立井井筒預想柱狀圖的繪制方法探討

摘 要：介紹了地質參數的確定方法，通過邏輯推理得出繪制立井井筒預想柱狀圖的通用公式，對運用通用公式繪制預想柱狀圖的細節進行了探討。

關鍵詞：立井；井筒預想柱狀圖；地質參數；通用公式

井筒預想柱狀圖是井筒施工的直接依據，立井井筒鑿井使用的預想柱狀圖的繪制方法為文章討論的內容。井筒施工的技術指導主要源于相應井筒的檢查孔，利用好井筒檢查孔的地質資料，為鑿井提供可靠的地質、工程及水文地質資料極為重要。現如今，繪制和檢驗井筒預想柱狀圖的方法通用性不強，給大眾對井筒預想柱狀圖的繪制帶來不便，故文章整理了過去繪制井筒預想柱狀圖的思路和方法，供同行交流和探討。

1 立井井筒預想柱狀圖的繪制方法

立井井筒預想柱狀圖的繪制是利用井筒檢查孔所獲得的綜合柱狀圖，通過邏輯推理得出井筒檢查孔綜合柱狀上各巖層在井筒豎直孔上的投影，由投影組成的圖即為井筒的預想柱狀圖。在預想柱狀圖的繪制過程中，涉及地質參數的確定、通用公式的邏輯推理等環節。

1.1 地層三要素的確定

鑒于以往在淮北地區提交的《地質報告》所繪制的松散層水文地質剖面圖，三隔以上各含、隔水層厚度比較穩定、深度變化不大；四含因受古地形影響，厚度和深度變化雖然較大，但四含厚度小，對整體影響不大，故井筒松散層地質參數取值0°進行討論。利用礦區或采區的《地質報告》可對井筒基巖段地層三要素進行確定。

巖層走向用γ表示，巖層傾向用φ表示，地層傾角用θ表示。γ值和θ值可從礦區或采區的《地質報告》中獲取，γ值從煤層等高線平面圖上可直接量取；如果區域范圍內《地質報告》不夠詳細或區域地質構造比較復雜，可利用三角函數進行推理計算出θ值；γ值與φ值相差90°或270°，γ值確定后，結合煤層等高線平面圖，φ值便可確定。逆傾向用ω表示，逆傾向與傾向存在180°的關系，即：

ω=φ+180° （1.1）

1.2 通用公式的邏輯推理和確定

立井井筒預想柱狀圖的繪制分兩步驟進行，第一步：斜孔換算成豎直孔；第二步：豎直孔平移。

1.2.1 斜孔換算成豎直孔

斜孔換算成豎直孔的過程為立井井筒檢查孔上各巖層豎直后厚度累加的過程。巖層豎直換算的過程需要確定巖層的傾斜參數，傾斜參數包含巖層的傾斜度和傾斜方位。利用測斜記錄可得到控制點的傾斜參數，各巖層傾斜參數的選定源于控制點的傾斜參數，通過就近原則，可采取各巖層的傾斜參數。

（1）松散層。據1.1討論的內容，松散層地質參數取值0°，故松散層各層段豎直換算的過程僅與傾斜度有關。設某層段的厚度為L，豎直方向上的厚度為h，采取的的傾斜度為α，則有h=L*cosα，厚度累加的過程為：

hi=Li*cosαi （1.2）

（2）基巖。給定某一巖層厚度為L，采用的傾斜度為α，傾斜方位為β，結合地層參數，可繪制出圖1。

在圖1中，A為巖層頂板，B為巖層底板，面BCE為由B確定的傾向面，其中E為A在該傾向面的豎直投影點。過A、E兩點有無數個地質剖面，當該剖面與地層走向線垂直時，則有圖中所示的面AEC，C為巖層底板B在由E點確定的傾斜線上的垂直投影，D為巖層底板B在豎直線AE上的垂直投影，連接C和D，則有面BCD，面BCD即為水平面，∠DCE則為地層傾角θ。如圖所示，在E點建立坐標系，可以看出D指向C的方位為巖層的逆傾向ω，D指向B的方向為巖層的傾斜方位β，因此∠BDC=β-ω，把式（1.1）帶入，則有：

∠BDC=β-φ-180°

在ΔABD中，AD=AB*cosα=L*cosα

BD=AB*sinα=L*sinα

在ΔBCD中，CD=BD*cos∠BDC=L*sinα*cos（β-φ-180°）=-L*sinα*cos（β-φ）

在ΔDCE中，DE=CD*tanθ=-L*sinα*cos（β-φ）*tanθ

巖層豎直后的直線AE=AD+DE=L*cosα-L*sinα*cos（β-φ）*tanθ

令AE=h，基巖段巖層豎直厚度累加公式為：

hi=Li*cosαi-Li*sinαi*cos（βi-φ）*tanθ（1.3）

1.2.2 豎直孔平移

（1）松散層平移方法

依據1.2.1的分析過程，松散層豎直后做厚度累加利用的初始位置為井筒檢查孔井口，松散層地質參數取值0°，故松散層做水平平移至井筒中心即可。

（2）基巖平移方法

基巖段平移的方法為先做水平平移，再做豎直平移的過程。前者巖層深度不變，后者巖層深度有變化。

設井筒預想柱狀上存在一個點A，井筒檢查孔預想豎直孔上必定存在一個相應的點，設為B。過點A引一條走向線，該走向線上任意一點的深度必定與A點的深度相等，由于傾向與走向存在垂直的關系，故過B點引向該走向線的垂直線所指的方位即為巖層傾向或逆傾向，交點設為C，D為B點在由A點確定的水平面上的垂直投影點，依上所述可以繪出圖2。

從圖2中可以看出∠BCD為地層傾角θ，∠ADC為面ABD和面BCD的夾角，設為Ψ。由于A、B、D點都是豎直孔上的點，故A點的橫坐標、縱坐標與井筒井口坐標一致；B、D點的橫坐標和縱坐標與井筒檢查孔基巖界面的坐標一致，在井筒和井筒檢查孔基巖界面坐標已知的情況下，可以計算出A指向D或D指向A的方位和AD的值，AD值設為d。

在ΔADC中，CD=AD*cos∠ADC=d*cosΨ

在ΔBCD中，BD=CD*tanθ=d*cosΨ*tanθ

令0°≤Ψ≤90°時，則有

BD=±d*cosΨ*tanθ （1.4）

BD即為基巖段需要做豎直平移的值。式中d值需要通過井筒檢查孔基巖界面的坐標進行計算。利用井筒檢查孔井口坐標，通過各層段頂底板采用的傾斜參數可計算出井筒檢查孔上任意相應點的坐標。

1.2.3 通用公式的確立

就基巖段而言，令各巖層底板在井筒預想柱狀上的深度為Hi，則有Hi=hi+BD，把式（1.3）、（1.4）帶入公式，則有：

Hi=Li*cosαi-Li*sinαi*cos（βi-φ）*tanθ±d*cosΨ*tanθ

0°≤Ψ≤90°（1.5）

式中H：井筒檢查孔上相應巖層底板深度投影在井筒預想柱狀上的預想深度；L：巖層厚度；α：巖層傾斜度；β：巖層傾斜方位；φ：地層傾向；θ：地層傾角；d：井筒檢查孔基巖界面到井筒中心的垂直距離；Ψ：由井筒檢查孔基巖界面和井筒中心確定的豎直平面與地層

傾向的夾角（0°≤Ψ≤90°）。

式（1.5）中，令θ=0°，則有Hi=Li*cosαi，故松散層的也適用于式（1.5），因此式（1.5）可作為通用公式。

2 細節探討

（1）式（1.5）中，各巖層傾斜參數的采取，采用就近原則，故各巖層的傾斜參數與控制點的參數息息相關。松散層豎直過程使用θ=0°進行計算，且只做水平平移；對于某些巖層采用的傾斜參數為0°時，巖層為豎直巖層，直接參與平移即可；相對于井筒檢查孔，當井筒位于傾向下方時采用“+”，當井筒位于傾向上方時采用“-”。

（2）井筒預想柱狀上，由于松散層和基巖段地層傾角采取不同的參數，故基巖段做豎直平移后，與松散層必然存在銜接的問題，解決的辦法為利用松散層底部受古地形影響比較大的原理，通過改變直接與基巖接觸的土（或砂）層的厚度，使兩者形成銜接。

（3）利用檢查孔、預想立井的柱狀，可繪制地質剖面圖，剖面圖中對于某一巖層的視傾角在圖2中為∠BAD，利用視傾角與地層傾角存在的關系，可計算出視傾角的值，當在剖面圖上量取得到的值與計算出來的值相差不大時，各參數選擇合理，反之，選擇的地質參數有誤或出入較大。

（4）對于巨厚巖層，其傾斜參數的采取對結果影響較大，應以控制點的傾斜參數對巖層分段進行計算；對于地層復雜，各層段地層傾角變化幅度較大時，θ通過分段取值的辦法可提高繪制井筒預想柱狀的準確性。

參考文獻

[1]張文永，徐勝平，黃芳友.煤礦井筒檢查孔有關資料處理方法探討[J].中國煤田地質，2006，18（1）.

[2]崔麗茹，胥國富.預想井筒地層的計算探討[J].西部探礦工程，2014（4）.

作者簡介：黃樹衛（1978-），男，廣西環江人，工程師，現從事水文與煤田地質勘探工作。