專利名稱：井下巷道鉆孔施工及地質(zhì)信息反演方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及井下開(kāi)采技術(shù)，尤其涉及一種井下巷道鉆孔施工及地質(zhì)信息反演方法。
背景技術(shù)：
煤礦井下巷道中施工的抽排及勘探鉆孔種類(lèi)較多，主要為煤層瓦斯抽放、地質(zhì)構(gòu)造探查、排放水等功用。目前鉆孔通常采用盲鉆方式，不知道前方煤層的實(shí)際狀況，通常鉆孔施工過(guò)程中會(huì)遇到地質(zhì)構(gòu)造等異常，鉆孔的真實(shí)軌跡、見(jiàn)煤信息與設(shè)計(jì)鉆孔會(huì)存在一定的變化，目前，鉆孔設(shè)計(jì)均為平剖面表達(dá)方式，其多組鉆孔控制時(shí)信息交叉，對(duì)設(shè)計(jì)與施工單位的參考作用有限，且根據(jù)鉆孔揭露地質(zhì)信息對(duì)地質(zhì)構(gòu)造及其異常的預(yù)報(bào)功能不足，地質(zhì)技術(shù)的預(yù)報(bào)能力較低。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種井下巷道鉆孔施工及地質(zhì)信息反演方法，用于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提高鉆孔揭露地質(zhì)信息對(duì)地質(zhì)構(gòu)造及其異常的預(yù)報(bào)功能，提高地質(zhì)技術(shù)的預(yù)報(bào)能力，為巷道掘進(jìn)單位安全生產(chǎn)提供指導(dǎo)，對(duì)出現(xiàn)構(gòu)造異常位置進(jìn)行先期處理，保障施工安全。
本發(fā)明提供一種井下巷道鉆孔施工及地質(zhì)信息反演方法，包括以下步驟:
步驟1)，在三維坐標(biāo)系中根據(jù)預(yù)測(cè)值建立煤層地質(zhì)模型；
步驟2)，在三維坐標(biāo)系中預(yù)先設(shè)置順層巷道及至少一排鉆孔；
步驟3)，按照上述預(yù)設(shè)情況進(jìn)行鉆探，在鉆探過(guò)程中獲得一系列地質(zhì)信息；
步驟4)，根據(jù)上述地質(zhì)信息在三維坐標(biāo)系中反演和修正煤層地質(zhì)模型；
步驟5 )，根據(jù)修正后的煤層地質(zhì)模型在三維坐標(biāo)系中修正順層巷道走向及鉆孔走向；
步驟6)，根據(jù)修正后地質(zhì)模型進(jìn)行巷道掘進(jìn)，以及下一輪鉆孔施工。
本發(fā)明提供的井下巷道鉆孔施工及地質(zhì)信息反演方法，通過(guò)對(duì)井下施工鉆孔的三維設(shè)計(jì)，錄入鉆孔實(shí)見(jiàn)地質(zhì)信息，進(jìn)一步反演出每一鉆孔煤層真實(shí)的空間分布形態(tài)，并根據(jù)煤層位置及厚度、巖層分界等信息重構(gòu)控制區(qū)域內(nèi)的地層及構(gòu)造特征，對(duì)可能存在的斷層等地質(zhì)構(gòu)造異常提出預(yù)測(cè)，形成一套完整的鉆孔設(shè)計(jì)、輸出、地質(zhì)反演及預(yù)報(bào)的方法技術(shù)，為巷道掘進(jìn)施工單位安全生產(chǎn)提供指導(dǎo)，對(duì)出現(xiàn)構(gòu)造異常位置進(jìn)行先期處理，保障施工安全。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的順層巷道鉆孔的斷面示意圖2為圖1中沿A-A向剖視圖3為圖1中沿B-B向剖視圖4為修正后的順層巷道立體示意圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的高抽巷道鉆孔的立體示意圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的底抽巷道鉆孔的立體示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一
圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的順層巷道鉆孔的斷面示意圖；圖2為圖1中沿A-A向剖視圖；圖3為圖1中沿B-B向剖視圖；圖4為修正后的順層巷道立體示意圖；如圖1-4所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種井下巷道鉆孔施工及地質(zhì)信息反演方法，包括以下步驟:
步驟1)，在三維坐標(biāo)系中根據(jù)預(yù)測(cè)值建立煤層地質(zhì)模型I ;
步驟2)，在三維坐標(biāo)系中預(yù)先設(shè)置順層巷道2及至少一排鉆孔3 ；
步驟3)，按照上述預(yù)設(shè)情況進(jìn)行鉆探，在鉆探過(guò)程中獲得一系列地質(zhì)信息；
步驟4)，根據(jù)上述地質(zhì)信息在三維坐標(biāo)系中反演和修正煤層地質(zhì)模型I ;
步驟5 )，根據(jù)修正后的煤層地質(zhì)模型在三維坐標(biāo)系中修正順層巷道走向及鉆孔走向，修正后的煤層地質(zhì)模型為2’，如圖4所示；
步驟6)，根據(jù)修正后地質(zhì)模型2’進(jìn)行巷道掘進(jìn)，以及下一輪鉆孔施工。
本發(fā)明提供的井下巷道鉆孔施工及地質(zhì)信息反演方法，通過(guò)對(duì)井下施工鉆孔的三維設(shè)計(jì)，錄入鉆孔實(shí)見(jiàn)地質(zhì)信息，進(jìn)一步反演出每一鉆孔煤層真實(shí)的空間分布形態(tài)，并根據(jù)煤層位置及厚度、巖層分界等信息重構(gòu)控制區(qū)域內(nèi)的地層及構(gòu)造特征，對(duì)可能存在的斷層等地質(zhì)構(gòu)造異常提出預(yù)測(cè)，形成一套完整的鉆孔設(shè)計(jì)、輸出、地質(zhì)反演及預(yù)報(bào)的方法技術(shù)，為巷道掘進(jìn)單位安全生產(chǎn)提供指導(dǎo)，對(duì)出現(xiàn)構(gòu)造異常位置進(jìn)行先期處理，保障施工安全。
本發(fā)明在具體實(shí)施過(guò)程中，可根據(jù)井下不同巷道條件施工鉆孔技術(shù)要求，進(jìn)行三維地質(zhì)模型構(gòu)建，并立體表達(dá)各個(gè)鉆孔的參數(shù)特征及賦存形態(tài)，可以完成煤層巷道順層施工鉆孔設(shè)計(jì)，以及高抽巷道、底抽巷道和石門(mén)揭煤巷道的三維設(shè)計(jì)與調(diào)整。對(duì)設(shè)計(jì)鉆孔條件進(jìn)行平面圖、剖面圖、位置圖的輸出，直接為施工單位提供技術(shù)指導(dǎo)與使用。根據(jù)每一鉆孔現(xiàn)場(chǎng)施工所揭露的地質(zhì)信息，錄入鉆孔的軌跡數(shù)據(jù)、見(jiàn)煤點(diǎn)位置數(shù)據(jù)、出水點(diǎn)位置、水溫等參數(shù)，修正原設(shè)計(jì)鉆孔參數(shù)結(jié)果并重新進(jìn)行三維煤層地質(zhì)模型的構(gòu)建與表達(dá)，因此，需要對(duì)施工鉆孔的三維空間特征進(jìn)行有效描述表達(dá)，結(jié)合實(shí)際鉆孔施工過(guò)程中揭露的地質(zhì)信息，精確地分析與控制探測(cè)區(qū)域前方的地質(zhì)條件，為煤礦地質(zhì)與施工部門(mén)提供可靠的地質(zhì)技術(shù)參數(shù)。根據(jù)煤層位置及厚度等實(shí)揭數(shù)據(jù)修正鉆孔的設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)煤厚非突變點(diǎn)進(jìn)行連接，在人工交互基礎(chǔ)上對(duì)煤層的非連續(xù)點(diǎn)進(jìn)行控制，設(shè)置出判斷構(gòu)造、地質(zhì)異常體等非煤層位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)前方鉆孔控制區(qū)域的地質(zhì)信息反演，獲得真實(shí)的地質(zhì)條件形態(tài)。根據(jù)地質(zhì)反演結(jié)果，對(duì)鉆孔真實(shí)軌跡條件下的地質(zhì)信息進(jìn)行輸出，提供鉆孔勘探地質(zhì)資料，進(jìn)一步綜合確定剖面內(nèi)巖層及構(gòu)造特征，提交綜合成果圖，為巷道掘進(jìn)單位安全生產(chǎn)提供指導(dǎo)，對(duì)出現(xiàn)構(gòu)造位置進(jìn)行先期處理，保障施工安全。
本發(fā)明通過(guò)對(duì)井下施工鉆孔的三維設(shè)計(jì)，錄入鉆孔實(shí)見(jiàn)地質(zhì)信息，包括對(duì)鉆孔軌跡參數(shù)、見(jiàn)煤位置、鉆孔瓦斯參數(shù)、出水點(diǎn)位及溫度等孔中實(shí)見(jiàn)信息的錄入，進(jìn)一步反演出每一鉆孔巖煤層真實(shí)的空間分布形態(tài)，并根據(jù)煤層位置及厚度、巖層分界等信息重構(gòu)控制區(qū)域內(nèi)的地層及構(gòu)造特征，對(duì)可能存在的地質(zhì)構(gòu)造等異常提出預(yù)測(cè)，形成一套完整的鉆孔設(shè)計(jì)、輸出、地質(zhì)反演及預(yù)報(bào)的方法技術(shù)，其成果可為礦井地質(zhì)及抽排施工提供有效的技術(shù)服務(wù)。
上述的地質(zhì)信息包括鉆孔軌跡數(shù)據(jù)、揭露的煤層位置數(shù)據(jù)、出水點(diǎn)位置和水溫。
步驟4)包括以下步驟:
步驟41)，將所有鉆孔揭露的煤層位置數(shù)據(jù)錄入三維坐標(biāo)系中并進(jìn)行平滑處理，形成相應(yīng)的見(jiàn)煤線；
步驟42)，對(duì)每排鉆孔揭露的煤層位置信息進(jìn)行擬合得出實(shí)際煤層位置及厚度；
步驟43)，在三維地質(zhì)模型中重新構(gòu)架各鉆孔實(shí)見(jiàn)地層信息，對(duì)煤層面的空間形態(tài)進(jìn)行描述，形成煤層空間賦存狀態(tài)。煤層面的空間形態(tài)包括煤層面的形狀以及在三維坐標(biāo)系中的位置，煤層空間賦存狀態(tài)包括煤層在三維坐標(biāo)系中的形狀以及位置。
本發(fā)明通過(guò)構(gòu)建井下巷道施工的四種最主要鉆孔地層模型，根據(jù)井下施工的鉆孔特征，將其分為巷道順層鉆孔、高抽巷道鉆孔、底抽巷道鉆孔和石門(mén)揭煤巷道鉆孔，對(duì)單孔及群孔進(jìn)行三維輔助設(shè)計(jì)，結(jié)合鉆孔施工所揭露的地質(zhì)信息錄入，對(duì)鉆孔空間形態(tài)及其控制范圍的煤巖條件進(jìn)行反演與表達(dá)，在人工交互條件下對(duì)鉆孔揭示區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造等異常條件進(jìn)行預(yù)測(cè)，并輸出各類(lèi)鉆孔賦存狀態(tài)的平面和剖面圖，直接為礦井安全生產(chǎn)提供技術(shù)參數(shù)。上述實(shí)施例適用于巷道順層鉆孔，其中巷道順層鉆孔為掩護(hù)式交叉前探孔，通過(guò)設(shè)計(jì)一排或多排鉆孔實(shí)現(xiàn)對(duì)就方煤巖層位置的探查與控制，具體參見(jiàn)實(shí)施例一。
實(shí)施例二
在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，如圖5、圖6所示，步驟I)與步驟2)之間還包括以下步驟:
步驟11)，在煤層地質(zhì)模型I中預(yù)計(jì)巷道4方位；
步驟12)，在煤層工作面上方或下方的施工巷道5中布置鉆窩6位置；
步驟13),設(shè)置高抽巷道鉆孔7或底抽巷道鉆孔8方位；
步驟14)，按照預(yù)定方位實(shí)施高抽巷道鉆孔7或底抽巷道鉆孔8。
作為上述實(shí)施例的優(yōu)選實(shí)施方式，高抽巷鉆孔或底抽巷鉆孔分布在預(yù)設(shè)煤層巷道兩側(cè)15米左右的寬度范圍內(nèi)，優(yōu)選0-15米。通過(guò)鉆孔將這個(gè)范圍的瓦斯進(jìn)行釋放，能夠滿足巷道的安全施工。
高抽巷道鉆孔，是在煤層工作面上方施工巷道中鉆窩進(jìn)行打鉆，目的是對(duì)下伏煤層中的瓦斯進(jìn)行抽放釋壓；底抽巷道鉆孔，是在煤層工作面下方施工巷道中打鉆，向上穿層抽放煤層卸壓瓦斯，以及抽排放底板含水層中水。步驟11)-步驟14)適用于高抽巷道鉆孔和底抽巷道鉆孔。
巷道順層布鉆設(shè)計(jì)中首先導(dǎo)入順層巷道，根據(jù)三維模型結(jié)果修改巷道或煤層塊的長(zhǎng)度和寬度；再根據(jù)實(shí)際需要增加或減少順層鉆孔。可以是單排也可以是多排孔，根據(jù)鉆孔在巷道斷面、幫上位置參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)施工，而高抽巷道鉆孔和底抽巷道鉆孔在開(kāi)鉆前均需針對(duì)煤層中的瓦斯進(jìn)行抽放釋壓，通過(guò)對(duì)煤層及巷道斷面位置控制，先固定煤層位置，再設(shè)計(jì)開(kāi)鉆鉆窩位置，按設(shè)計(jì)方位進(jìn)行鉆孔布置。
錄入各個(gè)鉆孔打鉆過(guò)程中實(shí)際揭露煤巖層地質(zhì)信息數(shù)據(jù)，修正設(shè)計(jì)鉆孔。針對(duì)四種類(lèi)型巷道設(shè)計(jì)鉆孔，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆探施工臺(tái)賬中記錄的鉆孔軌跡數(shù)據(jù)、揭露的煤巖層位置數(shù)據(jù)、出水點(diǎn)位置、水溫等參數(shù)進(jìn)行錄入。利用表格直接錄入和文件導(dǎo)入兩種形式，對(duì)原設(shè)計(jì)鉆孔揭露的軌跡、層位等參數(shù)進(jìn)行合理修正，重點(diǎn)是標(biāo)示出鉆孔揭露的見(jiàn)煤信息點(diǎn)，控制煤層的實(shí)際位置。
鉆孔控制區(qū)域地質(zhì)條件反演。對(duì)錄入的煤巖層位置數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，重點(diǎn)對(duì)揭露煤層位置點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理，形成相應(yīng)的見(jiàn)煤線。對(duì)于多排鉆孔揭露煤層位置信息擬合出實(shí)際煤層位置及厚度，在三維地質(zhì)模型中反演重構(gòu)各個(gè)鉆孔實(shí)見(jiàn)地層信息，對(duì)煤層面的空間形態(tài)進(jìn)行表達(dá)，形成煤層空間賦存狀態(tài)。設(shè)定煤層不連續(xù)判斷標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)于出現(xiàn)煤層非連續(xù)斷點(diǎn)進(jìn)行人工交互，根據(jù)多個(gè)鉆孔揭露煤層的控制，重點(diǎn)是對(duì)煤層中可能存在的斷層等前方地質(zhì)條件進(jìn)行判斷與預(yù)測(cè)，為巷道或工作面安全生產(chǎn)提供合理的判斷技術(shù)參數(shù)。
鉆孔設(shè)計(jì)與地質(zhì)反演結(jié)果的空間表達(dá)和平面輸出。根據(jù)鉆孔設(shè)計(jì)三維地質(zhì)模型結(jié)果，對(duì)煤層、巷道及鉆孔位置進(jìn)行準(zhǔn)確控制，判斷和調(diào)整鉆孔設(shè)計(jì)的參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)技術(shù)要求，可直接對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行鉆孔單孔或多孔設(shè)計(jì)的平面、剖面圖的表達(dá)與輸出，為鉆孔施工單位所使用。巷道順層鉆孔多排鉆孔設(shè)計(jì)平面輸出，鉆孔排控制前方巷道兩邊各為15m，每一排根據(jù)需要可設(shè)計(jì)若干個(gè)鉆孔，通常共設(shè)計(jì)五個(gè)鉆孔左右。
根據(jù)巷道中鉆孔設(shè)計(jì)完成井下現(xiàn)場(chǎng)施工后，在地質(zhì)反演基礎(chǔ)上形成鉆探控制區(qū)域的重建地質(zhì)模型，包括各個(gè)鉆孔的真實(shí)軌跡、煤巖等信息，結(jié)果確認(rèn)后根據(jù)調(diào)整的煤巖層特征，直接輸出結(jié)果剖面。同時(shí)對(duì)預(yù)測(cè)存在的斷層構(gòu)造進(jìn)行表達(dá)，為巷道掘進(jìn)及工作面回采等后續(xù)工作提供技術(shù)參考。附圖4為煤層巷道順層鉆孔控制區(qū)域內(nèi)地質(zhì)反演后的地質(zhì)剖面，其中可見(jiàn)因煤層不連續(xù)預(yù)測(cè)出的斷層位置。
最后應(yīng)說(shuō)明的是:以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。
權(quán)利要求
1.一種井下巷道鉆孔施工及地質(zhì)信息反演方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1)，在三維坐標(biāo)系中根據(jù)預(yù)測(cè)值建立煤層地質(zhì)模型； 步驟2)，在三維坐標(biāo)系中預(yù)先設(shè)置順層巷道及至少一排鉆孔； 步驟3)，按照上述預(yù)設(shè)情況進(jìn)行鉆探，在鉆探過(guò)程中獲得一系列地質(zhì)信息； 步驟4)，根據(jù)上述地質(zhì)信息在三維坐標(biāo)系中反演和修正煤層地質(zhì)模型； 步驟5)，根據(jù)修正后的煤層地質(zhì)模型在三維坐標(biāo)系中修正順層巷道走向及鉆孔走向； 步驟6)，根據(jù)修正后地質(zhì)模型進(jìn)行巷道掘進(jìn)，以及下一輪鉆孔施工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下巷道鉆孔施工及地質(zhì)信息反演方法，其特征在于，所述地質(zhì)信息包括鉆孔軌跡數(shù)據(jù)、揭露的煤層位置數(shù)據(jù)、出水點(diǎn)位置和水溫?cái)?shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的井下巷道鉆孔施工及地質(zhì)信息反演方法，其特征在于，所述步驟4)包括以下步驟: 步驟41)，將所有鉆孔揭露的煤層位置數(shù)據(jù)錄入三維坐標(biāo)系中并進(jìn)行平滑處理，形成相應(yīng)的見(jiàn)煤線； 步驟42)，對(duì)每排鉆孔揭露的煤層位置信息進(jìn)行擬合得出實(shí)際煤層位置及厚度； 步驟43)，在三維地質(zhì)模型中重新構(gòu)架各鉆孔實(shí)見(jiàn)地層信息，對(duì)煤層面的空間形態(tài)進(jìn)行描述，形成煤層空間賦存狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下巷道鉆孔施工及地質(zhì)信息反演方法，其特征在于，在所述步驟I)與步驟2)之間還包括以下步驟: 步驟11)，在煤層地質(zhì)模型中預(yù)計(jì)巷道方位； 步驟12)，在煤層工作面上方或下方的施工巷道中布置鉆窩位置； 步驟13)，設(shè)置高抽巷道鉆孔或底抽巷道鉆孔方位； 步驟14)，按照預(yù)定方位實(shí)施高抽巷道鉆孔或底抽巷道鉆孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的井下巷道鉆孔施工及地質(zhì)信息反演方法，其特征在于，所述高抽巷鉆孔或底抽巷鉆孔分布在預(yù)設(shè)煤層巷道兩側(cè)0-15米范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種井下巷道鉆孔施工及地質(zhì)信息反演方法，包括在三維坐標(biāo)系中根據(jù)預(yù)測(cè)值建立煤層地質(zhì)模型；在三維坐標(biāo)系中預(yù)先設(shè)置順層巷道及至少一排鉆孔；按預(yù)設(shè)鉆孔進(jìn)行鉆探，在鉆探中獲得一系列地質(zhì)信息；根據(jù)上述地質(zhì)信息在三維坐標(biāo)系中反演和修正煤層地質(zhì)模型；根據(jù)修正后的煤層地質(zhì)模型在三維坐標(biāo)系中修正順層巷道及鉆孔走向；根據(jù)修正后地質(zhì)模型進(jìn)行巷道掘進(jìn)，以及下一輪鉆孔施工。通過(guò)對(duì)井下施工鉆孔的三維設(shè)計(jì)，錄入鉆孔實(shí)見(jiàn)地質(zhì)信息，反演出每一鉆孔煤層真實(shí)的空間分布形態(tài)，并根據(jù)煤層位置及厚度、巖層分界等信息重構(gòu)地層，對(duì)斷層等地質(zhì)構(gòu)造異常提出預(yù)測(cè)，為巷道掘進(jìn)安全生產(chǎn)提供指導(dǎo)，對(duì)出現(xiàn)構(gòu)造異常位置進(jìn)行先期處理，保障施工安全。
文檔編號(hào)E21B49/00GK103184887SQ20131007516
公開(kāi)日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2013年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月8日
發(fā)明者張平松, 朱文, 吳榮新, 高良, 郭立全, 李希寶, 郭慶, 劉凱, 楊華忠 申請(qǐng)人:淮南礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司, 安徽理工大學(xué)