dB 时，最大信号电压峰-峰值为100mV ；动态范围在60dB 时，最大信号电压峰-峰值为1V ；动态范围在80dB 时，最大信号电压峰-峰值为10V ；动态范围在100dB 时，最大信号电压峰-峰值为100V 。

所以，要求动态范围不小于60dB，就是要求检测最大信号值与最小信号值相差不小于1000倍，这样即能够满足检测信号强弱变化的需求，又能够保证检测信号值在一个便于检测的范围（约100mV~10V）内变化。

6)连续工作时间
连续工作时间不小于8h的规定体现煤矿特色，主要考虑煤矿井下施工一个班次的时间是8h，即使存在误操作或者连续工作情况，也可持续一个班次，方便上井时再更换仪器或者提取数据。

（五）试验方法：
针对第5章规定的技术要求，确定了试验环境条件、测试仪器及设备，综合考虑相关国家或行业标准，参考已有产品的企业标准、相似产品的行业标准和国家标准的试验方法，制定了针对性的试验方法，保障检测数据的科学性和公正性。

附录A是体现基于声波在同一介质中传播速度相同和声波在传播到不同介质接触面时发生反射的两个物理现象，描述了标定钻杆柱中声波传播速度和计算钻杆柱长度的方法，是标准制定中的具有特色的试验方法。

以此为基础进行“额定量程”和“最大绝对误差”的试验，需要指出的是，“额定量程”试验中通过发出一个模拟的典型波形进行试验，“最大绝对误差”试验中需要连接不同长度的实际钻杆柱进行试验。

4采用国际标准
目前国际上还没有此类产品，所以没有可采用的国际标准。

5与现行法律法规和强制性标准的关系
标准编写过程中充分考虑到煤矿安全规程、国家强制性标准GB3836、行业相关标准和类似产品标准的规定，因此不与现行法律法规和强制性标准产生冲突。

6重大分歧意见的处理经过和依据
标准征求意见阶段，收集并汇总了46条专家意见。

起草组在处理专家意见时，充分尊重专家意见，尽量采纳并修改。

当专家意见与起草组或与其他专家之间存在重大分歧时，先以电话、面谈或电子邮件的方式与相关专家进行沟通，确保正确传递彼此的意图，争取达成一致意见。

若采取以上措施后，仍然存在较大分歧，则向第三方专家或机构征求对分歧点的处理意见，完成最终修改。

对未采纳的每一条意见均给出合理的解释。

标准立项名为《基于声波反射原理的钻孔深度检测仪》，是因为想在标准名称中增
加能够体现仪器检测原理的表述，但在征求意见稿中评审专家建议修改为《煤矿用声波反射钻孔深度测量仪》，后经过与评审专家的沟通，考虑到以下几点：（1）立项名结构“基于***原理的***”更像一篇论文或者科研项目的题目；
（2）标准中已经按照检测原理将产品分类，基于声波反射原理的检测仪只是其中的一种类型，且本标准仅适合基于声波反射原理的钻孔深度检测仪，其它原理的检测仪可以借鉴。

（3）研制钻孔深度检测仪的目的主要是为了对钻孔施工人员上报的钻孔深度进行验证。

考虑到评审专家的建议包容性更强、原理和检测目标都有体现，修改为《矿用声波钻孔深度检测仪》，之后通过专家评审会评审更名为《矿用声波钻孔深度检测仪》。

在2020年1月3日的标准审查会上采纳现场专家建议，调整标准名称中定语顺序为《矿用钻孔深度声波检测仪》。

7标准作为强制性或推荐性标准发布的意见
本标准为产品标准，按国标委的相关规定，应为推荐性标准。

8贯彻标准的要求和措施建议
本标准批准公布后，建议可采取以下措施和方法进行宣贯：
（一）标准主管部门和所属行业协会、标准委员会以组织会议形式对全国从事装置设计、生产、制造和使用的企业领导与技术人员进行宣贯、培训，提高相关企业对本标准的重视程度。

（二）考虑仪器的特殊性，其设计、生产、制造和使用的企业在行业内均为公有知识，本标准批准公布后，可向各相关企业寄送标准文本，便于了解相关要求，促进整个行业对标准的认识接纳速度。

（三）可结合标准编制单位的钻探和物探装备销售网络、技术培训班和现场推广试验，对标准进行逐步宣贯、培训，确保标准的最终落实。

9废止现行有关标准的建议
目前尚无相关行业标准，不存在现行有关标准废止问题。

10其他应予以说明的事项
无。