煤矿井下钻孔测井技术

煤业公司地测部煤矿井下钻孔测井技术2018.2煤业公司地测部煤矿井下钻孔测井技术一、问题提出二、矿井测井技术现状与展望三、矿井测井技术在开滦矿区应用四、几点要求（建议）煤业公司地测部一、问题提出开滦煤矿始建于1878年，现已普遍进入深部开采阶段，伴随着深部地质条件日趋复杂，井下钻探在地质工作中越来越发挥着重要的不可替代的作用。钻孔取芯是地质工作的传统方法，也是地质工作者获取深部地层信息的最直接的手段。受地质条件、施工工艺和钻探技术手段等客观条件影响，岩芯采取率很多时候并不能很好的满足地质的需求。另外，由于煤岩层赋存状况变化、施工工艺等原因,钻孔施工过程中偏离设计轨迹也经常发生，给后期资料的分析带来困难，容易出现钻孔数量越多，越难准确分析煤岩层及构造赋存状态的“怪”现象。煤业公司地测部钱家营矿钻孔三维成像综合成果表序号施工地点钻孔参数三维成像探测情况方位/°倾角/°孔深/m层位方位/°倾角/°探测深度/m水平偏斜/m垂直偏斜/m1-1100中央轨道山2981273.512-1煤层顶板298-30012-1416.00.20.22-600西大巷1#3321842.812-1煤层顶板329-33316-1811.00.10.131325西西边眼2#183262.412-2煤层顶板8-1531-3310.00.8042875东边眼3#1311661.67煤层139-14117-1915.02.50.55-600西九采上车场1#340562.412-1煤层顶板339-3446-818.80.70.76-780西轨道大巷1#补33723111.39煤层顶板339-34723-2525.61.60.47-850主石门1#钻孔2982715.05煤层顶板296-31426-3013.61.908-850主石门1’#钻孔2882122.85煤层顶板288-29016-2220.70-0.59-850主石门2#钻孔3011434.55煤层顶板302-32712-1823.13.80.410-850主石门5#钻孔256718.15煤层底板255-2605-78.90-0.211-850主石门4#钻孔26614.533.25煤层顶板264-26813-178.90.2-0.112-850副石门T5钻孔3401073.95煤层顶板340-34610-1421.71.50.613-850副石门T6钻孔2491530.05煤层底板244-25113-1712.0-0.8-0.614-850副石门实验2孔2182539.55煤层顶板216-22024-3025.00.42.1一、问题提出煤业公司地测部钻钻孔孔实实测测结结果果施工完成后，经测量人员测量发现1号钻孔偏移2.5m，2号钻孔偏移2.1m（见图）设计孔深39.6m平面偏斜2.5m一、问题提出煤业公司地测部一、问题提出林南仓矿-650轨道石门超前探7#孔：（1）开孔位置距离上顶1.9m，距离左帮2.4m（2）孔前16.5m距离上顶1.3，距离左帮2.4m（3）孔前25.2m距离上顶1.3，距离左帮1.6m（4）孔前32.5m已观测不到钻孔垂直偏斜实测倾角2°-3°（5.8%）煤业公司地测部一、问题提出煤业公司地测部一、问题提出煤业公司测斜资料统计分析，矿区内孔深百米内钻孔垂直和水平孔斜分别达8.4%和16.5%。以上资料林西矿实施的定向钻孔平面偏斜为6%；范各庄矿水文观测孔垂直和平面偏斜分别为24%和55%。煤业公司地测部一、问题提出煤业公司地测部一、问题提出新版煤矿防治水规定煤业公司地测部二、矿井测井技术现状与展望1引言2矿井测井技术的特点3矿井测井技术发展现状4矿井测井技术的发展趋势煤业公司地测部二、矿井测井技术现状与展望1引言测井技术于1927年起源于法国，用于识别评价地层、降低勘探成本，其发展经历了半自动测井、全自动测井、数控测井和成像测井四个阶段，已经成为地质勘探重要的方法之一。我国的煤田测井起始于1954年,经过多年的发展,现在已成为煤田地质勘探不可或缺的重要手段，煤炭地质勘查钻孔质量标准明确要求，所有钻孔都必须用2种以上物性参数进行测井，而甲级孔则必须采用不少于4种方法探测。煤矿井下测井受瓦斯煤尘等防爆要求以及近水平钻孔的特殊性，与地面测井的成熟应用相比，其发展相对较为滞后。上世纪80年代中期，匈牙利采矿研究所和德国WBK公司物探所开发防爆测井系统，可测量视电阻率、自然伽玛、声速、井斜、井温、井径等参数。随后，中国许多科研院所也开展了大量的研发工作，在许多领域攻艰克难取得关键性突破。目前井下随钻测斜技术在国内30多个硬岩（煤）矿井进行了推广应用，随钻测斜深度达到千米量级，煤矿井下电磁波无线随钻测井技术、自然伽玛测井、钻孔全景成像等技术也都获得了较快发展。煤业公司地测部二、矿井测井技术现状与展望矿井测井技术的主要特点:①矿井测井仪器可用于煤矿井下含有甲烷、煤尘爆炸危险场所，因此测井仪器必须是防爆产品。②矿井测量在垂直孔、水平孔、上仰孔、下倾孔中全方位进行。③矿井测井不仅划分钻孔地质剖面、确定目的层的深度和厚度，还需要判断钻孔在岩煤层中的位置。④由于探测范围、环境影响、探测目的的不同，矿井测井解释处理方法与地面不同。2矿井测井技术的特点煤业公司地测部二、矿井测井技术现状与展望3.1测井系统3.1.1电缆测井系统(MINIKAR防爆测井系统)测井系统由匈牙利采矿研究所研制。系统共有3部分:第一部分为探管、电缆、铝合金管；第二部分为数据采集存贮器；第三部分为地面数据处理系统。探管用直径为3.6mm的电缆与存储器连接，电缆外套直径为24mm的铝合金管，每根长1.5m，管上每隔10cm刻记深度标志。探管由铝合金管推入钻孔，可测伽玛伽玛、自然伽玛、井温、井斜等参数，数据采集存储器最大可存储1000点，如果测点距为10cm，则可存100m的测井资料。地面上，存储器数据通过地面转换接口可直接输出曲线，也可以把数据通信到微机中。3矿井测井技术发展现状煤业公司地测部二、矿井测井技术现状与展望3.1测井系统3.1.2双电缆测井系统(GMB-77防爆测井系统)该系统由西德WBK公司物探研究所开发，使用电缆可测800m孔。采用井口密封孔内注水技术，除可进行放射性测井外，还可进行井径、视电阻率、声速测井。在垂直孔内测井，和地面测井一样；而在水平孔、定向斜孔中采用水冲孔底抛锚，电缆通过锚上的转向滑轮引到孔口牵引探管进行测井，测井数据通过电传输到孔口微机，由微机显示并记录在磁带上。磁带数据在地面处理和绘制成果图件。3矿井测井技术发展现状煤业公司地测部二、矿井测井技术现状与展望3.1测井系统3.1.3无缆测井系统MINKAR、GMB-77两种测井系统都未摆脱地面测井的思想，即使用电转输信号。在矿井中测井使用电缆，技术复杂，要求高，而且十分不便。为克服这种不足，我国煤炭科学研究总院西安分院和西德GEOCOM公司在80年代中期，研制了无缆测井系统。该系统采用的无缆测井技术被专家认为是当代国际最先进的测井方案。无缆测井系统的设想基于气象探空气球、探测卫星的回收。系统井下仪器分两部分，第一部分是探管，第二部分是同步机和测深装置。探管和同步机有各自的电源、单片机系统，并由单片机系统控制各自的工作流程。3矿井测井技术发展现状煤业公司地测部二、矿井测井技术现状与展望3.1测井系统3.1.3无缆测井系统3矿井测井技术发展现状探管和同步机采用同样的晶振频率，以便使其工作时钟一致。工作前,探管和同步机用短电缆线相连，由同步机的键盘操作,使探管和同步机“同步”开始工作，然后拆开短电缆连线，把探管拧在钻杆上，由钻杆送入孔中。钻杆运行带动测深光电码盘，光电码盘的信号由短电缆线传输到同步机。测井开始后，探管记录钻孔测量数据，而同步机同步记录深度。测量完成后，从钻杆上取下探管，用短电缆线连接同步机和探管，把探管的数据通信到同步机中，与同步机的深度信号比较，经去伪存真处理，即获得深度与测井数据一一对应的数据文件。到地面后通信到微机,即可得到测井成果图。采用无缆测井技术，借助钻杆推送探管，是煤矿井下的主要测量方式和发展方向。煤业公司地测部二、矿井测井技术现状与展望3.1测井系统3.1.4煤矿井下随钻测量系统我国开发的YHD1-1000随钻测量系统由螺杆马达，上下无磁钻杆，测斜探管，通缆钻杆、通缆送水器和孔口监视器组成，螺杆马达后面接的是无磁钻杆，无磁钻杆将探管和磁性钻杆隔离开来，以保证探管测量精度，螺杆马达是孔底动力钻具，带有一个造斜弯头，钻进中采用高压水和造斜弯头成孔，并利用弯头来控制钻孔钻进方向，探管是测量系统的核心部件，主要完成对钻杆的空间姿态测量，并将测量到的数据通过钻杆中的电缆传输到孔口监视器，并进行数据处理和实时显示。3矿井测井技术发展现状煤业公司地测部二、矿井测井技术现状与展望3.5煤矿井下随钻测量系统3矿井测井技术发展现状煤业公司地测部二、矿井测井技术现状与展望3.2矿井测井技术3.2.1全方位钻孔测斜仪3矿井测井技术发展现状全方位钻孔测斜仪是通过测量大地重力场和磁场来确定钻孔倾角和方位角，由于采用了3个相互正交的重力加速度计和3个相互正交的磁力计作为测角和测向传感器，使得全方位钻孔测斜仪实现了全空间钻孔测量。测斜仪主要由3部分组成,即信号测量、模数转换、数值计算。由探管完成3路测角信号和3路测向信号的定时定点测量及模数转换，同步机完成测点有效性判别及数值计数、结果显示。煤业公司地测部二、矿井测井技术现状与展望3.2矿井测井技术3.2.1全方位钻孔测斜仪3矿井测井技术发展现状计算与校正。建立测斜仪在不同倾斜状态下重力加速度计和磁力计的模拟信号经模数转换后的数值与测量角度的关系，经数值计算，并应用无约束条件下的多元互数寻优方法，对信号测量的传感器轴系不正交、不重合等进行校正，使测斜仪达到给定的测量精度(倾角为±0.1°,方位角±1.0°)，得出校正方程。在实际测量时，根据上述数值计算和校正方程，由重力加速度计和磁力计的实测数值，即可计算出钻孔倾角和方位。煤业公司地测部二、矿井测井技术现状与展望3.2矿井测井技术3.2.2选择伽玛测井仪3矿井测井技术发展现状选择伽玛测井仪测量选择伽玛伽玛、自然伽玛、接地电阻3种参数。选择伽玛伽玛测井是适应干孔灵敏度低，以煤测井需要对煤层夹矸进行精细测量而提出来的低能量(Am241)短源距(18cm)的测井方法。这种方法放射源主要测量伽玛射线与煤岩层的光电效应，而光电效应与物质的原子序数Z的4次幂成正比。由于煤的主要成分碳的Z=6，而岩石平均有效原子系数Z13，因此这种方法能特别有效地划分煤层与夹矸。煤业公司地测部二、矿井测井技术现状与展望3.2测井技术3.2.3密度测井仪密度测井仪测量岩石密度、自然伽玛两种参数。密度测量是采用Cs137放射源、单源距。考虑到矿井钻孔以水平孔、定向斜孔为多,仪器自然贴壁,因此对源及接收器均采用上面单面屏蔽、贴壁面准直定向发射和接收伽玛射线技术,取得了良好的测量效果。综合密度和自然伽玛曲线能准确判别不同岩层、判别煤质。3矿井测井技术发展现状煤业公司地测部二、矿井测井技术现状与展望3.2测井技术3.2.4准直伽玛测量仪即采用一定的传感器定向地接收来自煤层顶板或底板、经过煤层衰减的自然伽玛射线强度，并与顶板或底板的自然伽玛强度相对比，从而判断、计算煤层厚度的探测方法。仪器采用两个性能一致的自然伽玛射线测量传感器,并分别用重金属屏蔽上半部分和下半部分，以便在顺煤层钻孔中定向地接受来自煤层底板或顶板的经过煤层吸收和衰减的自然伽玛射线强度，计算钻孔距煤层顶板或底板的距离，对钻孔在煤层中的位置进行监测。这种仪器的应用条件是顶、底板岩层与煤层有较明显的自然放射性差异，这在大多数煤矿是满足的。另外，这种仪器探测厚度的范围也是有限的，一般在0～40cm。准直自然伽玛测量仪是顺煤层钻井监测有效和实用的一种仪器。3矿井测井技术发展现状煤业公司地测部二、矿井测井技术现状与展望3.2测井技术3.2.4准直伽玛测量仪3矿井测井技术发展现状煤业公司地测部二、矿井测井技术现状与展望1)矿井随钻测