测井技术在井下出水钻孔水源探查中的应用

张敬水

（霍州煤电集团技术研究院，山西 霍州 031400）

紫晟煤业位于霍西煤田，目前主要开采2#煤层，全井田带压且构造发育。受构造的影响，超前钻孔经常发生出水的现象。以往超前探水钻孔施工时，由于受钻孔无规律的偏移等地质条件的影响无法准确判断出水点和水位，难以分析出水水源，因此需要使用一项集视频、岩性判别、轨迹测量为一体的技术进行综合分析。

“YCJ90/360型矿用钻孔测井分析仪”是一种煤矿井下钻孔综合测井新技术。它高度集成了自然伽马测井、钻孔高分辨率视频、全方位井斜、井深测量技术，采用自然伽马与视频同步分析方法进行岩性判别与分层，能够绘制钻孔岩性柱状、查明钻孔孔内结构特征（孔隙、裂隙发育情况、出水点特征等），还能够定向绘制钻孔轨迹剖面图、钻孔轨迹平面图、自动生成钻孔地质剖面原型。

1 矿井地质及水文地质情况

紫晟煤业位于霍西煤田霍州矿区东南部，井田总体为一背斜构造即北益昌背斜，受北益昌背斜控制，地层总体走向北北东向及北西向。井田内断层较为发育，截至目前已发现断层90余条，属构造复杂矿井。矿井目前开采2#煤层，2#煤层位于山西组中上部，煤层厚度1.90～3.80 m，平均3.23 m，煤层倾角5°～15°。煤层结构简单，直接顶为泥岩，局部为粉砂岩（上距K8砂岩11.32 m左右为泥岩砂岩互层），直接底板为泥岩。其距下部K7砂岩10 m；距K4、K3、K2、O2灰岩层间距分别为40 m、63 m、76 m、120 m。2#煤层顶板直接含水层为K8砂岩，该段含水层富水性较弱。下部K7砂岩含水层为弱含水层，K4灰岩不稳定，K3灰岩富水性较弱。K2灰岩厚度7.5 m左右，最厚为9.40 m，裂隙较发育并有小的溶孔，该层单位涌水量0.86 L/s·m，渗透系数2.833 1 m/d，为中等含水层。奥灰含水层水位标高+516 m，单位涌水量0.554 L/s·m，渗透系数0.895 7 m/d，为中等－强含水层[1]。

2 出水点基本情况

紫晟煤业在一采区轨道运输巷口前83 m施工超前钻孔时，钻孔发生突水。一采区轨道运输巷位于井田南部，与北侧行人通道、一采区回风巷平行相邻，东部与南部为未开拓区域，巷道沿2#煤层顶板上山掘进，工作面于口前61 m揭露一条H=13 m断层，煤层断下[2]，工作面于口前83 m进行钻探，施工了3个超前钻孔，均发生了出水现象。1号钻孔钻进90 m时涌水5 m3/h；2号钻孔钻进69 m时涌水5 m3/h；3号钻孔钻进108.7 m时涌水15 m3/h，后逐渐增大至30 m3/h，最后趋于稳定。

3 工作面物探情况

工作面于口前83 m进行瞬变电磁探测，迎头前100 m的探测范围内未发现明显的低阻异常区。

4 水质化验情况

经对3个出水钻孔水质进行化验，1号孔和2号孔Na+含量较高，水质为HCO3-Na型，砂岩水特性；3号孔Ca2+、Mg+含量明显增加，水质为SO4HCO3-CaMg，具灰岩水特性。

5 测井技术现场应用情况

本次应用“YCJ90/360型矿用测井分析仪”对紫晟煤业一采区轨道巷3个出水钻孔进行测井，测井成果如下：

1）视频资料分析成果

通过对3个钻孔的视频数据进行分析[3]：1号孔在21.7 m、30 m、70.8 m、76.3 m、90 m均有裂隙发育现象，但在90 m处较为严重，有明显的塌孔和涌水现象。2号钻孔在12.2 m、13.8 m、21.9 m、69 m处均有裂隙发育现象，但在69 m处较为严重，并且有明显塌孔和涌水现象。3号钻孔在15.9 m、93.2 m、97.7 m、108 m处均有裂隙发育现象，但在108 m处较为严重，并且有明显的涌水现象。

图1 一采区轨道上山巷工作面物探、钻探位置

图2 1号孔90 m处

图3 2号孔69 m处

图4 3号孔108 m处

2）自然伽玛测井成果

自然伽玛测井是在井内测量岩层中自然存在的放射性元素核衰变过程中放射出来的伽马射线的强度，通过测量岩层的自然伽马射线的强度来认识岩层的一种放射性测井法，其伽马射线强度与放射性元素的含量及类型有关，一般来说，放射强度随泥质含量增加而增加[4]。通过对3个钻孔的自然伽马数据进行分析，1号孔出水点（90 m处）、2号钻孔出水点位置（69 m）岩性自然伽马相对泥岩和砂质泥岩放射性强度较弱，为砂岩特性；3号钻孔出水点位置（108 m）岩性自然伽马相比细砂岩、粉细砂岩其放射性强度更弱，为灰岩特性，如图5、图6、图7所示。

表1 一采区轨道运输巷出水钻孔水质化验结果

图5 1号钻孔岩性柱状图

图6 2号钻孔岩性柱状图

图7 3号钻孔岩性柱状图

3）钻孔倾斜情况分析成果

通过对3个钻孔偏移情况进行测算分析[5]，3个钻孔在垂向上的轨迹与理想状态下差异很大，偏斜较为严重，并且随着钻孔深度的不断增加其偏离程度越来越大，如图8、图9、图10所示。

图8 1号钻孔轨迹剖面

图9 2号钻孔轨迹剖面

图10 3号钻孔轨迹剖面

4）出水点位置及水源分析

通过对此次测井数据结合钻孔柱状综合分析可知：1号钻孔出水点位于孔深90 m处，其在垂向上的位置为2#煤层底板下17.1 m处，为K7砂岩裂隙水，富水性弱，水量小；2号钻孔出水点位于孔深69 m处，其在垂向上的位置为2#煤层底板下11 m处，为K7砂岩裂隙水，富水性弱，水量小；3号钻孔出水点位于孔深108 m处，其在垂向上的位置为2#煤层底板下44.8 m处，为K4灰岩裂隙水，富水性弱－中等，并且富水性不均一。

3个钻孔出水点位置不同均为钻孔偏移所致，不存在构造、陷落柱等地质异常情况。

6 结语

通过对紫晟煤业一采区轨道巷3个出水钻孔进行测井分析，准确地探测出了钻孔出水点的位置、水源等信息，其结论与水质化验资料和含水层富水性相一致，探测成果能够有效地为矿井下一步的水害防治工作计划提供精确的地质资料。因此利用钻孔测井技术能够有效地解决因钻孔轨迹偏移所导致的误判、错判现象，具有很好的推广和使用价值。