矿用侧向电阻率视频成像测井仪

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矿用侧向电阻率视频成像测井仪仪器简介

1.1 技术原理

矿用侧向电阻率视频成像测井仪的工作原理是按照现场的需求选择某一种合适的探测方法，选定探测方法后进行现场布置施工，按照施工方式在仪器上选择相应的探测方法，设置相关的工程参数和探测参数。探测时，仪器在煤矿井下能够快速一次完成视频、自然伽马、电阻率、自然电位、激发电位1、2等数据采集，测斜(钻孔方位、倾斜度)、钻孔深度数据采集。地面数据分析，采用专门的数据分析软件，其岩性分析的方法核心是在可视化条件下同步查看GR曲线变化，来进行岩性、地层特征等分析解析。另外，也可以通过视频可以分析钻孔的岩层结构(分层岩性、岩石孔隙、裂隙发育情况、出水点特征、顶板离层情况等)；由数据自动生成钻孔定向剖面图、钻孔平面轨迹图、并按照设定比例尺生成钻孔柱状图进行CAD图形输出。

1.2 系统特点

（1）双核设计，提高系统运行速度；

（2）双屏设计，同步采集钻孔视频、钻孔深度、视电阻率和自然电位等数据；

（3）应用光电隔离技术，实现模拟与数字完全隔开；

（4）采用专用模拟-数字抗干扰设计和专用滤波模块；

（5）软件可实现钻孔孔斜计算、定量分析揭露地层的分层、岩性、含水性及孔壁结构特征；

（6）形成钻孔岩性柱状图、孔斜剖面图、孔斜平面图、地质预测剖面图；

（7）探测效率高，施工方便。

1.3 应用领域

（1）探放水钻孔、瓦斯抽放孔、地质超前探孔、构造探煤孔、锚索孔等各类工程钻孔等各种孔径钻孔探测；

（2）适用于包括垂直孔在内的任意倾斜角度钻孔；

（3）探测采空区、出水原因、地层异常、顶板支护、断层、陷落柱等问题。

1.4 仪器测量成果

矿用侧向电阻率视频成像测井仪主要依靠窥视、自然伽码、电阻率、自然电位、激发电位1、2、轨迹等方法对钻孔进行测井，主要成果体现:

（1）地质超前探孔：钻孔轨迹、钻孔柱状、钻孔视频；

（2）瓦斯抽放孔：钻孔轨迹、钻孔视频；

（3）探放水孔：钻孔轨迹、出水层位、钻孔视频、钻孔柱状；

（4）构造探煤孔：钻孔轨迹、煤层位置及厚度、钻孔视频、钻孔柱状；

（5）锚索孔：钻孔轨迹、钻孔视频、钻孔柱状；
1.5 仪器构成

图2-1仪器构成图

矿用侧向电阻率视频成像测井仪仪器主要由探头、主机控制箱，主机控制面板、推杆四部分构成。如图 2-1 所示，硬件部分由：

（1）探头由高分辨率摄像头、自然伽玛、电阻率、自然电位、激发电位1、2、钻孔轨迹测量及控制单元构成，在测量大口径钻孔时，扶正器可保证探测时探头位于钻孔中央。

（2）主机控制部分由视频采集控制单元、数据采集控制单元、电缆及绕线装置等构成。

（3）深度计数模块通过测量电缆的长度获取探测深度。

（4）推杆每节长度 1.0m，互相可连接，末端与探头连接。

1.6 技术指标

表2-1 

第二节 矿用侧向电阻率视频成像测井仪软件分析系统简介

2.1 分析系统简介

软件分析系统应用集高分辨率视频、自然伽玛射线、孔中电阻率、自然电位差、激发Ⅰ激发Ⅱ、轨迹测量于一体的钻孔窥视与测井技术，软件分析系统中包括：强度的数据管理功能、曲线深度校正，曲线预处理（高斯滤波/5点平滑/飞点处理等六种预处理手段），地质解释中：视频/曲线/和岩芯联合分析功能，小岩体3D模型建立，多钻孔地质对比分析功能，超前电阻率（可对近距离煤层进行分析含水性），构造参数分析功能，通过数学模型建立的多种曲线（描述岩层的层理、粒径等）导电性、放射性等物理参数的探测研究，建立井下煤岩层物性库。分析生成轨迹图（轨迹柱状、偏离分析、3D成像）、3D岩芯柱体图、3D等值线图、视电阻率等值线图、构造流线预测矢量图、单孔综合测井解释图、地质剖面图（砂泥水，强度分析图）、钻孔对比图、底板等高线图等研究成果，实现对煤岩层位、断层、陷落柱、岩层富水性、老空区分布、顶板离层位置、顶板致裂效果、锚索孔、瓦斯抽放孔等信息的分析预测。为灾害评估、方案设计、隐患排查、应急救援、精准开采提供可靠的技术支撑和决策依据，促进煤炭开采信息化和智能化水平，实现煤炭的安全高效精准开采。
2.2 钻孔地质构造分析图

图2-2钻孔地质构造分析图
2.3 3D柱状图

图2-3 3D柱状图
2.4 钻孔轨迹图

图2-4 三维轨迹图

图2-5 多钻孔倾斜轨迹对比图
2.5 钻孔综合柱状图

图2-6 钻孔综合柱状图

第三节 矿用侧向电阻率视频成像测井技术服务解决方案

3.1 各类钻孔效果验证

（1）服务内容：针对普遍存在的钻孔孔斜现象，通过仪器探测可以准确确定钻孔的平面、剖面位置、钻孔深度及钻孔层位，为验证煤矿执行《煤矿防治水规程》提供技术检验手段与保障。

（2）适用范围：各种煤矿地质条件下的各种钻孔施工效果验证，有利于煤矿井下日常钻探工作的常态机制的完善和保障；适用于管理部门对各种钻探工程的检查验收。

（3）技术特色：快速、准确、可靠、成本低廉。

3.2 矿井水害的综合探测分析 

（1）服务内容：针对钻探、井巷工程新揭露的出水点，通过钻孔视频、岩性、全方位孔斜分析、综合地质分析等，迅速查明涌水水源。

（2）适用范围：适用于各种新揭露的出水点的涌水水源的快速探测分析。

（3）技术特色：快速获取准确钻探资料、分析成果丰富、大幅减少钻探工程投入。

3.3 采空区、断层、陷落柱专项探测

（1）服务内容：针对采掘过程中遇到的各类技术难题，进行专项服务。比如在采空区探测钻孔中，探测揭露采空区的范围、冒落裂隙带的裂隙发育情况。提供钻孔视频、揭露尺寸，根据多个钻孔的孔斜计算圈定采空区的精确揭露范围。针对井巷工程遇到的大、中型断层、陷落柱的赋存状态，可以共同设计探测方案，迅速予以查明。

（2）适用范围：适用于受小煤窑老空区威胁的整合矿井、地质条件复杂矿井、及其他技术难题。

（3）技术特色：优化探测方案，迅速查明目标对象的技术参数，有效减少钻探工程的投入。

3.4 常规化的井下各类测井探测与分析

（1）服务内容：由于普遍存在的孔斜现象及可能遇到的地质、水文异常情况，常常出现钻探无法解释的情况，可以通过本仪器的钻孔测井，快速获取钻孔视频、自然伽玛、电阻率、自然电位、激发电位1、2、钻孔轨迹数据，快速分析成果进行科学决策。

（2）适用范围：适用于锚索孔、地质、探放水、瓦斯孔等的探测与分析。

（3）技术特色：优化探测方案，迅速查明目标对象的技术参数，有效减少钻探工程的投入。

3.5 顶板岩层结构、“三带”、探测与分析

（1）服务内容：①通过对顶板锚索钻孔的探测，查明顶板的岩性结构、离层情况，获取实测资料及图件，查明验证顶板“三带”高度，为顶板支护提供技术依据；

②进在大量锚索孔探测的基础上，可以煤层底板等高线图为底图，绘制煤层岩性结构分区图、煤层直接顶板分类图、采煤工作面基本顶分类图；在此基础上研究总结各类顶板的支护参数，掘进与回采设计的对应关系；以及这些图纸相关的岩石力学基础数据等。

（2）适用范围：各类锚网支护矿井的井巷工程顶板异常区探测。

（3）技术特色：一方面，岩性结构定量化的详细区分可以为相邻地区掘进工作面锚网支护参数调整提供依据。另一方面，基于岩性结构的回采工作面顶板分类将对未开采地区的顶板类型，采用顶板岩性结构与顶板分类的对应关系进行预测，从而更好地指导生产。

3.6 利用瓦斯抽放孔提前探明回采面内部情况

（1）服务内容：①提前探明回采面内部煤层起伏、厚度变化情况；

②提前探明回采面内部的断层、陷落柱、采空区等地质情况；

（2）适用范围：高瓦斯矿井对瓦斯治理的同时提前探明回采面情况。

（3）技术特色：钻孔多次利用，节约成本。

3.7 建立井下煤岩层物性库

在广泛采集井下钻孔探测数据基础上，利用分析生成轨迹图（轨迹柱状、偏离分析、3D成像）、3D岩芯柱体图、3D等值线图、视电阻率等值线图、构造流线预测矢量图、单孔综合测井解释图、地质剖面图（砂泥水，强度分析图）、钻孔对比图、底板等高线图等研究成果，建立矿井分区域“煤层顶底板岩性自然伽玛、电阻率、自然电位、激发电位1、2、曲线基准模型”资料库，用于快速地层岩性对比识别。