专利名称：井下巷道钻孔施工及地质信息反演方法
技术领域：
本发明涉及井下开采技术，尤其涉及一种井下巷道钻孔施工及地质信息反演方法。
背景技术：
煤矿井下巷道中施工的抽排及勘探钻孔种类较多，主要为煤层瓦斯抽放、地质构造探查、排放水等功用。目前钻孔通常采用盲钻方式，不知道前方煤层的实际状况，通常钻孔施工过程中会遇到地质构造等异常，钻孔的真实轨迹、见煤信息与设计钻孔会存在一定的变化，目前，钻孔设计均为平剖面表达方式，其多组钻孔控制时信息交叉，对设计与施工单位的参考作用有限，且根据钻孔揭露地质信息对地质构造及其异常的预报功能不足，地质技术的预报能力较低。发明内容
本发明提供一种井下巷道钻孔施工及地质信息反演方法，用于克服现有技术中的缺陷，提高钻孔揭露地质信息对地质构造及其异常的预报功能，提高地质技术的预报能力，为巷道掘进单位安全生产提供指导，对出现构造异常位置进行先期处理，保障施工安全。
本发明提供一种井下巷道钻孔施工及地质信息反演方法，包括以下步骤:
步骤1)，在三维坐标系中根据预测值建立煤层地质模型；
步骤2)，在三维坐标系中预先设置顺层巷道及至少一排钻孔；
步骤3)，按照上述预设情况进行钻探，在钻探过程中获得一系列地质信息；
步骤4)，根据上述地质信息在三维坐标系中反演和修正煤层地质模型；
步骤5 )，根据修正后的煤层地质模型在三维坐标系中修正顺层巷道走向及钻孔走向；
步骤6)，根据修正后地质模型进行巷道掘进，以及下一轮钻孔施工。
本发明提供的井下巷道钻孔施工及地质信息反演方法，通过对井下施工钻孔的三维设计，录入钻孔实见地质信息，进一步反演出每一钻孔煤层真实的空间分布形态，并根据煤层位置及厚度、岩层分界等信息重构控制区域内的地层及构造特征，对可能存在的断层等地质构造异常提出预测，形成一套完整的钻孔设计、输出、地质反演及预报的方法技术，为巷道掘进施工单位安全生产提供指导，对出现构造异常位置进行先期处理，保障施工安全。
图1为本发明实施例提供的顺层巷道钻孔的断面示意图2为图1中沿A-A向剖视图3为图1中沿B-B向剖视图4为修正后的顺层巷道立体示意图5为本发明实施例提供的高抽巷道钻孔的立体示意图6为本发明实施例提供的底抽巷道钻孔的立体示意图。
具体实施方式
实施例一
图1为本发明实施例提供的顺层巷道钻孔的断面示意图；图2为图1中沿A-A向剖视图；图3为图1中沿B-B向剖视图；图4为修正后的顺层巷道立体示意图；如图1-4所示，本发明实施例提供一种井下巷道钻孔施工及地质信息反演方法，包括以下步骤:
步骤1)，在三维坐标系中根据预测值建立煤层地质模型I ;
步骤2)，在三维坐标系中预先设置顺层巷道2及至少一排钻孔3 ；
步骤3)，按照上述预设情况进行钻探，在钻探过程中获得一系列地质信息；
步骤4)，根据上述地质信息在三维坐标系中反演和修正煤层地质模型I ;
步骤5 )，根据修正后的煤层地质模型在三维坐标系中修正顺层巷道走向及钻孔走向，修正后的煤层地质模型为2’，如图4所示；
步骤6)，根据修正后地质模型2’进行巷道掘进，以及下一轮钻孔施工。
本发明提供的井下巷道钻孔施工及地质信息反演方法，通过对井下施工钻孔的三维设计，录入钻孔实见地质信息，进一步反演出每一钻孔煤层真实的空间分布形态，并根据煤层位置及厚度、岩层分界等信息重构控制区域内的地层及构造特征，对可能存在的断层等地质构造异常提出预测，形成一套完整的钻孔设计、输出、地质反演及预报的方法技术，为巷道掘进单位安全生产提供指导，对出现构造异常位置进行先期处理，保障施工安全。
本发明在具体实施过程中，可根据井下不同巷道条件施工钻孔技术要求，进行三维地质模型构建，并立体表达各个钻孔的参数特征及赋存形态，可以完成煤层巷道顺层施工钻孔设计，以及高抽巷道、底抽巷道和石门揭煤巷道的三维设计与调整。对设计钻孔条件进行平面图、剖面图、位置图的输出，直接为施工单位提供技术指导与使用。根据每一钻孔现场施工所揭露的地质信息，录入钻孔的轨迹数据、见煤点位置数据、出水点位置、水温等参数，修正原设计钻孔参数结果并重新进行三维煤层地质模型的构建与表达，因此，需要对施工钻孔的三维空间特征进行有效描述表达，结合实际钻孔施工过程中揭露的地质信息，精确地分析与控制探测区域前方的地质条件，为煤矿地质与施工部门提供可靠的地质技术参数。根据煤层位置及厚度等实揭数据修正钻孔的设计参数，对煤厚非突变点进行连接，在人工交互基础上对煤层的非连续点进行控制，设置出判断构造、地质异常体等非煤层位置，实现对前方钻孔控制区域的地质信息反演，获得真实的地质条件形态。根据地质反演结果，对钻孔真实轨迹条件下的地质信息进行输出，提供钻孔勘探地质资料，进一步综合确定剖面内岩层及构造特征，提交综合成果图，为巷道掘进单位安全生产提供指导，对出现构造位置进行先期处理，保障施工安全。
本发明通过对井下施工钻孔的三维设计，录入钻孔实见地质信息，包括对钻孔轨迹参数、见煤位置、钻孔瓦斯参数、出水点位及温度等孔中实见信息的录入，进一步反演出每一钻孔岩煤层真实的空间分布形态，并根据煤层位置及厚度、岩层分界等信息重构控制区域内的地层及构造特征，对可能存在的地质构造等异常提出预测，形成一套完整的钻孔设计、输出、地质反演及预报的方法技术，其成果可为矿井地质及抽排施工提供有效的技术服务。
上述的地质信息包括钻孔轨迹数据、揭露的煤层位置数据、出水点位置和水温。
步骤4)包括以下步骤:
步骤41)，将所有钻孔揭露的煤层位置数据录入三维坐标系中并进行平滑处理，形成相应的见煤线；
步骤42)，对每排钻孔揭露的煤层位置信息进行拟合得出实际煤层位置及厚度；
步骤43)，在三维地质模型中重新构架各钻孔实见地层信息，对煤层面的空间形态进行描述，形成煤层空间赋存状态。煤层面的空间形态包括煤层面的形状以及在三维坐标系中的位置，煤层空间赋存状态包括煤层在三维坐标系中的形状以及位置。
本发明通过构建井下巷道施工的四种最主要钻孔地层模型，根据井下施工的钻孔特征，将其分为巷道顺层钻孔、高抽巷道钻孔、底抽巷道钻孔和石门揭煤巷道钻孔，对单孔及群孔进行三维辅助设计，结合钻孔施工所揭露的地质信息录入，对钻孔空间形态及其控制范围的煤岩条件进行反演与表达，在人工交互条件下对钻孔揭示区域地质构造等异常条件进行预测，并输出各类钻孔赋存状态的平面和剖面图，直接为矿井安全生产提供技术参数。上述实施例适用于巷道顺层钻孔，其中巷道顺层钻孔为掩护式交叉前探孔，通过设计一排或多排钻孔实现对就方煤岩层位置的探查与控制，具体参见实施例一。
实施例二
在实施例一的基础上，如图5、图6所示，步骤I)与步骤2)之间还包括以下步骤:
步骤11)，在煤层地质模型I中预计巷道4方位；
步骤12)，在煤层工作面上方或下方的施工巷道5中布置钻窝6位置；
步骤13),设置高抽巷道钻孔7或底抽巷道钻孔8方位；
步骤14)，按照预定方位实施高抽巷道钻孔7或底抽巷道钻孔8。
作为上述实施例的优选实施方式，高抽巷钻孔或底抽巷钻孔分布在预设煤层巷道两侧15米左右的宽度范围内，优选0-15米。通过钻孔将这个范围的瓦斯进行释放，能够满足巷道的安全施工。
高抽巷道钻孔，是在煤层工作面上方施工巷道中钻窝进行打钻，目的是对下伏煤层中的瓦斯进行抽放释压；底抽巷道钻孔，是在煤层工作面下方施工巷道中打钻，向上穿层抽放煤层卸压瓦斯，以及抽排放底板含水层中水。步骤11)-步骤14)适用于高抽巷道钻孔和底抽巷道钻孔。
巷道顺层布钻设计中首先导入顺层巷道，根据三维模型结果修改巷道或煤层块的长度和宽度；再根据实际需要增加或减少顺层钻孔。可以是单排也可以是多排孔，根据钻孔在巷道断面、帮上位置参数进行设计施工，而高抽巷道钻孔和底抽巷道钻孔在开钻前均需针对煤层中的瓦斯进行抽放释压，通过对煤层及巷道断面位置控制，先固定煤层位置，再设计开钻钻窝位置，按设计方位进行钻孔布置。
录入各个钻孔打钻过程中实际揭露煤岩层地质信息数据，修正设计钻孔。针对四种类型巷道设计钻孔，根据现场钻探施工台账中记录的钻孔轨迹数据、揭露的煤岩层位置数据、出水点位置、水温等参数进行录入。利用表格直接录入和文件导入两种形式，对原设计钻孔揭露的轨迹、层位等参数进行合理修正，重点是标示出钻孔揭露的见煤信息点，控制煤层的实际位置。
钻孔控制区域地质条件反演。对录入的煤岩层位置数据进行预处理，重点对揭露煤层位置点数据进行平滑处理，形成相应的见煤线。对于多排钻孔揭露煤层位置信息拟合出实际煤层位置及厚度，在三维地质模型中反演重构各个钻孔实见地层信息，对煤层面的空间形态进行表达，形成煤层空间赋存状态。设定煤层不连续判断标准，并对于出现煤层非连续断点进行人工交互，根据多个钻孔揭露煤层的控制，重点是对煤层中可能存在的断层等前方地质条件进行判断与预测，为巷道或工作面安全生产提供合理的判断技术参数。
钻孔设计与地质反演结果的空间表达和平面输出。根据钻孔设计三维地质模型结果，对煤层、巷道及钻孔位置进行准确控制，判断和调整钻孔设计的参数达到设计技术要求，可直接对设计结果进行钻孔单孔或多孔设计的平面、剖面图的表达与输出，为钻孔施工单位所使用。巷道顺层钻孔多排钻孔设计平面输出，钻孔排控制前方巷道两边各为15m，每一排根据需要可设计若干个钻孔，通常共设计五个钻孔左右。
根据巷道中钻孔设计完成井下现场施工后，在地质反演基础上形成钻探控制区域的重建地质模型，包括各个钻孔的真实轨迹、煤岩等信息，结果确认后根据调整的煤岩层特征，直接输出结果剖面。同时对预测存在的断层构造进行表达，为巷道掘进及工作面回采等后续工作提供技术参考。附图4为煤层巷道顺层钻孔控制区域内地质反演后的地质剖面，其中可见因煤层不连续预测出的断层位置。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
权利要求
1.一种井下巷道钻孔施工及地质信息反演方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1)，在三维坐标系中根据预测值建立煤层地质模型； 步骤2)，在三维坐标系中预先设置顺层巷道及至少一排钻孔； 步骤3)，按照上述预设情况进行钻探，在钻探过程中获得一系列地质信息； 步骤4)，根据上述地质信息在三维坐标系中反演和修正煤层地质模型； 步骤5)，根据修正后的煤层地质模型在三维坐标系中修正顺层巷道走向及钻孔走向； 步骤6)，根据修正后地质模型进行巷道掘进，以及下一轮钻孔施工。
2.根据权利要求1所述的井下巷道钻孔施工及地质信息反演方法，其特征在于，所述地质信息包括钻孔轨迹数据、揭露的煤层位置数据、出水点位置和水温数据。
3.根据权利要求2所述的井下巷道钻孔施工及地质信息反演方法，其特征在于，所述步骤4)包括以下步骤: 步骤41)，将所有钻孔揭露的煤层位置数据录入三维坐标系中并进行平滑处理，形成相应的见煤线； 步骤42)，对每排钻孔揭露的煤层位置信息进行拟合得出实际煤层位置及厚度； 步骤43)，在三维地质模型中重新构架各钻孔实见地层信息，对煤层面的空间形态进行描述，形成煤层空间赋存状态。
4.根据权利要求1所述的井下巷道钻孔施工及地质信息反演方法，其特征在于，在所述步骤I)与步骤2)之间还包括以下步骤: 步骤11)，在煤层地质模型中预计巷道方位； 步骤12)，在煤层工作面上方或下方的施工巷道中布置钻窝位置； 步骤13)，设置高抽巷道钻孔或底抽巷道钻孔方位； 步骤14)，按照预定方位实施高抽巷道钻孔或底抽巷道钻孔。
5.根据权利要求4所述的井下巷道钻孔施工及地质信息反演方法，其特征在于，所述高抽巷钻孔或底抽巷钻孔分布在预设煤层巷道两侧0-15米范围内。
全文摘要
本发明提供一种井下巷道钻孔施工及地质信息反演方法，包括在三维坐标系中根据预测值建立煤层地质模型；在三维坐标系中预先设置顺层巷道及至少一排钻孔；按预设钻孔进行钻探，在钻探中获得一系列地质信息；根据上述地质信息在三维坐标系中反演和修正煤层地质模型；根据修正后的煤层地质模型在三维坐标系中修正顺层巷道及钻孔走向；根据修正后地质模型进行巷道掘进，以及下一轮钻孔施工。通过对井下施工钻孔的三维设计，录入钻孔实见地质信息，反演出每一钻孔煤层真实的空间分布形态，并根据煤层位置及厚度、岩层分界等信息重构地层，对断层等地质构造异常提出预测，为巷道掘进安全生产提供指导，对出现构造异常位置进行先期处理，保障施工安全。
文档编号E21B49/00GK103184887SQ20131007516
公开日2013年7月3日 申请日期2013年3月8日 优先权日2013年3月8日
发明者张平松, 朱文, 吴荣新, 高良, 郭立全, 李希宝, 郭庆, 刘凯, 杨华忠 申请人:淮南矿业(集团)有限责任公司, 安徽理工大学