礦用側(cè)向電阻率視頻成像測井儀儀器簡介

1.1 技術(shù)原理

礦用側(cè)向電阻率視頻成像測井儀的工作原理是按照現(xiàn)場的需求選擇某一種合適的探測方法，選定探測方法后進(jìn)行現(xiàn)場布置施工，按照施工方式在儀器上選擇相應(yīng)的探測方法，設(shè)置相關(guān)的工程參數(shù)和探測參數(shù)。探測時，儀器在煤礦井下能夠快速一次完成視頻、自然伽馬、電阻率、自然電位、激發(fā)電位1、2等數(shù)據(jù)采集，測斜(鉆孔方位、傾斜度)、鉆孔深度數(shù)據(jù)采集。地面數(shù)據(jù)分析，采用專門的數(shù)據(jù)分析軟件，其巖性分析的方法核心是在可視化條件下同步查看GR曲線變化，來進(jìn)行巖性、地層特征等分析解析。另外，也可以通過視頻可以分析鉆孔的巖層結(jié)構(gòu)(分層巖性、巖石孔隙、裂隙發(fā)育情況、出水點(diǎn)特征、頂板離層情況等)；由數(shù)據(jù)自動生成鉆孔定向剖面圖、鉆孔平面軌跡圖、并按照設(shè)定比例尺生成鉆孔柱狀圖進(jìn)行CAD圖形輸出。

1.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）雙核設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)運(yùn)行速度；

（2）雙屏設(shè)計(jì)，同步采集鉆孔視頻、鉆孔深度、視電阻率和自然電位等數(shù)據(jù)；

（3）應(yīng)用光電隔離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)模擬與數(shù)字完全隔開；

（4）采用專用模擬-數(shù)字抗干擾設(shè)計(jì)和專用濾波模塊；

（5）軟件可實(shí)現(xiàn)鉆孔孔斜計(jì)算、定量分析揭露地層的分層、巖性、含水性及孔壁結(jié)構(gòu)特征；

（6）形成鉆孔巖性柱狀圖、孔斜剖面圖、孔斜平面圖、地質(zhì)預(yù)測剖面圖；

（7）探測效率高，施工方便。

1.3 應(yīng)用領(lǐng)域

（1）探放水鉆孔、瓦斯抽放孔、地質(zhì)超前探孔、構(gòu)造探煤孔、錨索孔等各類工程鉆孔等各種孔徑鉆孔探測；

（2）適用于包括垂直孔在內(nèi)的任意傾斜角度鉆孔；

（3）探測采空區(qū)、出水原因、地層異常、頂板支護(hù)、斷層、陷落柱等問題。

1.4 儀器測量成果

礦用側(cè)向電阻率視頻成像測井儀主要依靠窺視、自然伽碼、電阻率、自然電位、激發(fā)電位1、2、軌跡等方法對鉆孔進(jìn)行測井，主要成果體現(xiàn):

（1）地質(zhì)超前探孔：鉆孔軌跡、鉆孔柱狀、鉆孔視頻；

（2）瓦斯抽放孔：鉆孔軌跡、鉆孔視頻；

（3）探放水孔：鉆孔軌跡、出水層位、鉆孔視頻、鉆孔柱狀；

（4）構(gòu)造探煤孔：鉆孔軌跡、煤層位置及厚度、鉆孔視頻、鉆孔柱狀；

（5）錨索孔：鉆孔軌跡、鉆孔視頻、鉆孔柱狀；
1.5 儀器構(gòu)成

圖2-1儀器構(gòu)成圖

礦用側(cè)向電阻率視頻成像測井儀儀器主要由探頭、主機(jī)控制箱，主機(jī)控制面板、推桿四部分構(gòu)成。如圖 2-1 所示，硬件部分由：

（1）探頭由高分辨率攝像頭、自然伽瑪、電阻率、自然電位、激發(fā)電位1、2、鉆孔軌跡測量及控制單元構(gòu)成，在測量大口徑鉆孔時，扶正器可保證探測時探頭位于鉆孔中央。

（2）主機(jī)控制部分由視頻采集控制單元、數(shù)據(jù)采集控制單元、電纜及繞線裝置等構(gòu)成。

（3）深度計(jì)數(shù)模塊通過測量電纜的長度獲取探測深度。

（4）推桿每節(jié)長度 1.0m，互相可連接，末端與探頭連接。

1.6 技術(shù)指標(biāo)

表2-1 

第二節(jié) 礦用側(cè)向電阻率視頻成像測井儀軟件分析系統(tǒng)簡介

2.1 分析系統(tǒng)簡介

軟件分析系統(tǒng)應(yīng)用集高分辨率視頻、自然伽瑪射線、孔中電阻率、自然電位差、激發(fā)Ⅰ激發(fā)Ⅱ、軌跡測量于一體的鉆孔窺視與測井技術(shù)，軟件分析系統(tǒng)中包括：強(qiáng)度的數(shù)據(jù)管理功能、曲線深度校正，曲線預(yù)處理（高斯濾波/5點(diǎn)平滑/飛點(diǎn)處理等六種預(yù)處理手段），地質(zhì)解釋中：視頻/曲線/和巖芯聯(lián)合分析功能，小巖體3D模型建立，多鉆孔地質(zhì)對比分析功能，超前電阻率（可對近距離煤層進(jìn)行分析含水性），構(gòu)造參數(shù)分析功能，通過數(shù)學(xué)模型建立的多種曲線（描述巖層的層理、粒徑等）導(dǎo)電性、放射性等物理參數(shù)的探測研究，建立井下煤巖層物性庫。分析生成軌跡圖（軌跡柱狀、偏離分析、3D成像）、3D巖芯柱體圖、3D等值線圖、視電阻率等值線圖、構(gòu)造流線預(yù)測矢量圖、單孔綜合測井解釋圖、地質(zhì)剖面圖（砂泥水，強(qiáng)度分析圖）、鉆孔對比圖、底板等高線圖等研究成果，實(shí)現(xiàn)對煤巖層位、斷層、陷落柱、巖層富水性、老空區(qū)分布、頂板離層位置、頂板致裂效果、錨索孔、瓦斯抽放孔等信息的分析預(yù)測。為災(zāi)害評估、方案設(shè)計(jì)、隱患排查、應(yīng)急救援、精準(zhǔn)開采提供可靠的技術(shù)支撐和決策依據(jù)，促進(jìn)煤炭開采信息化和智能化水平，實(shí)現(xiàn)煤炭的安全高效精準(zhǔn)開采。
2.2 鉆孔地質(zhì)構(gòu)造分析圖

圖2-2鉆孔地質(zhì)構(gòu)造分析圖
2.3 3D柱狀圖

圖2-3 3D柱狀圖
2.4 鉆孔軌跡圖

圖2-4 三維軌跡圖

圖2-5 多鉆孔傾斜軌跡對比圖
2.5 鉆孔綜合柱狀圖

圖2-6 鉆孔綜合柱狀圖

第三節(jié) 礦用側(cè)向電阻率視頻成像測井技術(shù)服務(wù)解決方案

3.1 各類鉆孔效果驗(yàn)證

（1）服務(wù)內(nèi)容：針對普遍存在的鉆孔孔斜現(xiàn)象，通過儀器探測可以準(zhǔn)確確定鉆孔的平面、剖面位置、鉆孔深度及鉆孔層位，為驗(yàn)證煤礦執(zhí)行《煤礦防治水規(guī)程》提供技術(shù)檢驗(yàn)手段與保障。

（2）適用范圍：各種煤礦地質(zhì)條件下的各種鉆孔施工效果驗(yàn)證，有利于煤礦井下日常鉆探工作的常態(tài)機(jī)制的完善和保障；適用于管理部門對各種鉆探工程的檢查驗(yàn)收。

（3）技術(shù)特色：快速、準(zhǔn)確、可靠、成本低廉。

3.2 礦井水害的綜合探測分析 

（1）服務(wù)內(nèi)容：針對鉆探、井巷工程新揭露的出水點(diǎn)，通過鉆孔視頻、巖性、全方位孔斜分析、綜合地質(zhì)分析等，迅速查明涌水水源。

（2）適用范圍：適用于各種新揭露的出水點(diǎn)的涌水水源的快速探測分析。

（3）技術(shù)特色：快速獲取準(zhǔn)確鉆探資料、分析成果豐富、大幅減少鉆探工程投入。

3.3 采空區(qū)、斷層、陷落柱專項(xiàng)探測

（1）服務(wù)內(nèi)容：針對采掘過程中遇到的各類技術(shù)難題，進(jìn)行專項(xiàng)服務(wù)。比如在采空區(qū)探測鉆孔中，探測揭露采空區(qū)的范圍、冒落裂隙帶的裂隙發(fā)育情況。提供鉆孔視頻、揭露尺寸，根據(jù)多個鉆孔的孔斜計(jì)算圈定采空區(qū)的精確揭露范圍。針對井巷工程遇到的大、中型斷層、陷落柱的賦存狀態(tài)，可以共同設(shè)計(jì)探測方案，迅速予以查明。

（2）適用范圍：適用于受小煤窯老空區(qū)威脅的整合礦井、地質(zhì)條件復(fù)雜礦井、及其他技術(shù)難題。

（3）技術(shù)特色：優(yōu)化探測方案，迅速查明目標(biāo)對象的技術(shù)參數(shù)，有效減少鉆探工程的投入。

3.4 常規(guī)化的井下各類測井探測與分析

（1）服務(wù)內(nèi)容：由于普遍存在的孔斜現(xiàn)象及可能遇到的地質(zhì)、水文異常情況，常常出現(xiàn)鉆探無法解釋的情況，可以通過本儀器的鉆孔測井，快速獲取鉆孔視頻、自然伽瑪、電阻率、自然電位、激發(fā)電位1、2、鉆孔軌跡數(shù)據(jù)，快速分析成果進(jìn)行科學(xué)決策。

（2）適用范圍：適用于錨索孔、地質(zhì)、探放水、瓦斯孔等的探測與分析。

（3）技術(shù)特色：優(yōu)化探測方案，迅速查明目標(biāo)對象的技術(shù)參數(shù)，有效減少鉆探工程的投入。

3.5 頂板巖層結(jié)構(gòu)、“三帶”、探測與分析

（1）服務(wù)內(nèi)容：①通過對頂板錨索鉆孔的探測，查明頂板的巖性結(jié)構(gòu)、離層情況，獲取實(shí)測資料及圖件，查明驗(yàn)證頂板“三帶”高度，為頂板支護(hù)提供技術(shù)依據(jù)；

②進(jìn)在大量錨索孔探測的基礎(chǔ)上，可以煤層底板等高線圖為底圖，繪制煤層巖性結(jié)構(gòu)分區(qū)圖、煤層直接頂板分類圖、采煤工作面基本頂分類圖；在此基礎(chǔ)上研究總結(jié)各類頂板的支護(hù)參數(shù)，掘進(jìn)與回采設(shè)計(jì)的對應(yīng)關(guān)系；以及這些圖紙相關(guān)的巖石力學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等。

（2）適用范圍：各類錨網(wǎng)支護(hù)礦井的井巷工程頂板異常區(qū)探測。

（3）技術(shù)特色：一方面，巖性結(jié)構(gòu)定量化的詳細(xì)區(qū)分可以為相鄰地區(qū)掘進(jìn)工作面錨網(wǎng)支護(hù)參數(shù)調(diào)整提供依據(jù)。另一方面，基于巖性結(jié)構(gòu)的回采工作面頂板分類將對未開采地區(qū)的頂板類型，采用頂板巖性結(jié)構(gòu)與頂板分類的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行預(yù)測，從而更好地指導(dǎo)生產(chǎn)。

3.6 利用瓦斯抽放孔提前探明回采面內(nèi)部情況

（1）服務(wù)內(nèi)容：①提前探明回采面內(nèi)部煤層起伏、厚度變化情況；

②提前探明回采面內(nèi)部的斷層、陷落柱、采空區(qū)等地質(zhì)情況；

（2）適用范圍：高瓦斯礦井對瓦斯治理的同時提前探明回采面情況。

（3）技術(shù)特色：鉆孔多次利用，節(jié)約成本。

3.7 建立井下煤巖層物性庫

在廣泛采集井下鉆孔探測數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，利用分析生成軌跡圖（軌跡柱狀、偏離分析、3D成像）、3D巖芯柱體圖、3D等值線圖、視電阻率等值線圖、構(gòu)造流線預(yù)測矢量圖、單孔綜合測井解釋圖、地質(zhì)剖面圖（砂泥水，強(qiáng)度分析圖）、鉆孔對比圖、底板等高線圖等研究成果，建立礦井分區(qū)域“煤層頂?shù)装鍘r性自然伽瑪、電阻率、自然電位、激發(fā)電位1、2、曲線基準(zhǔn)模型”資料庫，用于快速地層巖性對比識別。