一种井下钻孔探测新技术在地质防探水中的应用

1、一种井下钻孔探测新技术在地质防探水中的应用摘要:井下钻孔自然伽玛与视频同步探测系统是基于专利技术研发，专门用于煤矿井下钻孔综合新型采集与分析的新型技术。它能够一次完成视频、自然伽马、测斜（钻孔方位、倾斜度）数据采集，并结合软件进行数据的同步分析计算，获取钻孔岩性柱状、钻孔轨迹、钻孔结构等多项成果。晋能有限责任公司华阳煤业矿井在井巷开拓及按照探放水规程实施超前钻探过程中出现大量的探放水钻孔涌水现象及常规手段较难解释的地质现象。采用此项新技术的应用对上述现象进行了探测，查明了出水原因及地质异常现象。关键字：自然伽玛钻孔视频钻孔探测防治水1前言当前矿井生产普遍受到地下水害威胁，钻探作为防治水工作的必

2、要手段，井下施工了大量的地质防探水钻孔。然而，从当前井下测距技术而言，这些防探水钻孔一旦发现异常现象，如钻孔涌水、层位异常等，往往很难解释其原因。另外，由于普遍存在的钻孔孔斜现象（50m以上的钻孔，水平偏离可达10m以上，倾斜角偏离可达几度，甚至20度以上），实际施工这些钻孔很难达到国家煤矿防治水规程规定的帮距、超前距等要求，层位判断更是无从谈起。山西煤炭运销集团华阳煤业矿井在井巷开拓及按照探放水规程实施超前钻探过程中出现井巷与钻孔涌水现象，矿井最大涌水量达200m3/h,根据上级管理部门要求必须查明水源，矿井施工由此被迫停止，生产计划受到严重影响。为查明出水钻孔情况，进而查明矿井涌水原因，矿

3、方尝试采用了井下钻孔自然伽玛与视频探测系统”这一新型技术对探放水钻孔进行了探测。该探测系统同时了采集钻孔视频、自然伽玛测井曲线及孔斜资料，查明钻孔的实际轨迹、钻孔揭露层位及出水点的特征等情况，这就为决策部门进一步的防治水工作提供了依据。2探测技术原理如图1所示，本次采用的井下钻孔自然伽玛与视频探测系统”的基本原理为：视频采集技术与一种测井技术相结合，即在可视化条件下结合物探自然伽玛测井曲线，进行同步探测，同时具备孔斜测量功能，测量钻孔的孔斜数据。结合专门分析软件，在井上实现视频与测井曲线的同步分析。可以有效获取分层岩性、厚度、岩层软硬程度、岩石孔隙、裂隙、出水点特征、顶板离层情况、断层及钻孔方

4、位、倾角等信息。这些都是地质、防探水、井巷工程设计与施工极具价值的基础技术资料。该技术已申请了国家发明专利（申请号201110343882.8,并获实用新型专利（专利号：201120431421.1），仪器由西安瑞泰电气有限公司研制。3应用情况2013年3月3日华阳矿总运输大巷探水施工2#钻孔（方位角3530,沿15#煤层钻进；1#钻孔方位角40,钻进160m无水）在钻至65m时遇水，涌水量大约6m3/h。此时发现涌水携带物有煤屑和似黄泥等稞粒物，怀疑前方有在矿区西侧原富景煤矿的旧巷，为探明情况，在出水点两侧共打探放水钻孔12个,其中有10个钻孔出水，总运输大巷左侧钻孔施工结束后，孔口管上压力

5、表，水压为0.175MPa,4月10日前没有正常排水，10日后，每日大约排水1400m3,水压降至0.14MPa。共排水约15000m3。5月31日排水能力增加，继续打放水钻孔11个。根据探放水孔的设计、钻探过程出水情况及部分钻孔由于施工时间长发生塌孔等情况，此次仪器探测共计实施了6个钻孔的测试。以8号孔为例，说明获取的数据及分析结果如下：3.1异常点视频截图8#钻孔共计视频数据显示，有4处异常点：深度张性裂隙宽度50mm左右，裂隙表面附着有黄色泥质充填物深度张性裂隙宽度20mm左右，裂隙表面附着有黄色泥质充填物深度张性裂隙宽度70mm左右，裂隙表面附着有黄色泥质充填物孔底位置，孔中央见大块岩

6、石3.2岩性柱状及孔斜通过曲线和视频综合分析，钻孔岩性揭露情况.钻孔开孔方位投影轨迹剖面，通过孔斜分析，钻孔总体先向上偏离设计位置，最大偏移量在1.2m，终孔孔斜度接近水平，如图3所示。3.4结果分析综合以上探测数据，分析结果如下：（1）综合钻孔测斜、岩层产状（沿钻探方向倾角为-6o至-8o）及视频分析，钻孔在10-13m处进入顶板K2灰岩。（2）钻孔在水平方向偏移范围在341o至15o之间，垂直方向倾角变化在-3.9o至9.5o之间，最大垂直偏移距离为0.84m（相对水平面）；钻孔垂直方向轨迹先向上倾斜，在33m处达到高点，其后向下倾斜，最终在终孔深度63m处进入K2灰岩约4.73m。（3）

7、可能的出水点、涌水通道有4处，分别位于：9.4m至11m之间、60.5m、61.6m和64m处，为张性裂隙特征，终孔附近三处的裂隙宽度在30mm-70mm之间。（4）涌水量变化：由钻孔在11m之前，涌水量小于10m3/h,在视频中流水部分只占总截面积的1/3,其后增大至满孔径，说明水在11m之前的裂隙处渗漏。真正大的出水点应该在终孔处的三个裂隙。临近的9#探水孔（终孔深度14m，12m处出水，涌水量大）关闭阀门后10#、11#孔涌水量陡增，也说明9-11m附近有良好的导水通道。（5）初始钻孔发生涌水时，钻孔水中带有黄泥及黄泥岩石碎屑的现象，可以在视频中观测到的之间的三处裂隙表面附着有黄色泥质充

8、填物得到解释。3.5综合探测分析结果通过对6个钻孔探测分析，对当前矿井涌水情况形成分析结论如下：涌水原因在总运输大巷正前方10m-15m处顶板K2灰岩发育有一处含水裂隙带或破碎带，5#、6#、9#探水孔在12m左右出水是由于钻孔进入顶板揭露该破碎带或裂隙带所致，且裂隙带或破碎带的导通性良好。8#、10#、11#钻孔亦曾揭露该部位。基本可以排除落差大于1m的断层出水及陷落柱出水的可能涌水量通过矿方对总运输大巷探放水孔涌水量观测，总运输大巷左侧钻孔施工结束后，孔口管上压力表，水压为0.175MPa,4月10日前没有正常排水，10日后，每日大约排水1400立方米，水压降至0.14MPa,目前更是降至0.01MPa以下。并且总体涌水量在较为显著减小，如总运输大巷与总轨道大巷联络巷中顶板垂直最初出水量大，目前已经无水。以上说明此局部区域的K2灰岩有局部富水现象，但没有大的补给来源，涌水量有望持续减小甚或被疏干。4结语通过多次试验证明井下钻孔自然伽玛与视频探测系统”可以有效获取分层岩性、厚度、岩层软硬程度、岩石孔隙、裂隙、出水点