大數(shù)據(jù)時(shí)代煤田地質(zhì)勘探空間分析及鉆孔設(shè)計(jì)

宗 誠(chéng)

（安徽省煤田地質(zhì)局第二勘探隊(duì)， 安徽 蕪湖 241000）

引言

地震勘探法是煤田地球物理勘探方法之一，地震勘探法的應(yīng)用對(duì)了解區(qū)域煤田煤炭資源分布、地質(zhì)構(gòu)造及煤層形態(tài)結(jié)構(gòu)應(yīng)用效果顯著。同時(shí)實(shí)時(shí)解決煤炭資源開(kāi)采過(guò)程中遇到的巖性、埋深及煤層構(gòu)造等地質(zhì)問(wèn)題。隨著地震勘探技術(shù)應(yīng)用發(fā)展，地震勘探法已由二維地震提升到三維地震勘探，三維地震勘探應(yīng)用煤炭采區(qū)以來(lái)，煤礦生產(chǎn)廣泛應(yīng)用三維地震勘探法。隨著地震勘探法新技術(shù)的發(fā)展，高精度、高分辨率、高清晰度、高保真度及定量分析的地震勘探法應(yīng)用，在煤礦隱蔽致災(zāi)探測(cè)發(fā)揮重要作用。隨著電子信息技術(shù)的高新技術(shù)發(fā)展革新，地震勘探技術(shù)的應(yīng)用在煤礦生產(chǎn)中提供了巨大的發(fā)展空間[1]。

1 鉆孔空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

鉆孔空間數(shù)據(jù)庫(kù)由空間數(shù)據(jù)表和屬性數(shù)據(jù)表組成。其中，單孔施工數(shù)據(jù)表存放了具有空間特征的坐標(biāo)信息，可在地圖上投影表達(dá)空間位置及相關(guān)信息，為空間數(shù)據(jù)表；其他幾個(gè)數(shù)據(jù)表（單孔煤層數(shù)據(jù)表、煤層數(shù)據(jù)表、單孔煤質(zhì)數(shù)據(jù)表、單孔力學(xué)數(shù)據(jù)表）均為屬性數(shù)據(jù)表，屬性數(shù)據(jù)表與空間數(shù)據(jù)表通過(guò)相同關(guān)鍵字段（鉆孔編號(hào)）的主外鍵關(guān)系建立了邏輯連接，從而使屬性數(shù)據(jù)表也間接獲得了空間信息特征，也可在GIS地圖上表達(dá)各種屬性數(shù)據(jù)信息。

數(shù)據(jù)表之間的具體關(guān)系為單孔煤層數(shù)據(jù)表、單孔煤質(zhì)數(shù)據(jù)表、單孔力學(xué)數(shù)據(jù)表與單孔施工數(shù)據(jù)表之間通過(guò)鉆孔編號(hào)字段建立多對(duì)一的主外鍵邏輯關(guān)系，單孔煤層數(shù)據(jù)表、單孔煤質(zhì)數(shù)據(jù)表、單孔力學(xué)數(shù)據(jù)表與煤層數(shù)據(jù)表之間通過(guò)煤層編號(hào)字段建立多對(duì)一的主外鍵邏輯關(guān)系。

煤層數(shù)據(jù)表為各表間的共用信息表，主要記錄鉆孔中共有的煤層信息，如煤層編號(hào)、煤層組合、煤層所在礦區(qū)及地區(qū)特征。鉆孔空間各數(shù)據(jù)表之間的空間查詢(xún)、展示、共享和更新等可通過(guò)數(shù)據(jù)表的連接關(guān)系進(jìn)行[2]。

2 數(shù)據(jù)獲取方式

2.1 鉆孔位置信息傳輸

鉆孔空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信端口接收GPS 無(wú)線(xiàn)發(fā)送的鉆孔位置，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換關(guān)系，實(shí)現(xiàn)煤田地質(zhì)鉆孔位置實(shí)時(shí)空間數(shù)據(jù)與靜態(tài)屬性數(shù)據(jù)無(wú)縫對(duì)接，以感知煤田地質(zhì)鉆孔現(xiàn)狀，并將鉆孔位置信息發(fā)送至地圖導(dǎo)航商業(yè)服務(wù)公司提供的服務(wù)平臺(tái)，完成鉆孔坐標(biāo)位置定位。

2.2 鉆孔數(shù)據(jù)獲取方式

鉆孔空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的推送助手負(fù)責(zé)向用戶(hù)手機(jī)端發(fā)送鉆孔地圖導(dǎo)航APP 及鉆孔空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)網(wǎng)頁(yè)地址，通過(guò)服務(wù)賬號(hào)方式對(duì)外開(kāi)放。用戶(hù)可以隨時(shí)隨地了解勘探區(qū)所有煤田地質(zhì)鉆孔的地質(zhì)信息及鉆孔封孔標(biāo)志的位移動(dòng)態(tài)，并通過(guò)地圖導(dǎo)航方式實(shí)地跟蹤調(diào)查每個(gè)鉆孔，分析鉆孔位置標(biāo)志的變化，提前感知可能的地質(zhì)災(zāi)害或收集地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的間接證據(jù)。實(shí)地鉆孔標(biāo)志處張貼二維碼標(biāo)志，二維碼后臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)保存了該鉆孔施工組織設(shè)計(jì)、鉆探施工、采樣、鉆遇地層、煤層、煤層間距、煤質(zhì)化驗(yàn)及測(cè)井解釋等信息，用戶(hù)可通過(guò)手機(jī)二維碼掃描方式獲得特定鉆孔的煤田地質(zhì)相關(guān)信息，了解該鉆孔的施工情況、地質(zhì)特征及相關(guān)責(zé)任人[3]。

3 灰?guī)r水長(zhǎng)觀(guān)鉆孔設(shè)計(jì)方案

3.1 鉆孔位置

1 號(hào)灰?guī)r鉆孔距光5 點(diǎn)前11.8 m，孔口坐標(biāo)為（3 712 841，39 517 477），開(kāi)孔位置標(biāo)高是-748.7 m，終孔層位在“四灰”，預(yù)計(jì)鉆孔鉆深150 m。2 號(hào)灰?guī)r鉆孔距彎起點(diǎn)前20 m，孔口坐標(biāo)為（3 713 156，39 512 676），開(kāi)孔位置標(biāo)高是-900.2 m，終孔層位在“四灰”底部，預(yù)計(jì)鉆孔鉆深155 m，如下頁(yè)圖1 所示。

3.2 鉆孔巖性

根據(jù)10-11 勘探線(xiàn)剖面中的89-3 鉆孔巖性資料和Ⅲ一軌道、回風(fēng)上山打鉆探查資料分析，1 號(hào)鉆孔孔口層位位于10 煤頂板上約38 m 處，2 號(hào)鉆孔孔口層位位于10 煤頂板上約41.5 m 處，終孔層位均位于10 煤以下“四灰”底部。10 煤底板隔水層厚度65.35～68.2 m，平均間距在66.8 m，隔水層巖性以泥巖、粉砂巖和砂巖為主。其巖性組合情況為：開(kāi)孔位置以下0～37 m 為泥巖、砂巖，38～41 m 揭穿10 煤層，42 m至“一灰”頂板多為泥砂巖互層。

3.3 孔口結(jié)構(gòu)

開(kāi)孔直徑Φ150 mm，終孔直徑Φ73 mm。0～3 m下Φ146 mm 護(hù)壁管，0～80 m 為Φ127 mm 孔徑，下Φ108 mm 止水套管，套管長(zhǎng)度為80 m，以下為Φ73 mm裸孔。

4 鉆探技術(shù)要求

鉆孔終孔層位：終孔層位為“四灰”底部，鉆孔深度設(shè)計(jì)1 號(hào)鉆孔150 m、2 號(hào)鉆孔155 m。鉆孔方位：向下垂直于巷道底板施工，孔斜要達(dá)到能保證下套管和取芯的要求。取芯：鉆孔全部取芯，隔水層每個(gè)層位取巖芯20～30 cm 長(zhǎng)，作為樣品裝進(jìn)樣盒，蠟封，送安徽理工大學(xué)進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)、測(cè)試。鉆孔施工過(guò)程中要把揭露的地質(zhì)構(gòu)造異常帶和巖溶情況標(biāo)注記錄好。施工單位下設(shè)的套管要確保鉆孔能滿(mǎn)足長(zhǎng)觀(guān)孔要求及施工安全要求?？卓谘b置：為防止水壓大，確保施工安全，孔口要裝設(shè)一套高壓閥門(mén)（DN100 mm、10 MPa）。取水樣：鉆孔施工至每個(gè)灰?guī)r層位，如有出水，要及時(shí)在每個(gè)含水層各取水樣2 個(gè)，每個(gè)樣品重2.5 kg，并及時(shí)交礦地測(cè)科，派人在24 h 內(nèi)送到有關(guān)單位化驗(yàn)。鉆孔施工過(guò)程中遇到地質(zhì)構(gòu)造、巖溶等情況要及時(shí)與礦方聯(lián)系，礦方到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行觀(guān)測(cè)。遇到重大安全問(wèn)題要立即停鉆但不得拔鉆，并及時(shí)通知礦方，以便及時(shí)采取措施進(jìn)行處理。鉆孔施工結(jié)束后，施工方要做好鉆孔鉆探柱狀圖，竣工報(bào)告交礦方驗(yàn)收。壓水試驗(yàn)：鉆孔施工至砂巖層段（垂深30～35 m）時(shí)要做壓水試驗(yàn)，以探查砂巖含水層段的裂隙發(fā)育情況。做壓水試驗(yàn)時(shí)，要詳細(xì)記錄鉆孔壓力表的壓力值、壓注水量（m3/min）和鉆孔深度。鉆孔孔深要比預(yù)計(jì)下套管深度深1～2 m，已防止因巖粉未沖凈而造成套管下不到預(yù)定深度。

5 下套管技術(shù)

下套管前一定要校正孔深，徹底沖洗干凈孔內(nèi)的巖粉，并按要求長(zhǎng)度把套管下至預(yù)定深度。各段套管之間的絲扣必須抹上鉛油或纏上棉紗。套管絲扣要擰緊，防止脫扣或漏水。夾板一定要擰緊，防止套管滑脫掉入孔內(nèi)。若鉆孔偏斜，要在套管外壁四周焊接小段圓鋼，防止套管緊靠孔壁一側(cè)，造成注漿止水效果不理想。施工過(guò)程中，為控制鉆孔出水，Φ108 mm 套管孔口焊接法蘭盤(pán)一個(gè)（法蘭盤(pán)規(guī)格統(tǒng)一為外徑Φ250 mm，眼中距Φ200 mm，螺栓眼Φ20 mm×8），施工接近一灰時(shí)須及時(shí)安裝高壓閘閥，必要時(shí)可關(guān)閉閘閥。

注漿前首先徹底清理巷道底板浮矸，露出實(shí)底。用425 號(hào)優(yōu)質(zhì)水泥機(jī)械注漿固管，漿液濃度不低于0.7∶1，反漿后順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)套管1～2 周，使水泥漿液均勻充滿(mǎn)套管四周間隙，在孔口大量反漿后方可停止注漿。水泥沉淀后，上部套管壁與孔壁及管壁與管壁之間要人工灌注或管壁注漿，確保上部管壁間的環(huán)狀間隙充滿(mǎn)水泥，防止套管松動(dòng)。注漿后凝固48 min 才能掃孔，掃孔至預(yù)定深度下1 m 左右后，做孔口管耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力大于靜水壓力的1.5～2 倍，持續(xù)時(shí)間不少于10 min，孔口周?chē)鸁o(wú)出水冒漿現(xiàn)象，套管不松動(dòng)方可繼續(xù)鉆進(jìn)，否則必須重新注漿。

6 結(jié)語(yǔ)

煤田地質(zhì)勘探鉆孔探明勘探區(qū)煤層厚度、煤層分布規(guī)律、煤層間距、煤層頂、底板特征、煤質(zhì)特征等。進(jìn)一步探明礦井賦存層位、富水性、水壓、水量，測(cè)試隔水層巖石力學(xué)性質(zhì)，分析礦井深部的灰?guī)r水化學(xué)性質(zhì)，取得灰?guī)r水放水實(shí)驗(yàn)資料，通過(guò)鉆探鉆孔標(biāo)記中植入電子芯片，實(shí)時(shí)向用戶(hù)發(fā)送鉆孔的數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)傳輸鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)井下灰?guī)r水的長(zhǎng)期觀(guān)測(cè)。提高地質(zhì)資料的利用效率。