测井分析技术在煤矿井下钻孔的应用.pdf

煤炭与化工 Co a l a n d Ch emica l In d ust r y 第43卷第6期 2020年6月 Vo l .43 No .6 Jun . 2020 采矿与井巷工程 测井分析技术在煤矿井下钻孔的应用 李金泉，安贵友 （冀中能源峰峰集团有限公司，河匕邯郸056107） 摘要钻孔轨迹偏斜在煤矿井下施工中普遍存在，不能准确掌握钻孔位置，达不到钻探的 目的，影响安全生产。利用测井分析仪对钻孔进行测井、分析，能够在煤矿井下一次快速完 成视频、自然伽马、轨迹（方位角、倾角）数据采集，地面处理软件可以高效处理数据，自 动导出钻孔轨迹平面图、钻孔轨迹剖面图、视频岩心图等成果。以该技术在荣泰煤矿巷道底 板钻孔岩性判断分析为例，验证了此项技术的实用性。 关键词井下钻孔测井；防治水；自然伽玛测井 中图分类号TD823 文献标识码B 文章编号2095-5979 （ 2020 ） 06-0032-06 Application of logging analysis technology in mine drilling Li Jin qua n , An Guiyo u Jizhong Energy Fengfeng Group,Handon 056107,China Abst r a ct Th e d efl ect io n o f t h e d r il l in g t r a ject o r y is ver y co mmo n in t h e un d er g r o un d co n st r uct io n o f min es, a n d t h e po sit io n o f t h e d r il l in g h o l e ca n n o t be a ccur a t el y g r a sped . Lo g g in g a n d a n a l ysis o f d r il l in g wit h a l o g g in g a n a l yzer , wh ich ca n quick l y co mpl et e vid eo , n a t ur a l g a mma , a n d t r a ject o r y a zimut h , in cl in a t io n d a t a co l l ect io n in t h e co a l min e a t o n ce, a n d pr o cessin g so ft wa r e o n t h e g r o un d ca n per fbn n efficien t d a t a pr o cessin g , a ut o ma t ica l l y expo r t d r il l in g t r a ject o r y pl a n , d r il l in g t r a ject o r y pr o fil e, vid eo co r e ma p a n d o t h er a ch ievemen t s. Th e l it h o l o g y jud g men t a n a l ysis o f t h is t ech n o l o g y in t h e fl o o r o f Ro n g t a i Min e r o a d wa y wa s t a k en a s a n exa mpl e, t h e pr a ct ica l it y o f t h is t ech n o l o g y wa s ver ified . Key wo r d s un d er g r o un d l o g g in g ; wa t er co n t r o l ; n a t ur a l g a mma l o g g in g 0引 言 随着煤矿井下开采深度增加，开采范围的拓 展，井下煤炭开采的地质条件变得越来越复杂， 安全隐患增多，矿井涌水、突水危害就是威胁煤 矿安全生产的重大问题之一。根据国家煤矿防 治水规定要求，防治水必须遵循“有疑必探， 先探后掘”的原则，有些地方行业管理部门更是 要求“有掘必探”。井下钻孔取芯，钻进工期、成 本将成倍增加，除非特别要求，一般不取岩芯。 即便取芯，由于井下钻探施工条件苛刻，取芯率 往往不高，严重影响到钻探地层层位的判断。井 下施工的钻孔是任意倾斜角度设计的，钻孔轨迹 偏斜现象十分普遍，更是增加了层位判断的难度。 地球物理测井技术是钻探成果解释可靠性的保障, 地面钻孔如果不测井，钻孔成果会定性为不可靠O 井下钻孔原来没有测井技术，其成果很难解释。 井下钻孔测井可以有效提升钻探成果解释的可靠 性，提高广大地质工作者判断地质情况的准确性, 大量减少钻探工程的浪费。矿用钻孔测井分析仪 可以实现对视频、自然伽玛、钻孔轨迹（方位角、 倾角）数据、钻孔深度数据的一次性采集，通过 软件实现钻孔孔斜计算、定量分析揭露地层的岩 性、厚度、含水性及孔壁结构特征（包括分层性、 厚度、岩层软硬程度、岩石孔隙、裂隙、出水点 特征、顶板离层情况及断层等）。2019年四季度， 荣泰煤矿巷道底板3个取芯钻孔，采用井下钻孔 测井分析仪进行测井分析，并与钻孔岩芯进行了 责任编辑郭媛媛 DOI 10.19286/ k i.cci.2020.06.009 作者简介李金泉（1970-）,男，河北石家庄人，高级工程师。 引用格式李金泉，安贵友.测井分析技术在煤矿井下钻孔的应用[J].煤炭与化工，2020 , 43 （ 6） 32-37. 32 李金泉等测井分析技术在煤矿井下钻孔的应用2020年第6期 对比分析。 1矿用钻孔测井分析仪的工作原理 由于井下特殊的防爆要求与施工条件，能够 进行井下钻孔测井的技术很少，矿用钻孔测井分 析技术能够进行井下钻孔综合测井与数据分析。 矿用钻孔测井分析仪结构由探头、主机控制箱、 主机控制面板、分析软件、专用探头推杆5部分 构成（图1）。其中，探头由视频采集模块、自 然伽玛模块、孔斜测量模块构成，在井下现场一 次可以采集高分辨率视频、自然伽玛数据、孔斜 方位角与倾斜角、钻孔深度数据。探头与控制箱 采用有缆传输方式进行通信現 图1自然伽马与视频同步分析岩性示意 Fig . 1 Lit h o l o g y a n a l ysis o f n a t ur a l g a mma r a y a n d vid eo syn ch r o n iza t io n 采用自然伽玛测井曲线与视频同步数据分析, 来判读岩性与分层，弥补了单一曲线分析岩性的不 足，即按照同一深度上的视频、曲线数据相互印证 判断岩层岩性。软件能够绘制钻孔岩性柱状、钻孔 平面图及地质剖面图，视频能够分析钻孔的内部结 构如岩层软硬程度、岩石孔隙、裂隙发育情况、出 水点、顶板离层情况及断层等，各种图形可以以 CAD或图片格式输出。 该钻孔测井分析仪具有体积小巧、功耗低、携 带方便、操作简单、高效准确、成本低廉、采集信 息量丰富、分析功能强大、成果丰富等特点，能够 适用于包括锚索钻孔在内的井下所有类型的钻孔探 测需要，可以广泛应用于各类矿山井下的防治水、 地质勘査、地质找矿、顶板支护探测钻孔及各类隧 道施工中钻孔的信息采集分析等领域。 2探测与数据分析应用案例 2.1钻孔实测参数 荣泰煤矿为勘査煤层下边本溪组铝土矿资源情 况，除施工地面钻孔外，在巷道底板共施工3个垂 向钻孔（表1）,钻孔施工结束后，使用钻孔测井 分析仪YCJ90/360分别对3个钻孔进行测井,和钻 孔岩心进行对比，地层分层、岩性、岩层破碎情况 吻合度很好，利用测井分析仪的分析软件绘制了钻 孔综合分析柱状图、钻孔实测轨迹剖面图。 钻孔实测参数见表l o 表1钻孔实测参数 Ta bl e 1 Mea sur ed pa r a met er s o f d r il l in g 孔号终孔深度加实测深度血 深度1深度2 孔深/m 方位/ （。）顶角/ （。） 孔深/m 方位/ （。）顶角/ （。） JX184.6081.9250119.580.7581.9227.641.88 JX282.6080.4450273.510.9580.44195.051.98 JX366.6065.3150343.382.0865.3127.642.73 2.2钻孔实测柱状图 JX1钻孔综合分析柱状图如图2所示，JX1钻 孔在孔深40.6 m处，本溪组中下部层位揭露第一 层铝土，厚度3.0 m,中间夹有0.2 m厚薄层灰岩; 在63.2 m处揭露第二层铝土，厚度9.4 m;在78.4 m揭露第三层铝土，厚度2.12 m。 JX2钻孔综合分析柱状图如图3所示，JX2钻 孔在孔深57.83m处，本溪组中下部层位揭露第一 层铝土，厚度4.67 m;在6 5m揭露第二层铝土， 厚度8.72 mo JX3钻孔综合分析柱状图如图4所示，JX3钻 孔在孔深44.63 m处，本溪组中下部层位揭露第一 层铝土，厚度3.98 m;在58.65 m揭露第二层铝 土，厚度 2.36m。 2.3钻孔实测轨迹剖面图 钻孔实测轨迹剖面如图5所示。垂直线为 设计钻孔，偏移线为实际钻孔的轨迹。偏移线 右侧的数字为孔斜值，测井是连续的，只标注 了个别深度的孔斜。通过实测，达到设计精度， 满足需要。 33 2020年第6期 煤炭与化工 第43卷 图2 JX1钻孔综合分析柱状图 Fig . 2 JX1 bo r eh o l e co mpr eh en sive a n a l ysis h ist o g r a m 34 李金泉等测井分析技术在煤矿井下钻孔的应用2020年第6期 图3 JX2钻孔综合分析柱状图 Fig . 3 JX2 bo r eh o l e co mpr eh en sive a n a l ysis h ist o g r a m 35 2020年第6期 煤炭与化工 第43卷 图4 JX3钻孔综合分析柱状图 Fig . 4 JX3 co mpr eh en sive a n a l ysis co l umn d ia g r a m 36 李金泉等测井分析技术在煤矿井下钻孔的应用2020年第6期 JX1开孔 4结论 I终孔 i（82.36m） JX2开孔,JX3开孔 图5钻孔实测轨迹剖面 Fig . 5 Bo r eh o l e mea sur ed t r a ck pr o fil e 3测井分析成果 本次探测目的为査明本溪组铝土矿赋存情况, 所以，测井分析结果只侧重于铝土矿层位情况，其 他层位的岩性、构造等略去。 采用YCJ90/360型“矿用钻孔测井分析仪”进 行测井分析，划分岩性，确定矿层厚度、位置。和 钻探时采取的岩芯进行对比，基本吻合。测井程序 简单，钻孔测井用时不到l h。能在不取芯钻进的 情况下准确划分层位，可以大幅度降低取芯钻探工 程的工程量。目前已经在全国上百家煤矿得到应用 和验证，这次在荣泰煤矿井下钻孔的测井，是首次 在山西冀中所属煤矿的试验应用。在2017年，该 技术已被列入国家科技部、安全监察总局的安全生 产先进性实用性技术名录。 1 由于井下地质条件的复杂性，探测目的 的多样性，但常规地面测井技术不能应用于井下 钻探。如果没有测井技术，一是会造成钻孔没有 达到设计位置，增加了成本，影响安全生产；二 是钻探成果难以解释，无法准确判断岩性、层 位、水文情况及偏斜轨迹，从而会导致技术判断 失误，不能实现钻探的目的。有时多孔也达不到 设计目的，造成浪费。利用钻孔测井分析仪对施 工的井下钻孔测井，可以准确获取孔内地质、水 文、偏斜等信息，一孔就能够达到设计初衷，甚 至可以实现一孔多用，减少了钻孔个数和钻孔工 程量。 （2）受钻探技术、成本的影响，目前阶段普 通钻机无法实现定向钻探，解决不了指哪打哪的问 题，通过井下钻孔综合测井技术的实施，可以首先 知道打到哪了，一旦没有打到指定位置，可以及时 补充钻孔，并逐渐摸索偏斜规律，提高钻孔的准确 性，减少无效钻孔。 （3 ）尽管地层的测井参数具有普遍规律性， 但是由于不同地区岩层物性差异，所表现出来的测 井参数不尽相同。在初期阶段，通过一定数量的测 井分析结果和钻孔采取的岩芯比对、修正，再比 对、再修正，建立各矿的岩性一自然7曲线模型 及标准数据库，逐步实现更加精准的井下钻孔岩性 分析。通过井下钻孔综合测井分析取代钻孔取芯， 实现无芯钻探，提高钻探效率，降低钻探成本，更 精准、更可靠的服务安全生产。 参考文献 [1 ] 王永文.煤矿井下钻孔综合测井技术及应用[J ]-煤炭与化 工，2017 , 40（5） 95 - 99. [2] 马庆勋，李贤志，张泽奇.一种以自然伽玛参数为主的综合 煤矿井下测井系统[J].煤矿开采，2015 , 20（2） 16- 19. VWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWVVWWWWWWWWWWWWWWWWWWVVWV （上接第31页） [4] 范立民，马雄德，冀瑞君.西部生态脆弱矿区保水采煤研究 与实践进展[J].煤炭学报，2015, 40（8） 1711 - 1717. [5] 苗文韬，冀荣晓，牛中平，等中国西部科学采煤中的生态 环境保护研究[J].煤炭与化工，2013, 36 （1 ） 8-14. [6] 范立民，马雄德，蒋泽泉，等.保水采煤研究30年回顾与 展望[J].煤炭科学技术，2019, 47 （7 ） 1-30. [7] 孙学阳，梁倩文，苗霖田.保水采煤技术研究现状及发展趋 埶J].煤炭科学技术，2017, 45 （1） 54 - 59. [8 ] 吴晓刚固体充填材料力学特性研究及应用[M ].徐州中国 矿业大学，2014. [9 ] 师本强陕北浅埋煤层矿区保水开采影响因素研究[M ].西 安西安科技大学，2012. [10 ]张志明，宋龙哲，李晓东.浅煤层保水开采技术研究[J ].煤 炭与化工，2015, 38 （10） 73 - 75. 37