“鉆孔雷達(dá)+鉆孔電視”精細(xì)化探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用*

王培，劉柯，王選琳，張翠蘭

(1.重慶市能源投資集團(tuán)科技有限責(zé)任公司 設(shè)計(jì)分公司，重慶 400061；2.重慶市能源投資集團(tuán)科技有限責(zé)任公司 瓦斯研究院，重慶 400061)

0 引言

近年來(lái)，地球物理探測(cè)方法和技術(shù)發(fā)展飛速，出現(xiàn)了很多針對(duì)不同條件探測(cè)有效的技術(shù)與裝備[1]。其中，鉆孔雷達(dá)探測(cè)就是一種有效的探測(cè)技術(shù)。目前鉆孔雷達(dá)在國(guó)外主要是應(yīng)用于金屬礦脈及位置探測(cè)，而在國(guó)內(nèi)的金屬礦探測(cè)應(yīng)用不多，其在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用主要是地下空間探測(cè)、大型工程裂隙/裂縫探測(cè)等，其探測(cè)效果均較為理想[2?4]。但是，目前礦用鉆孔地質(zhì)雷達(dá)在煤礦井下的探測(cè)應(yīng)用多為試驗(yàn)階段，均不成熟，所以煤礦井下掘進(jìn)過(guò)程中一般還是依靠打較多的超前探孔進(jìn)行水與瓦斯（包括有毒有害氣體）的探測(cè)[5]。

另外，礦用鉆孔電視儀近年來(lái)在煤礦的應(yīng)用逐步增多，但是主要是用于巷道的冒落帶高度探測(cè)、鉆孔覆巖破碎情況觀測(cè)，其探測(cè)效果可明顯分辨出破碎區(qū)域大致范圍，而有關(guān)采用鉆孔電視儀探測(cè)煤礦井下地質(zhì)構(gòu)造的報(bào)道卻少之又少[6?13]。

1 精細(xì)化探測(cè)技術(shù)

“鉆孔雷達(dá)+鉆孔電視”精細(xì)化探測(cè)技術(shù)是一種結(jié)合礦用鉆孔雷達(dá)探測(cè)和鉆孔電視儀觀測(cè)技術(shù)的綜合探測(cè)技術(shù)，其綜合探測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度更高。

鉆孔雷達(dá)探測(cè)設(shè)備主要包括探測(cè)主機(jī)、發(fā)射/接收天線、推桿、深度記錄儀、數(shù)據(jù)傳輸導(dǎo)線和配套的數(shù)據(jù)處理軟件等，其探測(cè)方法和原理如圖1所示。根據(jù)圖1，將發(fā)射/接收天線連接好后放于待探測(cè)鉆孔中并以緩慢速度向鉆孔深部推進(jìn)，在推進(jìn)過(guò)程中向鉆孔徑向周圍圍巖發(fā)射電磁波信號(hào)，自動(dòng)掃描鉆孔徑向一定范圍內(nèi)的構(gòu)造情況并將接收的信號(hào)傳輸?shù)教綔y(cè)主機(jī)，通過(guò)主機(jī)的數(shù)據(jù)處理軟件可分析前方異常地質(zhì)體的基本情況。目前，該探測(cè)技術(shù)可探測(cè)鉆孔徑向30m范圍內(nèi)的地質(zhì)異常體情況。鉆孔電視儀主要由觀測(cè)主機(jī)、推桿、數(shù)據(jù)傳輸導(dǎo)線、攝像頭、深度記錄儀等組成。鉆孔電視儀觀測(cè)是將儀器按順序連接好后，通過(guò)推桿將攝像頭緩慢勻速向鉆孔深部推進(jìn)，鉆孔孔壁經(jīng)攝像頭上的LED燈照亮，然后攝像頭攝取反射的孔壁圖像并經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸導(dǎo)線傳送至觀測(cè)主機(jī)，可視頻方式觀看[15]。鉆孔電視儀主機(jī)對(duì)所采集的鉆孔孔壁及深度信息可處理形成2種孔壁圖像，一種是類似三維巖芯圖像，其可以旋轉(zhuǎn)任意角度觀察巖芯，另一種是鉆孔壁二維展開(kāi)平鋪圖像。根據(jù)鉆孔電視儀所測(cè)得的資料可獲得裂隙/裂縫的埋深、傾向、傾角、寬度、裂隙面的粗糙度、充填物等信息。

“鉆孔雷達(dá)＋鉆孔電視”精細(xì)化探測(cè)就是同時(shí)利用上述2種探測(cè)方法，先后探測(cè)，數(shù)據(jù)綜合對(duì)比分析，再得出較為準(zhǔn)確的預(yù)判結(jié)論。從理論上講，每種探測(cè)方法均是對(duì)另一種探測(cè)方法的補(bǔ)充，形成互補(bǔ)關(guān)系，探測(cè)結(jié)論更為準(zhǔn)確。

圖1 鉆孔雷達(dá)探測(cè)方法[14]

2 探測(cè)設(shè)備

本文采用的礦用鉆孔雷達(dá)是ZTR7.2礦用地質(zhì)雷達(dá)，其實(shí)物如圖2所示，其發(fā)射/接收天線的頻率為100 MHz，數(shù)據(jù)處理軟件適用國(guó)際通用的各類數(shù)據(jù)格式。采用的鉆孔電視儀實(shí)物如圖3所示，其正?？赏七M(jìn)觀測(cè)深度達(dá)80m以上。

圖2 鉆孔雷達(dá)實(shí)物

3 精細(xì)化探測(cè)技術(shù)應(yīng)用與分析

本次探測(cè)技術(shù)應(yīng)用選在打通一礦S402瓦斯巷起坡190m后掘平巷繞道10m處的磧頭進(jìn)行，共同探測(cè)1個(gè)超前探孔。探測(cè)鉆孔為水平孔，孔徑為75mm，終孔深度為42m，位于磧頭中線距底板20 cm處。

圖3 鉆孔電視儀實(shí)物

3.1 礦用鉆孔雷達(dá)探測(cè)結(jié)果與分析

S402瓦斯巷起坡190m后掘平巷繞道10m處磧頭鉆孔雷達(dá)探測(cè)結(jié)果如圖4所示。

鉆孔探測(cè)深度為37.5m，探測(cè)結(jié)果顯示鉆孔圍巖部分段存在明顯構(gòu)造。圖4中標(biāo)識(shí)區(qū)域信號(hào)出現(xiàn)明顯異常，分別為：

（1）探測(cè)深度在9.0m～13.5m之間、距鉆孔壁0.5m～7.5m區(qū)域范圍內(nèi)；

眾創(chuàng)空間能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備、數(shù)據(jù)和創(chuàng)客團(tuán)隊(duì)的融合，并與外部創(chuàng)新資源共同構(gòu)成創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)。在該系統(tǒng)內(nèi)，各種創(chuàng)新要素彼此間建立網(wǎng)絡(luò)連接并產(chǎn)生交互效應(yīng)，協(xié)同作用并相互制約，形成了由諸多創(chuàng)新要素結(jié)合而成的新型復(fù)雜體系架構(gòu)，可將原來(lái)處于空間內(nèi)部的封閉型創(chuàng)新要素轉(zhuǎn)化為面向產(chǎn)業(yè)的共享型創(chuàng)新要素。隨著創(chuàng)新活動(dòng)的逐步推進(jìn)，創(chuàng)意信息在眾創(chuàng)空間體系架構(gòu)內(nèi)連續(xù)產(chǎn)生和流動(dòng)，通過(guò)與外部產(chǎn)業(yè)資源對(duì)接，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意的商業(yè)化過(guò)程。

（2）探測(cè)深度在10.5m～37.5m之間、距鉆孔壁4.0m～11.5m區(qū)域范圍內(nèi)。

其中（1）處區(qū)域信號(hào)變化尤為異常，根據(jù)探測(cè)經(jīng)驗(yàn)判斷為斷層或大型孔裂隙；（2）處區(qū)域信號(hào)異常減弱，根據(jù)探測(cè)經(jīng)驗(yàn)判斷為介電常數(shù)變化，推斷為該區(qū)域巖性發(fā)生變化（強(qiáng)度降低，或?yàn)槟鄮r）。

圖4 鉆孔雷達(dá)探測(cè)結(jié)果

3.2 鉆孔電視儀探測(cè)結(jié)果與分析

S402瓦斯巷起坡190m后掘平巷繞道10m處磧頭鉆孔電視儀探測(cè)結(jié)果如圖5所示。由于推進(jìn)過(guò)程中鏡頭前方堆積鉆屑以及鉆孔中有水，鉆孔探測(cè)深度14.3667m。由圖5可以看出：

（1）鉆孔深度2.1m和2.4m處，孔壁存在小孔/裂隙；

（2）鉆孔深度2.6m～3.3m段，孔壁裂隙延伸；

（3）鉆孔深度5.8m處，孔壁存在明顯孔隙，尺度0.1m；

（4）鉆孔深度9.3m～9.5m段，孔壁存在明顯裂隙；

（5）鉆孔深度10.3m～10.6m段，孔壁存在明顯裂隙/縫，可與鉆孔雷達(dá)探測(cè)結(jié)果分析異常區(qū)域?qū)?yīng)；

（6）鉆孔深度11.4m處，孔壁存在小孔隙；

（7）鉆孔深度12.6m處，孔壁存在小孔/裂隙；

（8）鉆孔深度12.9m～13.5m段，孔壁存在明顯裂隙延伸。

圖5 鉆孔電視儀觀測(cè)結(jié)果

3.3 綜合分析

根據(jù)鉆孔雷達(dá)探測(cè)和鉆孔成像儀探測(cè)結(jié)果綜合對(duì)比判斷可知：在鉆孔探測(cè)深度9.3m～13.5m、距鉆孔壁0.5m～7.5m范圍區(qū)域，2種方法的探測(cè)結(jié)果均顯示該區(qū)域存在地質(zhì)異常體（孔/裂隙構(gòu)造），建議在掘進(jìn)時(shí)做好相應(yīng)的防治措施。在探測(cè)后期，根據(jù)打通一礦井下S402瓦斯巷起坡190m后掘平巷繞道10m處磧頭掘進(jìn)施工記錄情況，在掘進(jìn)至前方13.5m位置的時(shí)候確實(shí)存在一個(gè)較大的裂隙，與前期的探測(cè)結(jié)果吻合。并且前期施工超前探孔時(shí)，在鉆至13m左右出現(xiàn)了輕微的瓦斯超限，該深度數(shù)據(jù)與本次的探測(cè)結(jié)論相符合。鑒于前期根據(jù)探測(cè)結(jié)果預(yù)先準(zhǔn)備了防治措施，該磧頭掘進(jìn)時(shí)未出現(xiàn)異常情況。綜合認(rèn)為，本次“鉆孔雷達(dá)+鉆孔電視”精細(xì)化探測(cè)技術(shù)的探測(cè)結(jié)果較為準(zhǔn)確，尤其是鉆孔電視探測(cè)結(jié)果中，可將觀測(cè)到的裂隙尺寸長(zhǎng)度精確到10 cm以內(nèi)。

4 結(jié)論

（1）理論上綜合利用礦用鉆孔雷達(dá)和鉆孔電視儀聯(lián)合探測(cè)煤礦井下地質(zhì)構(gòu)造情況具有更高的準(zhǔn)確度，值得推廣應(yīng)用。

（2）在打通一礦井下S402瓦斯巷起坡190m后掘平巷繞道10m處磧頭進(jìn)行“鉆孔雷達(dá)+鉆孔電視”精細(xì)化探測(cè)的結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)前期施工超前探孔時(shí)遇到的異常情況和后期掘進(jìn)施工時(shí)驗(yàn)證的結(jié)果相匹配，說(shuō)明“鉆孔雷達(dá)+鉆孔電視”精細(xì)化探測(cè)技術(shù)的探測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確、精確度較高、可靠性較強(qiáng)。