CN108318933B - 一种单孔射流探查断层产状的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于径向射流技术的断层超前探查方法。包括：步骤1，地面施工直孔，对断层发育位置进行初步探查与确认；步骤2，依据探查成果，设计径向射流孔，绘制各射流孔地层预想剖面图；步骤3，根据预想剖面，进行径向射流施工工艺设计；步骤4，施工各径向射流孔至设计位置，确定射流孔断点位置；步骤5根据直孔与各射流孔断点参数，计算断层产状，确定巷道揭露断层位置。该方法钻探工程量少，工程成本低，覆盖范围广，适应性强，在大巷过断层的超前探查中更加具有优势。

Description

一种单孔射流探查断层产状的方法

技术领域

本发明涉及一种超前探查方法，属于矿山地质技术领域，具体是涉及一种基于径向射流技术的断层超前探查方法。

背景技术

煤矿巷道前方断层对掘进工作有很大影响，断层的产状及位置，制约着井巷系统的布局，影响矿井安全。查明断层的产状及位置，可以为井巷布置提供依据，超前采取有效治理措施封堵断层导水通道后，可以保证巷道掘进安全。

目前探查断层的主要手段有地质调查、钻探、物探、巷探等方法。钻探是煤田地质构造探查的重要手段，通常需要三个钻孔才能确定一条断层的产状及位置。径向射流技术是一种利用高压水破岩成孔的技术，可以在单个钻孔中对断层进行多点揭露，只需一个地面钻孔即可确定断层的产状及位置。

发明内容

本发明提供一种通过单个钻孔实现对断层的多点探查，从而确定断层产状及位置的方法。解决了单孔无法确定断层产状及位置的技术问题。

为解决上述技术问题，特发明一种单孔射流探查断层产状的方法。具体实施步骤包括：

步骤1，地面施工直孔，对断层发育位置进行初步探查与确认；

步骤2，依据探查成果，设计径向射流孔，确定射流孔孔数、深度、层位、方位角等参数，绘制各射流孔地层预想剖面图，(附图1、附图2)；

步骤3，根据预想剖面，进行径向射流施工工艺设计，确定管靴定向、喷射压力、推进速度等参数；

步骤4，施工径向射流孔1至设计位置，收集射流过程中喷射压力、连续油管状态、钻时等资料，确定射流孔1断点位置(附图3)；

步骤5，依次施工后续径向射流孔(射流孔2、射流孔3)，确定各射流孔断点位置；

步骤6，根据直孔与各射流孔断点参数，计算断层产状，确定巷道揭露断层位置(附图4)。

进一步的，步骤1中，在地面断层发育位置正上方选择位置，进行直孔段施工，其中，在冲积层段安装套管。

进一步的，步骤2中：

直孔揭露断层设计2个径向射流孔，直孔未揭露断层，设计3个径向射流孔；

径向射流孔应布置在灰岩或砂岩地层中，避免在纯泥岩地层中布置，若射流孔布置在奥陶系灰岩中，应避开风氧化带；

射流开孔位置以下净空间高度不小于8m，作为射流岩粉沉淀袋。

沿射流方向穿过断层时岩石强度应由软变硬；

预揭露的三个断点尽量形成锐角三角形，预揭露断点应在射流孔孔深30～70m位置。

进一步的，步骤3中：

通过专用油管将管靴下至设计深度，依据陀螺仪定向，将管靴喷射口位置调整至设计方位；

根据岩性，喷射压力选择参考如下：砂质泥岩15～20MPa；砂岩20～40MPa；灰岩40～65MPa；铁质铝土岩65～75MPa；

进一步的，步骤4中：

射流孔断点位置判断依据：连续油管出现跳管或松弛现象、进尺突然变慢，需要调整喷射压力方可稳定施工。

进一步的，步骤6中：

采用三点法做图确定断层的走向与倾向，计算断层倾角。断层位置指巷道预穿过断层的平面位置。

相对于传统地质钻探构造探查方法，本发明具有以下优势：

1、钻探工程量少，传统方法至少需要3个地面钻孔才能控制断层产状，本方法仅需施工1个地面钻孔；

2、工程成本低，本方法虽然增加了2个射流孔，但至少节省2个地面孔施工及占地费用，综合比较，成本降低50％以上；

3、覆盖范围广，可以对直孔周边110m半径范围内的断层进行探查；

4、适应性强，在山区、植被覆盖区、村庄、水体等复杂地表条件下，地面难以布孔时更具优势。

附图说明

附图1是射流孔布置平面图；

附图2是射流孔布置剖面图；

附图3是射流孔断点探查示意图；

附图4是单钻射孔探查断层产状示意图；

图4中，abcd为断层面，cd为走向线，df为倾向线，∠abf为倾角。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：

单孔射流探查断层产状的方法。所述方法的实现步骤为：

步骤1：在断层可能发育位置上方施工地面直孔。要求冲积层段安装套管，裸孔段孔径不得小于Φ127mm。直孔段施工结束后，钻机配合径向射流施工。

步骤2：根据直孔段探查结果，在奥灰、砂岩中布置射流孔。在奥灰中射流位置低于奥灰顶面15m。按照直孔段与断层的相对位置关系，设计径向射流孔深度、射流方位。

步骤3：根据射流预想柱状，进行射流施工工艺设计。

步骤4：断点识别，记录射流过程中喷射压力变化、钻时、射流过程中的异常状况，如遇阻、增压的现象，判断断点位置。

步骤5：重复步骤3、4。

步骤6：根据多点探查结果，确定断层产状。

实施例中：所述的钻机不得撤场，需要配合径向射流施工，主要包括：下油管通孔，起油管，下入导向靴，协助转动油管，调整导向靴方位，安装射流井口装置，拆卸射流井口装置，起出油管及导向靴。

实施例中：尽量避免风化带对射流过程的影响，减少在砂质泥岩中的进尺。

实施例中：保证射流位置高于直孔段孔底8m，需要在孔底预留一定的空间，起到岩粉袋的作用。

实施例中：通过直孔段和射流孔断点探查，通过三个断点位置，确定断层产状。

实施例2：

以下是一个具体实施例：

河北邢台某矿三维地震勘探解释区内断层较多，部分断层的断距较大，且物探显示部分断层含水性较好，垂向导通性较好，采区上山主要经过大断层。上山巷道掘进前采用单孔射流方法探查上山巷道掘进前方的断层产状。

步骤1：地面直孔段施工

该孔钻探工程量为259.90m，松散层采用无芯钻进，基岩段取芯钻进。冲积层厚度为177.35m，终孔进入奥灰22.10m。

一开孔径为Φ245mm，钻进至183.2m，下入Φ219套管。二开孔径为Φ180mm，钻进至225.41m遇F35断层。钻进至228.33m，下入Φ168mm套管，三孔孔径为Φ146mm，钻进至259.9m终孔。

步骤2：径向射流孔设计

设计两个径向射流孔，其中1-a孔埋深248m，方位209°，从奥灰开孔，终孔铝土岩。1-b孔埋深246m，方位9°，开孔奥灰，终孔铝土岩。

步骤3：径向射流施工工艺设计。

步骤4：1-a孔施工

1-a孔射流过程中，开孔后喷射压力在45～52MPa之间变化，在喷射至71m处遇阻，后加压通过，通过后，喷射压力在68～72MPa之间变化。

步骤5：1-b孔施工

1-b孔射流孔开孔后喷射压力在45～54MPa之间变化，在喷射至58m处遇阻，后加压通过，通过后喷射压力在66～70MPa之间变化。

步骤6：断层产状分析

直孔揭露断层断点为A(直孔埋深225.41m位置)，1-a射流孔遇断层位置为B点(射流深度71m处)，1-b射流孔遇断层位置为C点(射流深度58m处)。

通过计算，该断层走向为117°，倾角为60°。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种单孔射流探查断层产状的方法，其特征在于，包括：

步骤1，地面施工直孔，对断层发育位置进行初步探查与确认；

步骤2，依据探查成果，设计径向射流孔，确定射流孔参数，绘制各射流孔地层预想剖面图；其中，直孔揭露断层则设计2个径向射流孔；若直孔未揭露断层，则设计3个径向射流孔；

步骤3，根据预想剖面，进行径向射流施工工艺设计，确定工艺参数；

步骤4，施工各径向射流孔至设计位置，收集射流过程中状态及参数，确定各射流孔断点位置；

步骤5，根据直孔与各射流孔断点参数，计算断层产状，确定巷道揭露断层位置。

2.根据权利要求1所述的一种单孔射流探查断层产状的方法，其特征在于，所述步骤1中，在地面断层发育位置正上方选择位置，进行直孔段施工，并在冲积层段安装套管。

3.根据权利要求1所述的一种单孔射流探查断层产状的方法，其特征在于，所述步骤2中，径向射流孔的设计还满足以下原则中的一种或多种：(1)径向射流孔布置在灰岩或砂岩地层中，避免在纯泥岩地层中布置，若射流孔布置在奥陶系灰岩中，则避开风氧化带；(2)射流开孔位置以下净空间高度不小于8m；(3)沿射流方向穿过断层时岩石强度应由软变硬；(4)预揭露的三个断点尽量形成锐角三角形，预揭露断点应在射流孔孔深30～70m位置。

4.根据权利要求1所述的一种单孔射流探查断层产状的方法，其特征在于，所述步骤3中：通过油管将管靴下至设计深度，依据陀螺仪定向，将管靴喷射口位置调整至设计方位；和/或者根据岩性，喷射压力选择参考如下：砂质泥岩15～20MPa；砂岩20～40MPa；灰岩40～65MPa；铁质铝土岩65～75MPa。

5.根据权利要求1所述的一种单孔射流探查断层产状的方法，其特征在于，所述步骤4中射流孔断点位置判断依据为：连续油管出现跳管或松弛现象、进尺突然变慢，需要调整喷射压力方可稳定施工。

6.根据权利要求1所述的一种单孔射流探查断层产状的方法，其特征在于，所述步骤4中径向射流孔的施工主要包括：下油管通孔、起油管、下入导向靴、协助转动油管、调整导向靴方位、安装射流井口装置、拆卸射流井口装置、起出油管及导向靴。

7.根据权利要求1所述的一种单孔射流探查断层产状的方法，其特征在于，以一个以上直孔段和两个以上的径向射流孔对断层进行揭露。

8.根据权利要求1所述的一种单孔射流探查断层产状的方法，其特征在于，所述步骤2中，确定的射流孔参数包括：射流孔孔数、深度、层位、方位角中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的一种单孔射流探查断层产状的方法，其特征在于，所述步骤3中，确定的工艺参数包括：管靴定向、喷射压力、推进速度中的一种或多种。