傾角變化對鉆孔成果可靠性影響分析

張革勝

（甘肅煤田地質(zhì)局一四六隊，甘肅平?jīng)?744000）

傾角變化對鉆孔成果可靠性影響分析

張革勝

（甘肅煤田地質(zhì)局一四六隊，甘肅平?jīng)?744000）

采用理論分析方法，在簡化條件下推導(dǎo)了礦層傾角變化時，鉆孔（孔段）成果與實際礦點差距的估算方法，并推導(dǎo)出了估算公式。公式分析表明，鉆孔測斜數(shù)據(jù)對鉆孔成果的可靠性有重大影響。利用本方法可以對鉆孔傾角導(dǎo)致的偏差進行大致地估計；在條件適宜的情況下，在巷道開挖或者采礦過程中，對由鉆孔傾角引起的偏差，可以反算校正，能取得較好的效果。本方法對野外鉆井施工管理和“三邊”工作有一定的指導(dǎo)借鑒作用。

鉆孔測斜；傾角變化；礦層；公式推導(dǎo)；可靠性；“三邊”工作

地質(zhì)勘查過程中，鉆孔測斜數(shù)據(jù)決定著鉆孔的空間形態(tài)。這一數(shù)據(jù)正確與否，對礦層空間位置有著重大影響。從近年來的生產(chǎn)實際看，鉆孔測斜數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性沒有得到應(yīng)有的重視，由于測斜數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確，而導(dǎo)致勘查成果可靠性下降，造成生產(chǎn)損失。本文就測斜數(shù)據(jù)中孔段傾角變化時，鉆孔成果所確定的礦層位置與實際位置的偏差做一理論推導(dǎo)，據(jù)此對測斜傾角變化對礦層影響進行定性、定量分析。

1　關(guān)系推導(dǎo)

固體礦產(chǎn)勘查中，對井斜的校正，普遍使用的是平均孔段法，本文以此為基礎(chǔ)進行分析。為了簡化分析過程，剖面方位取鉆孔（孔段）所在垂直面的平均方位、鉆孔（孔段）天頂角設(shè)為α，鉆孔（孔段）長度設(shè)為L，設(shè)O點為鉆孔（孔段）開始偏斜的起始點，A點為鉆遇礦層點，D點為鉆孔垂直時遇礦點。B為鉆孔偏斜遇礦點，G為鉆孔偏斜遇礦點的垂直投影點。OAD平面的方位為平均方位，本文分析所用到的剖面圖全部是平均方位方向的剖面（圖1）。設(shè)OA、OB長度為L，OD與OA的夾角為α，OD與OB的夾角為α′，AD是平面OAD與礦層的交線。當(dāng)?shù)V層傾斜時，傾角設(shè)為β，過C點做BG的垂線，垂足為E。

1.1礦層水平

如圖1所示，當(dāng)?shù)V層水平時（β=0），A點的坐標(biāo)可寫為：

當(dāng)鉆孔（孔段）傾角由α變小到α′時，鉆孔（孔段）長度不變，此時見礦點將位于B點，其坐標(biāo)為：

鉆孔（孔段）OB將與礦層相交于C點，坐標(biāo)為：

在直角⊿CBE中計算BC兩點間距：

圖1　礦層水平時計算示意圖Figure 1 Computational schematic diagram when ore bed is leveled

把YC和YB代入（1）式后可得到下式；

如果把上式中的α、α′改為相應(yīng)直線的斜率角θ、θ′，既有α=θ-90°，α′=θ′-90°則上式可寫為：

以上計算表明，當(dāng)?shù)V層水平時，鉆孔（孔段）傾角變小，將使得實際見礦點與鉆孔（孔段）成果見礦點差BC的距離。顯然當(dāng)α′＜α?xí)r表明實際礦點比鉆孔見礦點要淺。

1.2礦層傾斜

當(dāng)?shù)V層傾斜時，F(xiàn)、H分別為過A、C點水平線與OD的垂直交點。一種情況如圖2，此時，A、B點坐標(biāo)與圖1中A點、B點相同，C點坐標(biāo)是直線OB與AD的交點，兩直線方程為：

圖2　礦層傾斜時計算示意圖Figure 2 Computational schematic diagram when ore bed is inclined

聯(lián)解方程得到C點坐標(biāo)為為：

再根據(jù)ΔCBE關(guān)系，利用（1）公式，可以計算得到LBC兩點間距離為：

另外一種情況如圖2所示，鉆孔（孔段）傾斜方向與地層傾向一致，A、B點坐標(biāo)與圖1中A點、B點數(shù)值相同，由于所在象限不一致，僅坐標(biāo)正負(fù)號有差異，LBC的計算類似圖2過程，這里不再贅述，此時可求得LBC為：

對于（3）、（4）兩式，如果也把α、α′統(tǒng)一變換為相應(yīng)直線的斜率角θ，θ′，則以上兩式可改寫成統(tǒng)一的表達式：

（注：當(dāng)把α、α′統(tǒng)一變換為相應(yīng)直線的斜率角θ，θ′時，對于（3）式，有α=θ-90°，α′=θ′-90°；對于（4）式，有α=90°-θ，α′=90°-θ′）。

對于（5）式當(dāng)β=0時，tan β=0，此時上式可化簡為：LB觀察上式與（2）式一致，表明（2）式是（5）式的特例，此時F、H點與D點重合。

2　實例

設(shè)某鉆孔見礦深度為800 m（圖2Ⅰ），礦層傾角21°，如果鉆孔的平均傾角由20°變?yōu)?0°，則預(yù)計鉆孔成果見礦點與實際礦點產(chǎn)生的偏差為：

計算表明，由于傾角變化將導(dǎo)致鉆孔成果偏離實際礦點14.91 m，由于計算結(jié)果是負(fù)值，所以，實際礦點在鉆井成果見礦點的下方（以深），以上計算表明，鉆孔傾角對礦層位置影響巨大。

在實際生產(chǎn)作業(yè)（掘進或者采礦）中，如果在有鉆孔控制處，出現(xiàn)了見礦點與勘查成果差異較大的情況，一般是由鉆孔投影偏差或者鉆孔本身有質(zhì)量問題而導(dǎo)致，對控制鉆孔必須重新進行評價。勘查鉆孔成果見礦點與井口連線的天頂角可以認(rèn)為是α′，實際見礦點與地質(zhì)報告見礦點間距離近似認(rèn)為是BC，這樣利用（5）式可以反算α，得到α值就可以對見礦點重新計算。本方法雖然是一種近似方法，有時能起到事半功倍的效果。當(dāng)有未控制的新構(gòu)造出現(xiàn)時，本方法不適用，需要用鉆探、物探等其它手段解決。

3　結(jié)論

公式（5）表明，傾角的變化對鉆孔成果的可靠性影響巨大，在勘查過程中，如何確保鉆孔測斜數(shù)據(jù)的正確性是施工管理過程中的重點之一。

公式（5）的主要意義是生產(chǎn)應(yīng)用，有時能起到非常好的效果。在勘查過程中，對施工管理及地質(zhì)“三邊”也有借鑒作用。以上是對二維情況的簡化分析，三維情況下的分析將更加復(fù)雜，趨勢和二維情況相似。

[1]北京煤礦學(xué)校.煤田找礦勘探方法[R].北京:北京煤礦學(xué)校，1962.

[2]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.煤炭地質(zhì)勘查鉆孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社，2007.

[3]中華人民共和國國土資源部.煤泥炭地質(zhì)勘查規(guī)范[M].北京：地質(zhì)出版社，2002.

Analysis of Impacts from Variation of Inclination Angle on Reliability of Drilled Borehole Results

Zhang Gesheng
(No.146 Exploration Team,Gansu Bureau of Coal Geological Exploration,Pingliang,Gansu 744000)

Through theoretical analysis method,under the simplified condition of ore bed dip angle varying has derived estimation for?mula to estimate difference between borehole(sector)results and mining practices.The analytical results have shown that the variation of inclination angle significantly impacted reliability of drilled borehole results.Using this method can roughly estimate deviations caused by borehole inclination angle.During the roadway excavation or mining process,under the right conditions,the deviations caused by borehole inclination angle can be corrected through inverse computation and gotten better effect.The method has certain guidance and reference functions in field drilling operation management and“3 synchronous works”*.

borehole inclination measuring;variation of inclination angle;ore bed;formula derivation;reliability;“3 synchronous works”*The“3 synchronous works”means when the exploration operation is carrying out,the data processing and exploration design modifi?cation will be carried out synchronously.

P634.7

A

10.3969/j.issn.1674-1803.2016.11.14

1674-1803(2016)11-0074-03

張革勝（1968—），男，甘肅平?jīng)鋈?，學(xué)士，高級工程師，從事煤田地質(zhì)勘查及鉆探施工管理。

2016-06-03

責(zé)任編輯：樊小舟