底板梳状长钻孔替代穿层钻孔瓦斯抽采技术可行性

底板岩巷穿层钻孔抽采技术和本煤层定向长钻孔抽采技术是目前高瓦斯和突出矿井回采工作面最为主要的瓦斯治理措施。晋城矿区赵庄矿煤层具松软低透气性特点,主要采用岩巷穿层钻孔消突为主,本煤层顺层钻孔消突为辅的瓦斯治理方法。但底板岩巷穿层钻孔存在工程量大、施工周期长及成本高等缺点,本煤层钻孔存在钻孔抽采不均匀、钻孔覆盖密度不足等技术缺陷。为对比考察底板梳状长钻孔与底板岩巷穿层钻孔的抽采效果,在赵庄矿1307采面开展了2种瓦斯治理方法。结果表明:抽采条件和抽采范围相同条件下,5个底板梳状长钻孔的瓦斯抽采总量占到底板岩巷穿层钻孔瓦斯抽采总量的75.4%,而底板梳状长钻孔的经济投入仅占底板岩巷穿层钻孔经济投入的29.2%。由此得出,研究区梳状长钻孔替代穿层钻孔的瓦斯抽采技术是可行的。该研究为底板梳状长钻孔替代底板岩巷的技术可行性提供了实践参考,为松软低透的高瓦斯和突出矿井的瓦斯治理提供了更为经济可行的治理方案。      

The use of the natural gamma log in engineering geological investigations

The natural gamma log is widely used in both cased and uncased boreholes to identify changes in lithology down the length of a borehole. This is particularly important in the ground investigation process where 100% core recovery is often not achieved in the borehole programme. In this paper the use of the gamma log to provide additional information from the ground investigation boreholes is examined and illustrated by a number of case histories. It is shown that the gamma log can be used to study both the lithological variations within an individual borehole and changes in geological structure across a construction site. It is also demonstrated that a geological formation or sequence can be classified in terms of its natural gamma signature, which enables the geologist to observe its presence over large distances on a regional basis. The importance of the calibration of the gamma sonde and the use of the correct logging speed is emphasised in the paper. The successful calibration of the log against a quarry wall using a known observed geological structure as a reference is also described together with the use of the resulting information to obtain a geological log for boreholes drilled behind the quarry face. Its use in extrapolating between boreholes to detect and trace the presence of a particular geological formation to estimate its vertical and lateral extent for possible extraction is also discussed.     

基于数字地球平台的地质钻孔三维模拟与可视化

研究了地质钻孔信息的管理和可视化技术,提出了一种在数字地球平台中进行城市钻孔信息模拟和可视化的方法。该方法基于一个统一的钻孔数据库标准,首先将钻探点位信息和地层分层信息组织成具有不同细节层次的钻探点位模型、钻孔分层散点模型和钻孔管段模型,然后构建基于细节层次模型的海量钻孔信息多尺度表达机制,最后将这些模型加载到数字地球平台中进行可视化及查询、分析。在上海市的应用实例显示,该方法实现过程简单、自动性高,生成的模型易于在国际互联网上进行分发、集成与共享。该方法的应用将有助于地质工作者向其他科技人员以及社会公众展示、分发自己拥有的钻孔信息,为以钻孔数据为代表的城市地质信息的社会化服务奠定基础。     

基于钻孔数据的地层三维建模与可视化研究

地质体三维建模是地学信息系统核心课题之一,对现有建模方法进行分析,结合地层特点,提出首先引入虚拟钻孔,利用Kriging插值方法建立地层三维模型;其次把虚拟钻孔参数的调试结果及专家知识等资料在建模流程中予以充分体现,从而建立相对精确的三维地层模型;最后基于本文建模方法开发了一个三维地层模型,并用实际资料进行了验证,能有效满足工程需求。     

Improving the groundwater-well siting approach in consolidated rock in Nampula Province,Mozambique

Vertical electrical sounding was used for assessing the suitability of the drill sites in crystalline areas within a water supply project in Nampula Province in Mozambique. Many boreholes have insufficient yield (<600 L/h). Electrical resistivity tomography (ERT) was carried out over seven boreholes with sufficient yield, and five boreholes with insufficient yield, in Rapale District, in an attempt to understand the reason for the failed boreholes. Two significant hydrogeological units were identified: the altered zone (19–220 ohm-m) with disintegrated rock fragments characterized by intermediate porosity and permeability, and the fractured zone (>420 ohm-m) with low porosity and high permeability. In addition to this, there is unfractured nonpermeable intact rock with resistivity of thousands of ohm-m. The unsuccessful boreholes were drilled over a highly resistive zone corresponding to fresh crystalline rock and a narrow altered layer with lower resistivity. Successful boreholes were drilled in places where the upper layers with lower resistivity correspond to a well-developed altered layer or a well-fractured basement. There are a few exceptions with boreholes drilled in seemingly favourable locations but they were nevertheless unsuccessful boreholes for unknown reasons. Furthermore, there were boreholes drilled into very resistive zones that produced successful water wells, which may be due to narrow permeable fracture zones that are not resolved by ERT. Community involvement is proposed, in choosing between alternative borehole locations based on information acquired with a scientifically based approach, including conceptual geological models and ERT. This approach could probably lower the borehole failure rate.     

基于钻孔雷达的透明工作面构建方法

煤岩界面的高精度探测是构建智能开采三维地质模型的关键难点。提出利用煤矿井下顺层孔实施单孔反射雷达,联合多孔探测结果构建区域煤岩界面地质模型实现透明工作面的方法。对单孔雷达数据,利用巷道波同相轴斜率计算煤层雷达波速度,采用空间约束偏移成像实现煤层顶/底板反射界面精准归位。形成3种匹配实际开采的透明工作面构建模式:回采前长钻孔模式、回采中短钻孔模式和联合模式。在山西某矿31004工作面对回采中短钻孔模式进行试验性应用,基于钻孔雷达构建的工作面地质模型与原始地质模型相比,局部信息刻画更精细,顶、底界面及煤厚与实际数据误差分别小于0.57、0.54、0.30 m。结果表明:钻孔雷达能高精度探测煤厚与顶、底界面,可实现透明工作面的构建。      

Seawater pumped-storage power plant in Okinawa island, Japan

The authors describe the characteristics, problems and treatment of a seawater pumped-storage power plant which is the first high headtype power plant in the world. The authors propose a general geologic investigation program using boreholes for underground projects. The effectiveness of the investigations conducted by EPDC are evaluated before construction of the vertical shaft of the seawater pumped-storage power plant in Okinawa island, Japan. In the investigation stage of the project, no adit was excavated and all geological and geotechnical information about the underground facilities were obtained efficiently from exploration by drill holes including logging and geotechnical tests such as observation by borehole scanner, prospecting by VSP, initial stress measurement by sleeve fracturing method and JFT test.     

钻孔轨迹数学模型在地质勘探中的定位精度验证

简要介绍了几种主要钻孔轨迹数学模型。将4个钻孔的测斜数据代入不同的钻孔轨迹数学模型中，并将运算结果与4个钻孔深部被揭露点的坑内实测坐标进行对比，结论是不同钻孔轨迹数学模型对钻孔的定位差异给地质作图不构成重大影响。     

数字钻孔摄像在小浪底帷幕灌浆检测孔中的应用

为了评价帷幕灌浆效果,将数字钻孔摄像技术应用到小浪底水利枢纽3号灌浆洞3个灌浆质量检查孔中。通过数字钻孔摄像得到的孔壁图像资料, 对钻孔内发育的节理裂隙、破碎带和砂浆充填情况进行了分析研究,结果表明：?灌浆时浆液在外压下,主要沿连通性较好、延伸较远的裂隙向孔外岩体渗透。与渗流路径相连通的裂隙或延伸较短的裂隙,被浆液直接充填凝固后形成水泥结石。与渗流路径没有连通的裂隙则被忽略,或在灌浆压力下劈裂而部分充填,造成全充填、半充填和砂浆流出等几种充填效果;?破碎带充填与否主要与破碎带的规模、性质和与灌浆洞连通性有关。小浪底水利枢纽3号灌浆洞内的灌浆效果是明显的;将数字钻孔摄像技术应用于检查帷幕灌浆质量,分析灌浆浆液渗流路径,也是可行的。     

旋挖钻机在岩溶地区干作业成孔方法与质量控制

在沪昆铁路盘州站桩基施工中,采用旋挖钻机干作业成孔,成孔过程中近1/3的桩基遇到了溶洞。通过分析不同病害情况,针对在岩溶地层施工中遇到的无充填和半充填溶洞地质条件,分别采取了土石回填筑壁、反转复压,素混凝土挤扩成孔、分段成型,钢护筒护壁、挡截桩混凝土,斜岩找平、重新钻进,定位回填、水泥固化等技术措施,完成了桩基的施工任务。     

基于GIS空间分析的虚拟钻孔确定与实现方法

在三维地质建模过程中,通过引入一定数量的虚拟钻孔,对地层分界面几何形态更加精确的控制,不仅能够明显改善地质分界面网格的质量,而且能够提高模型精度和可视化效果。现有虚拟钻孔的引入途径主要通过手工添加实现,受人为主观因素影响较大,且自动化水平低,耗时、费力,针对这一问题,提出了一种基于GIS空间分析的虚拟钻孔确定与实现方法。以地质勘查获取的钻孔数据和地质剖面图为数据源,在ArcGIS平台的支持下,综合运用自动矢量化（Arc Scan）、要素转点（Feature To Point）、创建TIN （Create Tin）、TIN转三角形（Tinto Triangle）、泰森多边形（Create Thiessen Polygons）和相交（Intersect）等空间分析和文件转换工具,分别生成断层构造和建模区域内的二维（2D）虚拟钻孔点;而后,在利用插值工具生成各地层栅格表面的基础上,结合图形插值（Interpolate Shape）工具将2D虚拟钻孔点投影为三维（3D）虚拟钻孔;然后,利用Model Builder可视化建模工具设计了生成虚拟钻孔的模型,实现虚拟钻孔创建的自动化;最后,将获得的3D虚拟钻孔应用于三维地质建模,并进行了建模对比实验,结果表明,该方法具有一定有效性、实用性和可操作性。      

Kriging插值方法在地层模型生成中的应用

为了建立三维数字地层,采用了一种适合城市工程地质和岩土工程特点的地层数据模型-基于钻孔信息的3棱柱模型。由于钻孔之间的距离稀疏程度、方向、数据值存在差异,钻孔以外未知的地质特性需要插值和推断,传统的数理统计方法无法很好地解决空间样本点的选取、空间估值和2组以上空间数据的关系等问题。借鉴地质统计学的Kriging方法给出一种距离加权插值算法,即先根据空间数据得到统计特征,再根据统计特征进行插值。通过对地层模型插值结果的观察,得出该算法可以获得良好的插值效果。     

三维地层模型误差修正机制及其实现技术

三维地层模型是地下工程辅助分析的有效工具,而工程钻孔数据是建模主要的数据源。由于地质现象的复杂性和采样数据的稀疏性,仅仅利用零散的钻孔采样数据无法有效地控制最终建模结果的误差和精度。在分析三维地层建模误差来源的基础上,提出并实现了两种误差修正方法：地质剖面修正法和虚拟孔修正法。在建模过程中,基于实际勘察获取的资料和工作经验,结合对地质模型的理解,在特定位置处生成能反映地层局部变化特征的地质剖面或虚拟孔,然后将其与实际的钻孔数据一起约束到模型之中,构建出相对精细的三维地层模型,从而在三维空间中实现对地层模型的精确修正。     

井中三分量磁测在青海尕林格铁多金属矿的应用

尕林格铁多金属矿区为戈壁荒漠,第四系覆盖层厚度在120~200 m之间,钻探工程后进行三分量井中磁测是最为直接的寻找井底、井旁等盲矿体的方法.通过对尕林格矿区钻孔的三分量井中磁测资料分析,深入研究ΔZ、ΔH'曲线及ΔT'矢量的变化规律,在寻找钻井四周和深部隐伏的矿体,科学指导布设钻孔减少钻探工作量,以及指导钻孔施工进度,提高见矿命中率,取得了良好的效果.三分量井中磁测在矿区已经成为必不可少的方法之一.     

Borehole failures in crystalline rocks of South-Western Nigeria

Boreholes drilled in the crystalline rocks of Nigeria have a reputation of failures and low yields. The performance of 256 boreholes drilled in different parts of the crystalline rocks of SW Nigeria were reviewed to determine their failure characteristics. 100% success was claimed for 105 boreholes constructed by one driller. Out of 111 other borehole records supplied by three other drillers 35 were abortive, representing a failure rate of 32%. In contrast, 24 owners of 40 boreholes reported 24 failures representing a failure rate of 60%.The common causes of borehole failure in the crystalline rocks of SW Nigeria are seasonal variations in water level, improper casing of the overburden, damage to pumps and other system failures such as blocked pipelines and malfunctioning tanks. Non-penetration into the water bearing horizon also features as a cause of borehole failure in this study.It is suggested that proper construction, operation and maintenance of boreholes will reduce the incidence of borehole failures in crystalline rocks of SW Nigeria.     

煤矿井下硬煤层顺层长钻孔分段压裂强化瓦斯抽采技术及应用

针对硬煤层瓦斯抽采衰减快,抽采周期长、效率低等问题,提出了中硬煤层顺层长钻孔分段压裂增加煤层透气性瓦斯强化抽采技术。以陕西彬长矿区4号煤层为研究对象,在实验室采用SEM高分辨率电子显微镜对比分析了水力压裂前后煤体微观孔隙结构变化特征;利用Abaqus软件模拟了封隔器受力特征及钻孔的稳定性;在彬长矿区大佛寺煤矿井下4号煤层进行水力压裂工业性试验。结果表明：煤层在加载压力15 MPa,保压48 h,煤体的孔隙、裂隙数量增多,孔径尺寸增大,且连通性增强,裂隙间的连通性明显提升。压裂过程中,封隔器同时受到内压和外压载荷产生膨胀变形,内压15 MPa、外压10 MPa时,可保持硬煤钻孔结构完整同时,产生最大的封隔摩擦力。工程试验完成3个顺煤层定向长钻孔分段压裂施工,孔深540～568 m,每孔分8段压裂,单孔注液量910～1 154 m³,累计注液量3 011 m3;压裂后,利用孔内瞬变电磁测试确定压裂影响半径34～46 m。压裂钻孔平均瓦斯抽采纯量0.72～1.73 m³/min,平均抽采瓦斯体积分数42.60%～67.48%;对比试验区常规钻孔,瓦...     

地面垂直钻孔预抽特厚煤层瓦斯数值试验与应用

为解决塔山煤矿高强度开采条件下瓦斯低含量、高涌出的问题,同时为了弥补大型物理实验和现场试验成本高、操作难的缺点,根据该矿8101工作面所属区域煤层的地质和瓦斯赋存条件,确定了数值试验方案,对地面垂直钻孔预抽特厚煤层瓦斯的效果进行优化分析。基于煤岩（体）的孔隙特征,构建了含瓦斯煤岩（体）破裂过程气-固耦合和渗透率-损伤耦合数学本构模型。采用RFPA2D瓦斯分析版软件建立地面钻孔抽放瓦斯的数值计算模型,设置有关简化条件、边界条件和物性参数,通过数值试验得出：地面垂直钻孔的终孔位置布置在煤层底部比较合理;在综合考虑地面垂直钻孔投入成本和瓦斯抽采效果的基础上,确定地面垂直钻孔间距为50～60 m比较合理。同时,由8101工作面地面垂直钻孔抽采煤层瓦斯的实际应用效果分析可知,当地面垂直钻孔的终孔位置布置在煤层底部,且钻孔间距布置为50 m时,能够实现良好的瓦斯抽放效果,这也从一定程度上进一步验证了数值试验的合理性和可行性。     

多重分形与Kriging插值在地层模型生成中的应用

为了建立三维数字地层,采用钻孔信息构建三棱柱,以适合工程地质和岩土工程特点。钻孔数据具有局部的、随机的、异常的特征,另外,钻孔数据具有一定的结构特点。传统的数理统计方法无法很好地解决空间样本点的选取、空间估值和2组以上空间数据的关系等问题,借鉴地质统计学的Kriging方法给出全局区域内一种距离加权插值算法,先根据空间数据得到统计特征,再根据统计特征进行插值,并引入多重分形理论弥补Kriging方法的滑动加权平均缺陷,度量区域化变量的局部奇异性。通过对地层模型插值结果的观察,得出该算法可以获得良好的全局和局部特征插值效果     

定向钻进技术的发展与应用

定向钻进技术已有近百年的历史,随着的资源钻采井孔深度的不断增加,近几年该技术发展很快。讨论定向钻进技术包括基本内涵与最新拓展,对于更好的理解与推广应用这项技术具有重要意义。论文讨论了定向钻进的定义,概述了钻孔设计、测斜技术、测斜数据计算、测斜数据传输,特别是纠斜新技术的发展如自动垂直与自动导向钻进新技术等。简要介绍了目前定向钻进技术的应用领域与钻孔类型。提出了适用于深部地质钻探的定向钻进全孔轨迹主动控制的概念与实施措施。     

某铁路勘察近水平孔取心钻探施工技术

采用水平、近水平孔钻探取心是了解隧道地质情况的有效手段。某铁路隧道近水平钻孔设计倾角11°,终孔深度491.1 m,是工区内具有代表性和特殊性的一个钻孔。钻探施工中钻遇长段硬、脆、碎花岗岩地层,且伴随持续涌水,施工难度很大。通过改进设备、合理选择钻孔结构和取心钻具、使用环保型冲洗液和高效润滑脂等方法,保障了钻进施工正常进行。同时,就测斜和孔内事故处理提出解决方案,总结了水平钻孔施工安全注意事项。针对尚待解决的问题,提出相应建议。实践证明,该孔采用的设备器具与技术方法是有效可行的。