礦井鉆孔測井分析儀在云岡礦上覆采空區積水探放中的應用

劉務全

(晉能控股煤業集團 云崗礦地測科，山西 大同 037017)

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

1 鉆孔設計

為疏放81010工作面上覆采空區積水，首先需要合理設計、布置探放水鉆孔，本次共設計了7個鉆孔，1～6號孔探放上覆7號層采空區的積水，7號孔探放上覆3號層采空區的積水，各鉆孔設計參數見表1。探放水鉆孔采用TUX-75型鉆機，開孔時先用D108 mm鉆頭進行擴孔作業，擴孔長度5 m，用于安設閘門和止水套管。在止水套管耐壓試驗合格后，鉆機換用直徑42 mm的鉆桿、直徑60 mm鉆頭繼續鉆進[1]，并需經常檢查止水套管的耐壓情況。

表1 1～7號探放水鉆孔設計參數

2 YCJ90/360礦用鉆孔測井分析儀的應用

通常鉆工施工過程中，由于井下地質結構復雜，鉆孔易出現偏斜，井下鉆孔常出現鉆探結果不能解釋的現象，造成巨大的人力、財力浪費[3]。為了有效地防止鉆孔偏斜，施工中應用了YCJ90/360礦用鉆孔測井分析儀，用以采集鉆孔信息、調整鉆進軌跡。

2.1 工作原理

YCJ90/360礦用鉆孔測井分析儀由軟硬件組成，工作原理是通過硬件對鉆孔軌跡等信息進行采集，然后軟件分析鉆孔的實際參數以及揭露地層的結構特征、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、地質預測剖面圖原型等圖件，如圖1所示。通過實際探測的鉆孔信息，施工中可及時矯正鉆進軌跡的偏差，從而提高鉆孔疏放采空區積水的效果[2-4]。

圖1 YCJ90/360礦用鉆孔測井分析儀工作原理

2.2 試驗施工

本次工程施工時，首先用7號孔進行了施工試驗，鉆進過程未使用測井技術。鉆孔完成鉆探后，探測發現終孔實際位置與設計位置存在有偏差，如圖2所示。

由圖2可以看出，終孔位置不準確，鉆孔實際軌跡2號線與設計軌跡1號線在套管內只有部分重合，發生了很大的孔內偏移，偏斜角度最大達到17°，有18.79 m的偏斜距離，將會對探放水效果造成嚴重的影響。分析其產生原因，可能是機坪位置地基軟硬不均勻，鉆孔地面出現沉降偏斜，且鉆機壓力、轉速過大，在地層軟硬變層時未作出合理調整，使得鉆孔出現偏斜。

圖2 試驗施工7號鉆孔軌跡平面示意(m)

2.3 測井施工

7號孔的試驗施工證明，不采用測井技術難免會發生鉆孔偏斜。YCJ90/360礦用鉆孔測井分析儀，具有采集鉆孔信息、調整鉆進軌跡的功能，因此調整施工方案后，在鉆探過程中應用了YCJ90/360礦用鉆孔測井分析儀，對鉆孔發生的偏移及時進行了調整，并得到了合格的成孔效果。

以7號孔為例(如圖3所示)，分析應用分析儀后7號鉆孔的施工軌跡：圖4中1號線為7號孔鉆探設計軌跡，2號線為實際施工的軌跡圖，可見采用礦用鉆孔測井分析儀后，鉆孔成孔效果良好、偏斜量較小，實際軌跡與設計軌跡基本符合。

圖3 正式施工7號鉆孔軌跡平面

應用YCJ90/360礦用鉆孔測井分析儀，不僅良好控制了鉆孔軌跡，采集各種信息的同時，也能對鉆孔揭露巖性和孔內情況進行探測。圖4是7號鉆孔在53 m處的視頻截圖。由圖3可知，7號鉆孔在53 m處有巖溶裂隙發育，經整個施工過程的探測，7號鉆孔從53 m處至終孔巖溶裂隙發育。在后續疏放水過程中，7號鉆孔從53 m處開始涌水，在87 m處涌水量增加，這與視頻探測結果巖溶裂隙法發育段相吻合[4]，準確解釋了出水位置和原因。其余6個鉆孔，鉆進情況基本上與7號鉆孔類似。

圖4 7號鉆孔鉆深至53 m處測井視頻

3 探放結果

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

4 結 語

為了疏放81010工作面上覆3號、7號采空區的積水，本次探放水共設計了7個鉆孔。施工7號試驗孔時，因為未采取測井技術，鉆孔軌跡偏移較大。調整施工方案，應用YCJ90/360礦用鉆孔測井分析儀后，由于能在鉆孔鉆進的過程中實時測量并調整偏差，最終7個鉆孔均成孔準確。

實踐證明，YCJ90/360礦用鉆孔測井分析儀，不僅可以檢測、調整鉆孔軌跡，還可視頻探測分析鉆孔情況、根據測井曲線分析揭露巖石特性、連續準確地測量鉆孔深度[5]，提高了鉆探的準確性和可靠性，對礦井采空區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。