倾角变化对钻孔成果可靠性影响分析

张革胜

（甘肃煤田地质局一四六队，甘肃平凉 744000）

倾角变化对钻孔成果可靠性影响分析

张革胜

（甘肃煤田地质局一四六队，甘肃平凉 744000）

采用理论分析方法，在简化条件下推导了矿层倾角变化时，钻孔（孔段）成果与实际矿点差距的估算方法，并推导出了估算公式。公式分析表明，钻孔测斜数据对钻孔成果的可靠性有重大影响。利用本方法可以对钻孔倾角导致的偏差进行大致地估计；在条件适宜的情况下，在巷道开挖或者采矿过程中，对由钻孔倾角引起的偏差，可以反算校正，能取得较好的效果。本方法对野外钻井施工管理和“三边”工作有一定的指导借鉴作用。

钻孔测斜；倾角变化；矿层；公式推导；可靠性；“三边”工作

地质勘查过程中，钻孔测斜数据决定着钻孔的空间形态。这一数据正确与否，对矿层空间位置有着重大影响。从近年来的生产实际看，钻孔测斜数据的准确性没有得到应有的重视，由于测斜数据的不准确，而导致勘查成果可靠性下降，造成生产损失。本文就测斜数据中孔段倾角变化时，钻孔成果所确定的矿层位置与实际位置的偏差做一理论推导，据此对测斜倾角变化对矿层影响进行定性、定量分析。

1　关系推导

固体矿产勘查中，对井斜的校正，普遍使用的是平均孔段法，本文以此为基础进行分析。为了简化分析过程，剖面方位取钻孔（孔段）所在垂直面的平均方位、钻孔（孔段）天顶角设为α，钻孔（孔段）长度设为L，设O点为钻孔（孔段）开始偏斜的起始点，A点为钻遇矿层点，D点为钻孔垂直时遇矿点。B为钻孔偏斜遇矿点，G为钻孔偏斜遇矿点的垂直投影点。OAD平面的方位为平均方位，本文分析所用到的剖面图全部是平均方位方向的剖面（图1）。设OA、OB长度为L，OD与OA的夹角为α，OD与OB的夹角为α′，AD是平面OAD与矿层的交线。当矿层倾斜时，倾角设为β，过C点做BG的垂线，垂足为E。

1.1矿层水平

如图1所示，当矿层水平时（β=0），A点的坐标可写为：

当钻孔（孔段）倾角由α变小到α′时，钻孔（孔段）长度不变，此时见矿点将位于B点，其坐标为：

钻孔（孔段）OB将与矿层相交于C点，坐标为：

在直角⊿CBE中计算BC两点间距：

图1　矿层水平时计算示意图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′改为相应直线的斜率角θ、θ′，既有α=θ-90°，α′=θ′-90°则上式可写为：

以上计算表明，当矿层水平时，钻孔（孔段）倾角变小，将使得实际见矿点与钻孔（孔段）成果见矿点差BC的距离。显然当α′＜α时表明实际矿点比钻孔见矿点要浅。

1.2矿层倾斜

当矿层倾斜时，F、H分别为过A、C点水平线与OD的垂直交点。一种情况如图2，此时，A、B点坐标与图1中A点、B点相同，C点坐标是直线OB与AD的交点，两直线方程为：

图2　矿层倾斜时计算示意图Figure 2 Computational schematic diagram when ore bed is inclined

联解方程得到C点坐标为为：

再根据ΔCBE关系，利用（1）公式，可以计算得到LBC两点间距离为：

另外一种情况如图2所示，钻孔（孔段）倾斜方向与地层倾向一致，A、B点坐标与图1中A点、B点数值相同，由于所在象限不一致，仅坐标正负号有差异，LBC的计算类似图2过程，这里不再赘述，此时可求得LBC为：

对于（3）、（4）两式，如果也把α、α′统一变换为相应直线的斜率角θ，θ′，则以上两式可改写成统一的表达式：

（注：当把α、α′统一变换为相应直线的斜率角θ，θ′时，对于（3）式，有α=θ-90°，α′=θ′-90°；对于（4）式，有α=90°-θ，α′=90°-θ′）。

对于（5）式当β=0时，tan β=0，此时上式可化简为：LB观察上式与（2）式一致，表明（2）式是（5）式的特例，此时F、H点与D点重合。

2　实例

设某钻孔见矿深度为800 m（图2Ⅰ），矿层倾角21°，如果钻孔的平均倾角由20°变为10°，则预计钻孔成果见矿点与实际矿点产生的偏差为：

计算表明，由于倾角变化将导致钻孔成果偏离实际矿点14.91 m，由于计算结果是负值，所以，实际矿点在钻井成果见矿点的下方（以深），以上计算表明，钻孔倾角对矿层位置影响巨大。

在实际生产作业（掘进或者采矿）中，如果在有钻孔控制处，出现了见矿点与勘查成果差异较大的情况，一般是由钻孔投影偏差或者钻孔本身有质量问题而导致，对控制钻孔必须重新进行评价。勘查钻孔成果见矿点与井口连线的天顶角可以认为是α′，实际见矿点与地质报告见矿点间距离近似认为是BC，这样利用（5）式可以反算α，得到α值就可以对见矿点重新计算。本方法虽然是一种近似方法，有时能起到事半功倍的效果。当有未控制的新构造出现时，本方法不适用，需要用钻探、物探等其它手段解决。

3　结论

公式（5）表明，倾角的变化对钻孔成果的可靠性影响巨大，在勘查过程中，如何确保钻孔测斜数据的正确性是施工管理过程中的重点之一。

公式（5）的主要意义是生产应用，有时能起到非常好的效果。在勘查过程中，对施工管理及地质“三边”也有借鉴作用。以上是对二维情况的简化分析，三维情况下的分析将更加复杂，趋势和二维情况相似。

[1]北京煤矿学校.煤田找矿勘探方法[R].北京:北京煤矿学校，1962.

[2]国家安全生产监督管理总局.煤炭地质勘查钻孔质量标准[M].北京:煤炭工业出版社，2007.

[3]中华人民共和国国土资源部.煤泥炭地质勘查规范[M].北京：地质出版社，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

张革胜（1968—），男，甘肃平凉人，学士，高级工程师，从事煤田地质勘查及钻探施工管理。

2016-06-03

责任编辑：樊小舟