礦井鉆孔測(cè)井分析儀在云岡礦上覆采空區(qū)積水探放中的應(yīng)用

劉務(wù)全

(晉能控股煤業(yè)集團(tuán) 云崗礦地測(cè)科，山西 大同 037017)

云岡礦位于山西省大同市，隸屬于同煤集團(tuán)。該礦12號(hào)層410盤區(qū)81010工作面為煤柱回采工作面，由南向北開采，工作面走向長(zhǎng)635 m，傾向長(zhǎng)46 m，平均煤層厚度為4.5 m。直接頂平均厚度為24.74 m，為粉細(xì)砂巖互層；直接底平均厚度為4.79 m，為細(xì)粉砂巖互層。工作面上覆2號(hào)層、3號(hào)層、7號(hào)層、8號(hào)層，其中2號(hào)層、8號(hào)層未開拓，3號(hào)層、7號(hào)層為采空區(qū)，通過分析煤層底板等高線和充水性，發(fā)現(xiàn)3號(hào)層、7號(hào)層采空區(qū)存在少量積水，為保證工作面回采工作順利進(jìn)行，需進(jìn)行探放水工作。

1 鉆孔設(shè)計(jì)

為疏放81010工作面上覆采空區(qū)積水，首先需要合理設(shè)計(jì)、布置探放水鉆孔，本次共設(shè)計(jì)了7個(gè)鉆孔，1～6號(hào)孔探放上覆7號(hào)層采空區(qū)的積水，7號(hào)孔探放上覆3號(hào)層采空區(qū)的積水，各鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。探放水鉆孔采用TUX-75型鉆機(jī)，開孔時(shí)先用D108 mm鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔作業(yè)，擴(kuò)孔長(zhǎng)度5 m，用于安設(shè)閘門和止水套管。在止水套管耐壓試驗(yàn)合格后，鉆機(jī)換用直徑42 mm的鉆桿、直徑60 mm鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)[1]，并需經(jīng)常檢查止水套管的耐壓情況。

表1 1～7號(hào)探放水鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)

2 YCJ90/360礦用鉆孔測(cè)井分析儀的應(yīng)用

通常鉆工施工過程中，由于井下地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鉆孔易出現(xiàn)偏斜，井下鉆孔常出現(xiàn)鉆探結(jié)果不能解釋的現(xiàn)象，造成巨大的人力、財(cái)力浪費(fèi)[3]。為了有效地防止鉆孔偏斜，施工中應(yīng)用了YCJ90/360礦用鉆孔測(cè)井分析儀，用以采集鉆孔信息、調(diào)整鉆進(jìn)軌跡。

2.1 工作原理

YCJ90/360礦用鉆孔測(cè)井分析儀由軟硬件組成，工作原理是通過硬件對(duì)鉆孔軌跡等信息進(jìn)行采集，然后軟件分析鉆孔的實(shí)際參數(shù)以及揭露地層的結(jié)構(gòu)特征、孔壁特征，并能夠形成鉆孔巖性柱狀圖、孔斜剖面圖、孔斜平面圖、地質(zhì)預(yù)測(cè)剖面圖原型等圖件，如圖1所示。通過實(shí)際探測(cè)的鉆孔信息，施工中可及時(shí)矯正鉆進(jìn)軌跡的偏差，從而提高鉆孔疏放采空區(qū)積水的效果[2-4]。

圖1 YCJ90/360礦用鉆孔測(cè)井分析儀工作原理

2.2 試驗(yàn)施工

本次工程施工時(shí)，首先用7號(hào)孔進(jìn)行了施工試驗(yàn)，鉆進(jìn)過程未使用測(cè)井技術(shù)。鉆孔完成鉆探后，探測(cè)發(fā)現(xiàn)終孔實(shí)際位置與設(shè)計(jì)位置存在有偏差，如圖2所示。

由圖2可以看出，終孔位置不準(zhǔn)確，鉆孔實(shí)際軌跡2號(hào)線與設(shè)計(jì)軌跡1號(hào)線在套管內(nèi)只有部分重合，發(fā)生了很大的孔內(nèi)偏移，偏斜角度最大達(dá)到17°，有18.79 m的偏斜距離，將會(huì)對(duì)探放水效果造成嚴(yán)重的影響。分析其產(chǎn)生原因，可能是機(jī)坪位置地基軟硬不均勻，鉆孔地面出現(xiàn)沉降偏斜，且鉆機(jī)壓力、轉(zhuǎn)速過大，在地層軟硬變層時(shí)未作出合理調(diào)整，使得鉆孔出現(xiàn)偏斜。

圖2 試驗(yàn)施工7號(hào)鉆孔軌跡平面示意(m)

2.3 測(cè)井施工

7號(hào)孔的試驗(yàn)施工證明，不采用測(cè)井技術(shù)難免會(huì)發(fā)生鉆孔偏斜。YCJ90/360礦用鉆孔測(cè)井分析儀，具有采集鉆孔信息、調(diào)整鉆進(jìn)軌跡的功能，因此調(diào)整施工方案后，在鉆探過程中應(yīng)用了YCJ90/360礦用鉆孔測(cè)井分析儀，對(duì)鉆孔發(fā)生的偏移及時(shí)進(jìn)行了調(diào)整，并得到了合格的成孔效果。

以7號(hào)孔為例(如圖3所示)，分析應(yīng)用分析儀后7號(hào)鉆孔的施工軌跡：圖4中1號(hào)線為7號(hào)孔鉆探設(shè)計(jì)軌跡，2號(hào)線為實(shí)際施工的軌跡圖，可見采用礦用鉆孔測(cè)井分析儀后，鉆孔成孔效果良好、偏斜量較小，實(shí)際軌跡與設(shè)計(jì)軌跡基本符合。

圖3 正式施工7號(hào)鉆孔軌跡平面

應(yīng)用YCJ90/360礦用鉆孔測(cè)井分析儀，不僅良好控制了鉆孔軌跡，采集各種信息的同時(shí)，也能對(duì)鉆孔揭露巖性和孔內(nèi)情況進(jìn)行探測(cè)。圖4是7號(hào)鉆孔在53 m處的視頻截圖。由圖3可知，7號(hào)鉆孔在53 m處有巖溶裂隙發(fā)育，經(jīng)整個(gè)施工過程的探測(cè)，7號(hào)鉆孔從53 m處至終孔巖溶裂隙發(fā)育。在后續(xù)疏放水過程中，7號(hào)鉆孔從53 m處開始涌水，在87 m處涌水量增加，這與視頻探測(cè)結(jié)果巖溶裂隙法發(fā)育段相吻合[4]，準(zhǔn)確解釋了出水位置和原因。其余6個(gè)鉆孔，鉆進(jìn)情況基本上與7號(hào)鉆孔類似。

圖4 7號(hào)鉆孔鉆深至53 m處測(cè)井視頻

3 探放結(jié)果

YCJ90/360礦用鉆孔測(cè)井分析儀在81010工作面上覆采空區(qū)積水探放施工中，起到了重要的指導(dǎo)作用，提高了鉆孔施工的可靠性和精確性，很好控制了鉆孔軌跡，對(duì)鉆探施工有重要的指導(dǎo)作用[4]。應(yīng)用測(cè)井分析儀施工的81010工作面7個(gè)鉆孔，不僅均成孔良好、位置準(zhǔn)確，成孔后1號(hào)孔平均涌水量45 m3/h，2號(hào)孔平均涌水量50 m3/h，3號(hào)孔平均涌水量26 m3/h，4號(hào)孔平均涌水量45 m3/h，5號(hào)孔平均涌水量18 m3/h，6號(hào)孔平均涌水量63 m3/h，7號(hào)孔平均涌水量53 m3/h，最終疏放水25 000 m3，采空區(qū)的積水得到了充分疏放。

4 結(jié) 語(yǔ)

為了疏放81010工作面上覆3號(hào)、7號(hào)采空區(qū)的積水，本次探放水共設(shè)計(jì)了7個(gè)鉆孔。施工7號(hào)試驗(yàn)孔時(shí)，因?yàn)槲床扇y(cè)井技術(shù)，鉆孔軌跡偏移較大。調(diào)整施工方案，應(yīng)用YCJ90/360礦用鉆孔測(cè)井分析儀后，由于能在鉆孔鉆進(jìn)的過程中實(shí)時(shí)測(cè)量并調(diào)整偏差，最終7個(gè)鉆孔均成孔準(zhǔn)確。

實(shí)踐證明，YCJ90/360礦用鉆孔測(cè)井分析儀，不僅可以檢測(cè)、調(diào)整鉆孔軌跡，還可視頻探測(cè)分析鉆孔情況、根據(jù)測(cè)井曲線分析揭露巖石特性、連續(xù)準(zhǔn)確地測(cè)量鉆孔深度[5]，提高了鉆探的準(zhǔn)確性和可靠性，對(duì)礦井采空區(qū)的積水的疏放工作和確保礦井的安全開采也具有重要作用。