随钻测量技术在矿业领域发展现状(2)
【作者】网站采编
【关键词】
【摘要】:MWD技术中最为常见的测量参数主要是时间、深度、扭矩、向下推力、钻速和转速,其他参数如振动、冲洗介质压力或流速有时针对不同的研究需要也会被包MWD技术中最为常见的测量参数主要是时间、深度、扭矩、向下推力、钻速和转速,其他参数如振动、冲洗介质压力或流速有时针对不同的研究需要也会被包括在内。这些参数可分为两种类型,可控的和不可控的。向下推力和钻速属于可控参数,因为这两个参数通常是由钻机操作人员来控制。渗透率和扭矩属于不可控参数,但却能更好的反映地质情况。
渗透率是岩石分类中最常用的参数,也是MWD技术中最为感兴趣的参数,早期阶段,甚至单独使用渗透率做为岩石分类指标。根据简单的物理学原理,钻头能更快的穿透较软的岩石,因此得到钻速可以作为表示岩石强度的指标。此外,选择渗透率作为参数也是由于它易于测量和分析。Scoble[7]等人在对加拿大一个煤矿进行钻孔监测研究时发现,渗透率的变化能够很好的反映出煤矸石和废煤之间的界限。扭矩也被认为是能反映地质情况的参数。有研究表明,扭矩会随着岩石强度的增加而增加,回归分析显示,扭矩和抗压强度之间有很强的正相关关系。
向下推力作为可控参数,一般不会作为岩石分类的指标,经常会没人们所忽略。然而,有研究表明向下推力[8]会随着岩石强度的增加而增加。与向下推力一样,转速也并不常用作为岩石类型的指标。
3 钻孔与岩体之间的关系
使用MWD技术识别岩石性质最常用的方式就是利用Spercific Energy方程。1965年R.Teale[9]提出了“比能(Specific Energy, SE)”的概念,其主要表示的是破碎过程中能量和体积之间的关系,定义为挖掘单位体积岩石需要的能量。一般可以表示为:
式中,F为向下推力,T为扭矩,N为转速,A为开挖面积,u为渗透率。Teale的研究结论是,在所有岩石类型中,最小SE都是恒定的,并且它与抗压强度之间存在很好的相关性。Jain[10]和Dunn[11]都在工程中使用SE作为岩石抗压强度和可钻性的评价标准,并获得了较好的效果。此外,很多研究人员还使用SE来表征岩体性质。美国矿业局的一项研究也表明,钻孔SE的变化与岩石条件的变化具有较好的相关性。
另一个同样重要的岩体指标参数也是基于过去一些研究人员的研究结论,他们为牙轮钻机系统提供的一些钻进公式。研究表明,钻速随钻头重量和钻速的增大而增大,随岩石强度的增大而减小。1975年,Mathis[12]计算得出施加在钻头上的重量(W)与渗透率(PR)之间的比值,这一比值称为岩石的质量系数(Rock Quality Index, RQI),一般用来反映岩石的质量。
RQI=W/PR
对于RQI来说,输入参数的准确性是RQI[13]作为岩石表征指标参数的关键。大量实测结果表明,相邻钻孔的RQI变化率大多在25%~40%之间,这些变化不仅是由于岩石质量的变化,还取决于现场技术人员在记录作业参数时严谨性。为了消除人为干扰和不确定性,研究人员使用钻孔参数记录仪作为估算RQI的工具。值得注意的是,尽管钻头制造商声称正常情况下,钻头在使用寿命结束前不会出现任何渗透率下降的情况,但实测RQI结果否定了这一说法。考虑到钻头磨损和钻头类型,必须慎重计算RQI数据。研究人员对在煤矿和硬岩矿山服役的一些钻机进行了监测,结果表明RQI不仅能够将钻机性能与岩性变化联系起来,而且还与爆破中的能量因子有关,RQI值增大,能量因子也随之增大。
通常,矿山会将岩石识别软件输出的可爆性指数与矿山现有地层模型进行比较。如果矿山地层模型与可爆性指数相匹配,则会将岩石类型分配到相应的层位。如果不匹配,则将WDM数据分析得出结果替换原有地层参数,从而对模型进行更新。这样基于WMD技术的岩性识别数据就可以取代传统的地球物理测试方法。
4 MWD技术应用
随着MWD技术引入到采矿工程领域,其最初的目的是在爆破作业前对岩体性质进行表征,从而提高作业效率。将物探数据、地质记录数据和MWD监测数据集成到一起,就能够生成岩体地下结构和地质力学信息。一旦获得这些资料,就能够在矿山开采的各个阶段对遇到的问题进行分析。因此,MWD技术在矿体轮廓圈定、岩体性质评估、爆破优化、支护设计、矿山规划、设计和生产控制等方面都有着广阔的应用前景。
Schoble[14]采用MWD技术监测某露天煤矿爆破孔钻进过程中的钻机相关数据,并使用SE与矿区原始地层信息进行了比较。他们的研究结果表明向下推力与岩石性质的变化有很好的相关性,向下推力在钻速和扭矩不变的情况下起着关键作用。对钻进过程相关数据的监测,为爆破设计前获得详细的地质信息提供了一种新的途径。
文章来源:《采矿与安全工程学报》 网址: http://www.ckyaqgcxb.cn/qikandaodu/2021/0616/714.html
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