測井技術(shù)在井下出水鉆孔水源探查中的應(yīng)用

張敬水

（霍州煤電集團(tuán)技術(shù)研究院，山西 霍州 031400）

紫晟煤業(yè)位于霍西煤田，目前主要開采2#煤層，全井田帶壓且構(gòu)造發(fā)育。受構(gòu)造的影響，超前鉆孔經(jīng)常發(fā)生出水的現(xiàn)象。以往超前探水鉆孔施工時(shí)，由于受鉆孔無規(guī)律的偏移等地質(zhì)條件的影響無法準(zhǔn)確判斷出水點(diǎn)和水位，難以分析出水水源，因此需要使用一項(xiàng)集視頻、巖性判別、軌跡測量為一體的技術(shù)進(jìn)行綜合分析。

“YCJ90/360型礦用鉆孔測井分析儀”是一種煤礦井下鉆孔綜合測井新技術(shù)。它高度集成了自然伽馬測井、鉆孔高分辨率視頻、全方位井斜、井深測量技術(shù)，采用自然伽馬與視頻同步分析方法進(jìn)行巖性判別與分層，能夠繪制鉆孔巖性柱狀、查明鉆孔孔內(nèi)結(jié)構(gòu)特征（孔隙、裂隙發(fā)育情況、出水點(diǎn)特征等），還能夠定向繪制鉆孔軌跡剖面圖、鉆孔軌跡平面圖、自動(dòng)生成鉆孔地質(zhì)剖面原型。

1 礦井地質(zhì)及水文地質(zhì)情況

紫晟煤業(yè)位于霍西煤田霍州礦區(qū)東南部，井田總體為一背斜構(gòu)造即北益昌背斜，受北益昌背斜控制，地層總體走向北北東向及北西向。井田內(nèi)斷層較為發(fā)育，截至目前已發(fā)現(xiàn)斷層90余條，屬構(gòu)造復(fù)雜礦井。礦井目前開采2#煤層，2#煤層位于山西組中上部，煤層厚度1.90～3.80 m，平均3.23 m，煤層傾角5°～15°。煤層結(jié)構(gòu)簡單，直接頂為泥巖，局部為粉砂巖（上距K8砂巖11.32 m左右為泥巖砂巖互層），直接底板為泥巖。其距下部K7砂巖10 m；距K4、K3、K2、O2灰?guī)r層間距分別為40 m、63 m、76 m、120 m。2#煤層頂板直接含水層為K8砂巖，該段含水層富水性較弱。下部K7砂巖含水層為弱含水層，K4灰?guī)r不穩(wěn)定，K3灰?guī)r富水性較弱。K2灰?guī)r厚度7.5 m左右，最厚為9.40 m，裂隙較發(fā)育并有小的溶孔，該層單位涌水量0.86 L/s·m，滲透系數(shù)2.833 1 m/d，為中等含水層。奧灰含水層水位標(biāo)高+516 m，單位涌水量0.554 L/s·m，滲透系數(shù)0.895 7 m/d，為中等－強(qiáng)含水層[1]。

2 出水點(diǎn)基本情況

紫晟煤業(yè)在一采區(qū)軌道運(yùn)輸巷口前83 m施工超前鉆孔時(shí)，鉆孔發(fā)生突水。一采區(qū)軌道運(yùn)輸巷位于井田南部，與北側(cè)行人通道、一采區(qū)回風(fēng)巷平行相鄰，東部與南部為未開拓區(qū)域，巷道沿2#煤層頂板上山掘進(jìn)，工作面于口前61 m揭露一條H=13 m斷層，煤層斷下[2]，工作面于口前83 m進(jìn)行鉆探，施工了3個(gè)超前鉆孔，均發(fā)生了出水現(xiàn)象。1號(hào)鉆孔鉆進(jìn)90 m時(shí)涌水5 m3/h；2號(hào)鉆孔鉆進(jìn)69 m時(shí)涌水5 m3/h；3號(hào)鉆孔鉆進(jìn)108.7 m時(shí)涌水15 m3/h，后逐漸增大至30 m3/h，最后趨于穩(wěn)定。

3 工作面物探情況

工作面于口前83 m進(jìn)行瞬變電磁探測，迎頭前100 m的探測范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)明顯的低阻異常區(qū)。

4 水質(zhì)化驗(yàn)情況

經(jīng)對(duì)3個(gè)出水鉆孔水質(zhì)進(jìn)行化驗(yàn)，1號(hào)孔和2號(hào)孔Na+含量較高，水質(zhì)為HCO3-Na型，砂巖水特性；3號(hào)孔Ca2+、Mg+含量明顯增加，水質(zhì)為SO4HCO3-CaMg，具灰?guī)r水特性。

5 測井技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用情況

本次應(yīng)用“YCJ90/360型礦用測井分析儀”對(duì)紫晟煤業(yè)一采區(qū)軌道巷3個(gè)出水鉆孔進(jìn)行測井，測井成果如下：

1）視頻資料分析成果

通過對(duì)3個(gè)鉆孔的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行分析[3]：1號(hào)孔在21.7 m、30 m、70.8 m、76.3 m、90 m均有裂隙發(fā)育現(xiàn)象，但在90 m處較為嚴(yán)重，有明顯的塌孔和涌水現(xiàn)象。2號(hào)鉆孔在12.2 m、13.8 m、21.9 m、69 m處均有裂隙發(fā)育現(xiàn)象，但在69 m處較為嚴(yán)重，并且有明顯塌孔和涌水現(xiàn)象。3號(hào)鉆孔在15.9 m、93.2 m、97.7 m、108 m處均有裂隙發(fā)育現(xiàn)象，但在108 m處較為嚴(yán)重，并且有明顯的涌水現(xiàn)象。

圖1 一采區(qū)軌道上山巷工作面物探、鉆探位置

圖2 1號(hào)孔90 m處

圖3 2號(hào)孔69 m處

圖4 3號(hào)孔108 m處

2）自然伽瑪測井成果

自然伽瑪測井是在井內(nèi)測量巖層中自然存在的放射性元素核衰變過程中放射出來的伽馬射線的強(qiáng)度，通過測量巖層的自然伽馬射線的強(qiáng)度來認(rèn)識(shí)巖層的一種放射性測井法，其伽馬射線強(qiáng)度與放射性元素的含量及類型有關(guān)，一般來說，放射強(qiáng)度隨泥質(zhì)含量增加而增加[4]。通過對(duì)3個(gè)鉆孔的自然伽馬數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，1號(hào)孔出水點(diǎn)（90 m處）、2號(hào)鉆孔出水點(diǎn)位置（69 m）巖性自然伽馬相對(duì)泥巖和砂質(zhì)泥巖放射性強(qiáng)度較弱，為砂巖特性；3號(hào)鉆孔出水點(diǎn)位置（108 m）巖性自然伽馬相比細(xì)砂巖、粉細(xì)砂巖其放射性強(qiáng)度更弱，為灰?guī)r特性，如圖5、圖6、圖7所示。

表1 一采區(qū)軌道運(yùn)輸巷出水鉆孔水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果

圖5 1號(hào)鉆孔巖性柱狀圖

圖6 2號(hào)鉆孔巖性柱狀圖

圖7 3號(hào)鉆孔巖性柱狀圖

3）鉆孔傾斜情況分析成果

通過對(duì)3個(gè)鉆孔偏移情況進(jìn)行測算分析[5]，3個(gè)鉆孔在垂向上的軌跡與理想狀態(tài)下差異很大，偏斜較為嚴(yán)重，并且隨著鉆孔深度的不斷增加其偏離程度越來越大，如圖8、圖9、圖10所示。

圖8 1號(hào)鉆孔軌跡剖面

圖9 2號(hào)鉆孔軌跡剖面

圖10 3號(hào)鉆孔軌跡剖面

4）出水點(diǎn)位置及水源分析

通過對(duì)此次測井?dāng)?shù)據(jù)結(jié)合鉆孔柱狀綜合分析可知：1號(hào)鉆孔出水點(diǎn)位于孔深90 m處，其在垂向上的位置為2#煤層底板下17.1 m處，為K7砂巖裂隙水，富水性弱，水量??；2號(hào)鉆孔出水點(diǎn)位于孔深69 m處，其在垂向上的位置為2#煤層底板下11 m處，為K7砂巖裂隙水，富水性弱，水量?。?號(hào)鉆孔出水點(diǎn)位于孔深108 m處，其在垂向上的位置為2#煤層底板下44.8 m處，為K4灰?guī)r裂隙水，富水性弱－中等，并且富水性不均一。

3個(gè)鉆孔出水點(diǎn)位置不同均為鉆孔偏移所致，不存在構(gòu)造、陷落柱等地質(zhì)異常情況。

6 結(jié)語

通過對(duì)紫晟煤業(yè)一采區(qū)軌道巷3個(gè)出水鉆孔進(jìn)行測井分析，準(zhǔn)確地探測出了鉆孔出水點(diǎn)的位置、水源等信息，其結(jié)論與水質(zhì)化驗(yàn)資料和含水層富水性相一致，探測成果能夠有效地為礦井下一步的水害防治工作計(jì)劃提供精確的地質(zhì)資料。因此利用鉆孔測井技術(shù)能夠有效地解決因鉆孔軌跡偏移所導(dǎo)致的誤判、錯(cuò)判現(xiàn)象，具有很好的推廣和使用價(jià)值。