礦用鉆孔測(cè)井分析儀在瓦斯抽放鉆孔中的應(yīng)用

＊高文貴

（山西汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司賀西煤礦 山西 032000）

前言

目前，在煤礦生產(chǎn)中，保證工作面的正?；夭墒呛苤匾牟襟E，而高瓦斯礦井瓦斯治理成為工作面安全回采的關(guān)鍵。在工作面回采前施工瓦斯抽放鉆孔[1]，降低煤層中的瓦斯含量與壓力是目前高瓦斯礦井防突的重要技術(shù)手段。為了保證瓦斯抽采效果，就必須保證煤礦瓦斯抽放鉆孔成孔質(zhì)量和深度。瓦斯抽放先是打鉆，接著驗(yàn)孔，最后封孔，其中驗(yàn)孔相當(dāng)?shù)闹匾?，如果不進(jìn)行驗(yàn)孔[2]，會(huì)出現(xiàn)假打孔，打假孔，孔的深度不夠，為隨后的瓦斯治理和抽采帶來(lái)困難。測(cè)井分析儀為一套專門檢測(cè)鉆孔的軌跡、深度及孔壁結(jié)構(gòu)特征的儀器設(shè)備，主要通過(guò)鉆孔軌跡測(cè)量、視頻及自然伽馬測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)。文章通過(guò)鉆孔測(cè)井分析儀在瓦斯抽放鉆孔中的實(shí)際應(yīng)用，檢測(cè)瓦斯抽放鉆孔的成孔質(zhì)量，根據(jù)測(cè)孔資料在瓦斯鉆孔鉆探異常區(qū)提供可靠資料，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)歲瓦斯抽放鉆孔設(shè)計(jì)的修正，進(jìn)一步提高瓦斯抽放效果[3]。

1.測(cè)井分析儀介紹

礦用鉆孔測(cè)井分析儀主要由儀器的硬件系統(tǒng)和軟件分析系統(tǒng)兩部分，儀器可以在井下一次性完成對(duì)鉆孔視頻拍攝，測(cè)量鉆孔不同深度巖性的自然伽馬值，測(cè)量鉆孔的方位角、傾角、深度的資料，然后經(jīng)過(guò)儀器的分析軟件計(jì)算鉆孔的孔斜程度，繪制自然伽馬曲線，分析鉆孔內(nèi)的地層分層情況，分析鉆孔穿過(guò)的巖性，分析鉆孔穿過(guò)巖性的軟硬程度，查看孔內(nèi)的孔隙和裂隙法發(fā)育程度[4]。

礦用鉆孔測(cè)井分析儀除了具有鉆孔軌跡測(cè)量、視頻采集功能外，其技術(shù)核心重點(diǎn)為增加了利用自然伽馬進(jìn)行測(cè)井分析技術(shù)。利用自然伽瑪進(jìn)行測(cè)井分析并劃分巖性是一項(xiàng)重要并十分成熟的技術(shù)手段，自然伽馬測(cè)井曲線是成熟度很高、可靠性很強(qiáng)和非常基礎(chǔ)的一條測(cè)井曲線，其主要根據(jù)地下巖層巖石中含有的發(fā)射性同位素鈾、釷、鉀離子具有的天然放射性差異及放射性同位素發(fā)射的伽馬光子輻射量差異來(lái)劃分巖層的類別及厚度，結(jié)合鉆孔視頻資料確定巖性。在評(píng)價(jià)地層時(shí)，GR也是一種重要的泥質(zhì)指示曲線，它可以定性評(píng)價(jià)巖石的力學(xué)強(qiáng)度，往往是泥質(zhì)含量越高，巖層越軟，反之亦然。

礦用鉆孔測(cè)井分析儀設(shè)備功能及技術(shù)特點(diǎn)如下：

（1）儀器具有能通過(guò)測(cè)量?jī)x器傳輸線纜長(zhǎng)度，來(lái)精確獲取鉆孔深度的功能。

（2）儀器具有的測(cè)井功能主要依據(jù)自然伽馬測(cè)井曲線，主要測(cè)量的是不同巖層的天然伽馬射線輻射能量強(qiáng)度的方法。在不同的地層中自然伽馬放射性強(qiáng)度的規(guī)律具體表現(xiàn)為：在火成巖中，隨著酸性礦物含量的增大放射性的強(qiáng)度逐漸增大；在沉積巖中，隨著泥質(zhì)成分含量增加，放射性逐漸增強(qiáng)。根據(jù)以上規(guī)律，自然伽瑪測(cè)井結(jié)果就能區(qū)分不同巖性，進(jìn)而繪制鉆孔內(nèi)揭露的地質(zhì)剖面。

（3）儀器視頻分辨率達(dá)到480TVLine影像采集視頻畫(huà)面清晰流暢，視頻顯示方式為光源彩色式。視頻存儲(chǔ)方式為錄像存儲(chǔ)式，存儲(chǔ)容量為16G。顯示模塊正常清晰顯示拍攝物圖像。

（4）儀器分析軟件：完成對(duì)數(shù)據(jù)的下載、加工處理、數(shù)據(jù)分析、綜合成果輸出等功能。

（5）儀器硬件采用高度集成的硬件設(shè)計(jì)，具備同步采集鉆孔視頻、巖層自然伽瑪、鉆孔全方位孔斜（方位、傾角）、鉆孔深度等數(shù)據(jù)的功能。

（6）所有類型的采集數(shù)據(jù)采用連續(xù)采集模式，海量數(shù)據(jù)，為探測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性提供保障。

（7）便攜設(shè)計(jì)、獨(dú)立操作、不依賴鉆機(jī)、探測(cè)效率高，正常探測(cè)深度小于100m的井下鉆孔，時(shí)間不超過(guò)40min；井上分析報(bào)告一般可以在3h內(nèi)完成。

（8）分析功能強(qiáng)大、成果豐富：分析軟件可以實(shí)現(xiàn)鉆孔孔斜自動(dòng)計(jì)算成圖，包括鉆孔孔斜平面圖、鉆孔孔斜剖面圖；定量分析地層的分層、劃分巖性生成鉆孔柱狀圖；巖層結(jié)構(gòu)（分層巖性、巖石孔隙、裂隙發(fā)育情況、出水點(diǎn)位置及特征、頂板離層及鉆孔揭露地質(zhì)構(gòu)造情況等）。

（9）可探測(cè)井下常見(jiàn)各類鉆孔：適用于正常礦山井下包括錨索孔在內(nèi)的防探水鉆孔、瓦斯抽放孔、各類工程鉆孔等各種孔徑鉆孔；適用于包括垂直孔在內(nèi)的任意傾斜角度鉆孔。

（10）解決問(wèn)題范圍廣：能夠解決鉆探過(guò)程中的各類問(wèn)題，如探測(cè)采空區(qū)、出水原因、地層異常、頂板支護(hù)、斷層、陷落柱等問(wèn)題。

（11）適用于各級(jí)政府對(duì)煤礦地質(zhì)防治水的管理要求，諸如解決探放水鉆孔不可驗(yàn)證問(wèn)題，可以驗(yàn)證鉆孔深度、孔斜、層位、鉆孔結(jié)構(gòu)（如孔口管長(zhǎng)度等）、出水點(diǎn)等問(wèn)題。

2.應(yīng)用實(shí)例

(1)工作面概況

2417工作面位于二采區(qū)西翼，底板標(biāo)高為694～770m，地面標(biāo)高為962.7～1102.5m。起于4#輔助皮帶巷，止于西側(cè)井田邊界。由2417回風(fēng)聯(lián)巷（33m）、2417進(jìn)料聯(lián)巷（67m）、2417材料巷（1181.8m）、2417運(yùn)輸巷（1335.5m）、2417切割巷1（80.8m）、2417切眼聯(lián)巷（154.1m）、2417切割巷2（98.6m）構(gòu)成。北側(cè)為34K4、1305采空區(qū)，東側(cè)為大巷保安煤柱，南側(cè)為3402回采工作面（正施工3402運(yùn)輸巷），西側(cè)為井田邊界，靠近金家莊煤礦（采空區(qū)），上部為3303（2）回采工作面（正在回采）。2417工作面上部西北720～1356m范圍為薛家?guī)X舊村（已搬遷），東南方向?yàn)檠規(guī)X瓦斯發(fā)電站。

2417工作面運(yùn)輸巷長(zhǎng)1335.5m，材料巷長(zhǎng)1181.8m，輔助材料巷154.1m，切割巷長(zhǎng)180.5m，小切眼長(zhǎng)65.8m左右。本工作面在太原組4＃煤層中掘進(jìn)，鄰近工作面煤層平均厚度4.25m，煤結(jié)構(gòu)：1.20(0.25)2.80m，夾矸為泥巖。4#煤層直接頂板為砂質(zhì)泥巖，厚度約8.49m左右，巖性描述為灰黑色，塊狀，性脆，斷口平坦，較堅(jiān)硬；老頂為鋁質(zhì)泥巖，厚度為1.15m左右，巖性描述為淺灰色，富含植物根化石，較軟巖；直接底為砂質(zhì)泥巖，厚度為5.16m左右，巖性描述為灰黑色，性脆，含砂不均，局部夾泥巖，較堅(jiān)硬；老底為粗粒砂巖，厚度為11.76m左右，巖性描述為灰色，泥質(zhì)膠結(jié)，上粗下細(xì)，較堅(jiān)硬。

2417工作面位于4#煤層非突出危險(xiǎn)區(qū)域，根據(jù)瓦斯地質(zhì)圖預(yù)計(jì)該區(qū)域瓦斯含量為4.67～6.16m3/t，瓦斯壓力0.12～0.19MPa，瓦斯絕對(duì)涌出量1.87～3.18m3/min。

(2)瓦斯抽放鉆孔的作用

2417工作面主要采區(qū)本煤層平行鉆孔預(yù)抽進(jìn)行防治煤與瓦斯突出。其消突機(jī)理是通過(guò)抽放一定的瓦斯，導(dǎo)致煤體內(nèi)瓦斯?jié)撃芎蛷椥阅艿靡葬尫?，煤層得到泄壓，煤體強(qiáng)度減弱或消除突出危險(xiǎn)。因此在工作面運(yùn)輸巷施工密集抽放鉆孔，然后通過(guò)抽放瓦斯泄壓消突。

圖1為2417工作面瓦斯抽放鉆孔實(shí)際施工布置平面圖，瓦斯抽放孔間距設(shè)計(jì)為6m。

(3)礦用測(cè)井分析儀探測(cè)瓦斯抽放孔

本次鉆孔探測(cè)采用礦用鉆孔測(cè)井分析儀，對(duì)2417材料瓦斯抽放孔108#孔進(jìn)行軌跡、鉆孔視頻、自然伽馬測(cè)井分析探測(cè)，預(yù)探明瓦斯抽放孔煤巖分布情況。

現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)時(shí)儀器操作的具體步驟如下：

①探測(cè)前準(zhǔn)備工作

A.儀器準(zhǔn)備與檢測(cè)：在地面對(duì)儀器充電，確保儀器滿電；對(duì)儀器進(jìn)行試連接，確保儀器主機(jī)與探頭能夠良好連接，試開(kāi)機(jī)，檢測(cè)儀器是否工作正常；檢查鉆頭推桿數(shù)量，確保鉆桿總體長(zhǎng)度大于所需探測(cè)鉆孔的最大深度；對(duì)工具包進(jìn)行檢查，查看工具包內(nèi)的工具是否齊全，主要有螺絲刀、開(kāi)口扳手、鏡頭布及防水膠帶等。

B.現(xiàn)場(chǎng)儀器擺放：在井下到達(dá)所需探測(cè)鉆孔位置附近后，將主機(jī)、推桿及工具包放置于鉆孔附近的平坦、干燥與安全的位置，為探測(cè)工作做準(zhǔn)備。

C.井下檢查儀器：取下主機(jī)線纜箱的電纜頭，查看電纜頭防水膠圈的完整性，若其損壞，首先更換防水膠圈；檢查儀器探頭扶正器的螺絲、彈片等是否正常，不正常時(shí)需用工具維修與更換。

D.儀器連接：將儀器的探頭、扶正器、主機(jī)線纜頭進(jìn)行組裝，儀器的各組件組裝完成后，按動(dòng)儀器的電源開(kāi)關(guān)，點(diǎn)亮儀器探頭的LED燈，查看主機(jī)是否可以清晰看到探頭所采集器的視頻。以上工作完成后，為節(jié)省儀器電量可將儀器暫時(shí)關(guān)機(jī)。

E.推桿安裝：安裝推桿時(shí)，首先將第一根推桿與儀器探頭安裝，之后按順序逐次安裝推桿，大約5根推管連接好以后則準(zhǔn)備等待開(kāi)始探測(cè)。至此，探測(cè)前的準(zhǔn)備操作就緒。

②現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)

第1步：首先對(duì)儀器的主機(jī)開(kāi)機(jī)，儀器開(kāi)機(jī)后其液晶顯示屏則能看到儀器探頭在孔口拍攝的視頻，并查看液晶屏幕上的深度顯示窗口是否為0，若不是，則按儀器主機(jī)界面上的清零按鈕，使深度歸零。

第2步：按儀器主機(jī)的啟動(dòng)鍵啟動(dòng)儀器，儀器啟動(dòng)后工作指示燈會(huì)在5s至10s后開(kāi)始閃爍，儀器主機(jī)左上角的紅色rec字符閃爍時(shí)即可以開(kāi)始進(jìn)行探測(cè)。

第3步：將已經(jīng)連接好推桿的探頭送進(jìn)鉆孔開(kāi)始探測(cè)，勻速并緩慢的推進(jìn)推桿，待連接好的5根鉆桿推進(jìn)完畢后繼續(xù)連接推桿，之后繼續(xù)推進(jìn)，按以上工作順序逐步勻速并緩慢推進(jìn)推桿與探頭，直至將推桿推送至孔底?？椎椎奈恢迷谝曨l采集狀態(tài)正常情況下，可以根據(jù)視頻確定，此時(shí)，如果遇到鉆孔塌孔嚴(yán)重，不得強(qiáng)行推進(jìn)，以防探頭被卡不能收回；視頻采集受到孔中污水等情況限制時(shí)，要緩慢推進(jìn)探頭至受到明顯阻力不能推進(jìn)為止，此時(shí)，即便沒(méi)有到孔底也不能再冒然用力推進(jìn)，以防探頭被卡不能回收。

第4步：探到孔底后（或由于塌孔被迫終止時(shí)）需重新啟動(dòng)儀器主機(jī)，重新進(jìn)行探測(cè)。探測(cè)完畢后首先按儀器的啟動(dòng)鍵，工作指示燈停止閃爍和儀器左上角的rec標(biāo)識(shí)消失后儀器停止數(shù)據(jù)采集。之后長(zhǎng)按電源鍵對(duì)儀器關(guān)機(jī)。

現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)時(shí)根據(jù)以上儀器操作流程完成后即可完成108#瓦斯鉆孔的實(shí)際探測(cè)，可獲得鉆孔內(nèi)的軌跡、視頻及自然伽馬等資料，詳細(xì)如下：

圖2為108#孔設(shè)計(jì)軌跡與實(shí)際軌跡對(duì)比圖，圖3為108#鉆孔內(nèi)典型視頻截圖，圖4為108#鉆孔自然伽馬測(cè)井分析。

結(jié)合鉆孔軌跡、視頻、伽馬測(cè)井綜合分析可得如下結(jié)果：

A.實(shí)際鉆孔與設(shè)計(jì)鉆孔相比，終孔平面位置向南偏移11.6m左右，終孔垂直方向向煤層頂板方向偏移16.3m左右；

B.鉆孔視頻與伽馬綜合分析，鉆孔在鉆至83.6m左右由全煤變?yōu)榘朊簬r，之后變?yōu)槿珟r，判斷鉆孔自83.6m至113m范圍內(nèi)開(kāi)始沿煤層與煤層頂板之間鉆進(jìn)，之后巖煤層頂板鉆進(jìn)。

3.結(jié)論

文章通過(guò)描述瓦斯抽放鉆孔在瓦斯治理中的作用，采用礦用鉆孔測(cè)井分析儀對(duì)瓦斯抽放鉆孔進(jìn)行測(cè)孔應(yīng)用分析，可以得出如下結(jié)論：

（1）施工瓦斯抽放鉆孔是瓦斯防治與治理中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)手段。

（2）礦用鉆孔分析儀可以對(duì)瓦斯鉆孔的軌跡、深度、孔內(nèi)煤巖結(jié)果進(jìn)行定性定量探測(cè)，進(jìn)而分析瓦斯抽放鉆孔實(shí)際控制煤層的范圍。

（3）礦用鉆孔分析儀可以對(duì)瓦斯抽放鉆孔的成孔質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，輔助調(diào)整與補(bǔ)打瓦斯抽放鉆孔工作，間接對(duì)煤礦瓦斯的防治工作具有一定的指導(dǎo)意義。