張革勝

（甘肅煤田地質(zhì)局一四六隊(duì)，甘肅平?jīng)?744000）

傾角變化對(duì)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(duì)，甘肅平?jīng)?744000）

采用理論分析方法，在簡(jiǎn)化條件下推導(dǎo)了礦層傾角變化時(shí)，鉆孔（孔段）成果與實(shí)際礦點(diǎn)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(cè)斜數(shù)據(jù)對(duì)鉆孔成果的可靠性有重大影響。利用本方法可以對(duì)鉆孔傾角導(dǎo)致的偏差進(jìn)行大致地估計(jì)；在條件適宜的情況下，在巷道開(kāi)挖或者采礦過(guò)程中，對(duì)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(duì)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(cè)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(guò)程中，鉆孔測(cè)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(duì)礦層空間位置有著重大影響。從近年來(lái)的生產(chǎn)實(shí)際看，鉆孔測(cè)斜數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性沒(méi)有得到應(yīng)有的重視，由于測(cè)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(cè)斜數(shù)據(jù)中孔段傾角變化時(shí)，鉆孔成果所確定的礦層位置與實(shí)際位置的偏差做一理論推導(dǎo)，據(jù)此對(duì)測(cè)斜傾角變化對(duì)礦層影響進(jìn)行定性、定量分析。

1　關(guān)系推導(dǎo)

固體礦產(chǎn)勘查中，對(duì)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(jìn)行分析。為了簡(jiǎn)化分析過(guò)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(zhǎng)度設(shè)為L(zhǎng)，設(shè)O點(diǎn)為鉆孔（孔段）開(kāi)始偏斜的起始點(diǎn)，A點(diǎn)為鉆遇礦層點(diǎn)，D點(diǎn)為鉆孔垂直時(shí)遇礦點(diǎn)。B為鉆孔偏斜遇礦點(diǎn)，G為鉆孔偏斜遇礦點(diǎn)的垂直投影點(diǎn)。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(zhǎng)度為L(zhǎng)，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(shí)，傾角設(shè)為β，過(guò)C點(diǎn)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(shí)（β=0），A點(diǎn)的坐標(biāo)可寫(xiě)為：

當(dāng)鉆孔（孔段）傾角由α變小到α′時(shí)，鉆孔（孔段）長(zhǎng)度不變，此時(shí)見(jiàn)礦點(diǎn)將位于B點(diǎn)，其坐標(biāo)為：

鉆孔（孔段）OB將與礦層相交于C點(diǎn)，坐標(biāo)為：

在直角⊿CBE中計(jì)算BC兩點(diǎn)間距：

圖1　礦層水平時(shí)計(jì)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(xiě)為：

以上計(jì)算表明，當(dāng)?shù)V層水平時(shí)，鉆孔（孔段）傾角變小，將使得實(shí)際見(jiàn)礦點(diǎn)與鉆孔（孔段）成果見(jiàn)礦點(diǎn)差BC的距離。顯然當(dāng)α′＜α?xí)r表明實(shí)際礦點(diǎn)比鉆孔見(jiàn)礦點(diǎn)要淺。

1.2礦層傾斜

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

圖2　礦層傾斜時(shí)計(jì)算示意圖Figure 2 Computational schematic diagram when ore bed is inclined

聯(lián)解方程得到C點(diǎn)坐標(biāo)為為：

再根據(jù)ΔCBE關(guān)系，利用（1）公式，可以計(jì)算得到LBC兩點(diǎn)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(diǎn)坐標(biāo)與圖1中A點(diǎn)、B點(diǎn)數(shù)值相同，由于所在象限不一致，僅坐標(biāo)正負(fù)號(hào)有差異，LBC的計(jì)算類似圖2過(guò)程，這里不再贅述，此時(shí)可求得LBC為：

對(duì)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(xiě)成統(tǒng)一的表達(dá)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(shí)，對(duì)于（3）式，有α=θ-90°，α′=θ′-90°；對(duì)于（4）式，有α=90°-θ，α′=90°-θ′）。

對(duì)于（5）式當(dāng)β=0時(shí)，tan β=0，此時(shí)上式可化簡(jiǎn)為：LB觀察上式與（2）式一致，表明（2）式是（5）式的特例，此時(shí)F、H點(diǎn)與D點(diǎn)重合。

2　實(shí)例

設(shè)某鉆孔見(jiàn)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(jì)鉆孔成果見(jiàn)礦點(diǎn)與實(shí)際礦點(diǎn)產(chǎn)生的偏差為：

計(jì)算表明，由于傾角變化將導(dǎo)致鉆孔成果偏離實(shí)際礦點(diǎn)14.91 m，由于計(jì)算結(jié)果是負(fù)值，所以，實(shí)際礦點(diǎn)在鉆井成果見(jiàn)礦點(diǎn)的下方（以深），以上計(jì)算表明，鉆孔傾角對(duì)礦層位置影響巨大。

在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)（掘進(jìn)或者采礦）中，如果在有鉆孔控制處，出現(xiàn)了見(jiàn)礦點(diǎn)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(wèn)題而導(dǎo)致，對(duì)控制鉆孔必須重新進(jìn)行評(píng)價(jià)。勘查鉆孔成果見(jiàn)礦點(diǎn)與井口連線的天頂角可以認(rèn)為是α′，實(shí)際見(jiàn)礦點(diǎn)與地質(zhì)報(bào)告見(jiàn)礦點(diǎn)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(duì)見(jiàn)礦點(diǎn)重新計(jì)算。本方法雖然是一種近似方法，有時(shí)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(shí)，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(duì)鉆孔成果的可靠性影響巨大，在勘查過(guò)程中，如何確保鉆孔測(cè)斜數(shù)據(jù)的正確性是施工管理過(guò)程中的重點(diǎn)之一。

公式（5）的主要意義是生產(chǎn)應(yīng)用，有時(shí)能起到非常好的效果。在勘查過(guò)程中，對(duì)施工管理及地質(zhì)“三邊”也有借鑒作用。以上是對(duì)二維情況的簡(jiǎn)化分析，三維情況下的分析將更加復(fù)雜，趨勢(shì)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(guó)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(guó)國(guó)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)鋈耍瑢W(xué)士，高級(jí)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