“鉆孔雷達+鉆孔電視”精細化探測技術的應用*

王培，劉柯，王選琳，張翠蘭

(1.重慶市能源投資集團科技有限責任公司 設計分公司，重慶 400061；2.重慶市能源投資集團科技有限責任公司 瓦斯研究院，重慶 400061)

0 引言

近年來，地球物理探測方法和技術發展飛速，出現了很多針對不同條件探測有效的技術與裝備[1]。其中，鉆孔雷達探測就是一種有效的探測技術。目前鉆孔雷達在國外主要是應用于金屬礦脈及位置探測，而在國內的金屬礦探測應用不多，其在國內的應用主要是地下空間探測、大型工程裂隙/裂縫探測等，其探測效果均較為理想[2?4]。但是，目前礦用鉆孔地質雷達在煤礦井下的探測應用多為試驗階段，均不成熟，所以煤礦井下掘進過程中一般還是依靠打較多的超前探孔進行水與瓦斯（包括有毒有害氣體）的探測[5]。

另外，礦用鉆孔電視儀近年來在煤礦的應用逐步增多，但是主要是用于巷道的冒落帶高度探測、鉆孔覆巖破碎情況觀測，其探測效果可明顯分辨出破碎區域大致范圍，而有關采用鉆孔電視儀探測煤礦井下地質構造的報道卻少之又少[6?13]。

1 精細化探測技術

“鉆孔雷達+鉆孔電視”精細化探測技術是一種結合礦用鉆孔雷達探測和鉆孔電視儀觀測技術的綜合探測技術，其綜合探測結果準確度更高。

鉆孔雷達探測設備主要包括探測主機、發射/接收天線、推桿、深度記錄儀、數據傳輸導線和配套的數據處理軟件等，其探測方法和原理如圖1所示。根據圖1，將發射/接收天線連接好后放于待探測鉆孔中并以緩慢速度向鉆孔深部推進，在推進過程中向鉆孔徑向周圍圍巖發射電磁波信號，自動掃描鉆孔徑向一定范圍內的構造情況并將接收的信號傳輸到探測主機，通過主機的數據處理軟件可分析前方異常地質體的基本情況。目前，該探測技術可探測鉆孔徑向30m范圍內的地質異常體情況。鉆孔電視儀主要由觀測主機、推桿、數據傳輸導線、攝像頭、深度記錄儀等組成。鉆孔電視儀觀測是將儀器按順序連接好后，通過推桿將攝像頭緩慢勻速向鉆孔深部推進，鉆孔孔壁經攝像頭上的LED燈照亮，然后攝像頭攝取反射的孔壁圖像并經數據傳輸導線傳送至觀測主機，可視頻方式觀看[15]。鉆孔電視儀主機對所采集的鉆孔孔壁及深度信息可處理形成2種孔壁圖像，一種是類似三維巖芯圖像，其可以旋轉任意角度觀察巖芯，另一種是鉆孔壁二維展開平鋪圖像。根據鉆孔電視儀所測得的資料可獲得裂隙/裂縫的埋深、傾向、傾角、寬度、裂隙面的粗糙度、充填物等信息。

“鉆孔雷達＋鉆孔電視”精細化探測就是同時利用上述2種探測方法，先后探測，數據綜合對比分析，再得出較為準確的預判結論。從理論上講，每種探測方法均是對另一種探測方法的補充，形成互補關系，探測結論更為準確。

圖1 鉆孔雷達探測方法[14]

2 探測設備

本文采用的礦用鉆孔雷達是ZTR7.2礦用地質雷達，其實物如圖2所示，其發射/接收天線的頻率為100 MHz，數據處理軟件適用國際通用的各類數據格式。采用的鉆孔電視儀實物如圖3所示，其正常可推進觀測深度達80m以上。

圖2 鉆孔雷達實物

3 精細化探測技術應用與分析

本次探測技術應用選在打通一礦S402瓦斯巷起坡190m后掘平巷繞道10m處的磧頭進行，共同探測1個超前探孔。探測鉆孔為水平孔，孔徑為75mm，終孔深度為42m，位于磧頭中線距底板20 cm處。

圖3 鉆孔電視儀實物

3.1 礦用鉆孔雷達探測結果與分析

S402瓦斯巷起坡190m后掘平巷繞道10m處磧頭鉆孔雷達探測結果如圖4所示。

鉆孔探測深度為37.5m，探測結果顯示鉆孔圍巖部分段存在明顯構造。圖4中標識區域信號出現明顯異常，分別為：

（1）探測深度在9.0m～13.5m之間、距鉆孔壁0.5m～7.5m區域范圍內；

眾創空間能夠實現設備、數據和創客團隊的融合，并與外部創新資源共同構成創新生態系統。在該系統內，各種創新要素彼此間建立網絡連接并產生交互效應，協同作用并相互制約，形成了由諸多創新要素結合而成的新型復雜體系架構，可將原來處于空間內部的封閉型創新要素轉化為面向產業的共享型創新要素。隨著創新活動的逐步推進，創意信息在眾創空間體系架構內連續產生和流動，通過與外部產業資源對接，實現創意的商業化過程。

（2）探測深度在10.5m～37.5m之間、距鉆孔壁4.0m～11.5m區域范圍內。

其中（1）處區域信號變化尤為異常，根據探測經驗判斷為斷層或大型孔裂隙；（2）處區域信號異常減弱，根據探測經驗判斷為介電常數變化，推斷為該區域巖性發生變化（強度降低，或為泥巖）。

圖4 鉆孔雷達探測結果

3.2 鉆孔電視儀探測結果與分析

S402瓦斯巷起坡190m后掘平巷繞道10m處磧頭鉆孔電視儀探測結果如圖5所示。由于推進過程中鏡頭前方堆積鉆屑以及鉆孔中有水，鉆孔探測深度14.3667m。由圖5可以看出：

（1）鉆孔深度2.1m和2.4m處，孔壁存在小孔/裂隙；

（2）鉆孔深度2.6m～3.3m段，孔壁裂隙延伸；

（3）鉆孔深度5.8m處，孔壁存在明顯孔隙，尺度0.1m；

（4）鉆孔深度9.3m～9.5m段，孔壁存在明顯裂隙；

（5）鉆孔深度10.3m～10.6m段，孔壁存在明顯裂隙/縫，可與鉆孔雷達探測結果分析異常區域對應；

（6）鉆孔深度11.4m處，孔壁存在小孔隙；

（7）鉆孔深度12.6m處，孔壁存在小孔/裂隙；

（8）鉆孔深度12.9m～13.5m段，孔壁存在明顯裂隙延伸。

圖5 鉆孔電視儀觀測結果

3.3 綜合分析

根據鉆孔雷達探測和鉆孔成像儀探測結果綜合對比判斷可知：在鉆孔探測深度9.3m～13.5m、距鉆孔壁0.5m～7.5m范圍區域，2種方法的探測結果均顯示該區域存在地質異常體（孔/裂隙構造），建議在掘進時做好相應的防治措施。在探測后期，根據打通一礦井下S402瓦斯巷起坡190m后掘平巷繞道10m處磧頭掘進施工記錄情況，在掘進至前方13.5m位置的時候確實存在一個較大的裂隙，與前期的探測結果吻合。并且前期施工超前探孔時，在鉆至13m左右出現了輕微的瓦斯超限，該深度數據與本次的探測結論相符合。鑒于前期根據探測結果預先準備了防治措施，該磧頭掘進時未出現異常情況。綜合認為，本次“鉆孔雷達+鉆孔電視”精細化探測技術的探測結果較為準確，尤其是鉆孔電視探測結果中，可將觀測到的裂隙尺寸長度精確到10 cm以內。

4 結論

（1）理論上綜合利用礦用鉆孔雷達和鉆孔電視儀聯合探測煤礦井下地質構造情況具有更高的準確度，值得推廣應用。

（2）在打通一礦井下S402瓦斯巷起坡190m后掘平巷繞道10m處磧頭進行“鉆孔雷達+鉆孔電視”精細化探測的結果與現場前期施工超前探孔時遇到的異常情況和后期掘進施工時驗證的結果相匹配，說明“鉆孔雷達+鉆孔電視”精細化探測技術的探測結果準確、精確度較高、可靠性較強。