【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于矿井水害防治方法，具体涉及基于地面定向钻探技术探查断层产状的方法，本专利技术还涉及基于地面定向钻探技术探查断层投影的方法。
技术介绍
1、煤炭作为我国的主体能源，在经济发展中发挥着关键作用。在煤炭开采过程中，断层是一种常见的地质构造，严重影响着煤炭资源的开采。准确探查出断层的位置、含导水性等特征，对于保障矿井安全生产、提高煤炭资源回收率以及开采效率具有重大意义。
2、目前，断层探查方法种类繁多，主要涵盖以下几类：
3、地面物探探查：像地面三维地震勘探、地面电法勘探等，这类方法能够对较大范围进行探测，可提供断层的大致位置和走向等信息，在识别大型断层方面效果显著。例如，地面三维地震勘探能通过地震波的传播和反射情况，初步勾勒出地下地质构造的轮廓，从而确定大型断层的存在和大致方位。地面电法勘探则主要对富水异常较为敏感，可间接反映构造的大致位置。
4、地面补充勘探：通过施工地面垂直取芯钻孔，能够对断层进行直观判识。钻孔获取的岩芯样本可以清晰展示断层处岩石的特征，为断层的分析提供直接依据。
5、井下探查：包括工作面槽波、瞬变电磁、音频电透视等物探探查，以及井下超前钻探、巷探等。这些方法在井下环境中发挥作用，能够获取更接近开采区域的断层信息。
6、然而，现有的断层探查技术存在诸多缺陷和不足：
7、地面物探技术：以地震勘探为例，虽然它可以进行大面积探测，但受到地层地质条件、采集条件以及数据处理和解释人员经验等多种因素的影响，对小断层的识别精度较低，难以确定断层
8、传统地面钻探取芯：虽能直观判识断层，但受空间限制，难以精准连续地确定断层信息，在复杂地质条件下对断层的定位不准确。而且，钻孔位置的选取存在困难，补勘成本较高，周期也较长。
9、井下物探方法：虽然能够进行超前探测，但受到井下复杂环境的干扰，探测精度和距离受到限制。井下超前钻探与巷探虽然能直观获取断层信息，但需要在巷道掘进后进行，容易出现掘进钻遇断层等情况，从而增加了安全风险。
10、地面定向钻探技术能够按预定轨迹钻进，获取不同深度、方位的地质信息。然而，目前基于该技术的断层判识方法缺乏系统性，探查精度与效率有待提高。因此，研发基于地面定向钻探技术的断层探查方法，对于提升矿井区域超前探查断层的准确性与效率是十分必要的。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供基于地面定向钻探技术探查断层产状的方法，该方法能准确探查出断层位置并获取断层产状数据。
2、本专利技术的另一目的是提供基于地面定向钻探技术探查断层投影的方法。
3、本专利技术所采用的技术方案是，基于地面定向钻探技术探查断层产状的方法，包括以下步骤：
4、步骤1，根据治理区补勘钻孔测井资料选出自然伽玛值与相邻地层段不同的地层或地层组合作为初选治理层位；
5、步骤2，根据《煤矿防治水细则》计算出煤层回采所需的隔水层厚度，计算各初选治理层位到煤层的平均厚度，将平均厚度最小且不小于隔水层厚度的初选治理层位确定为探查治理层位；
6、步骤3，基于地面定向钻探技术开展施工，钻出主孔，主孔孔底至探查治理层位，钻孔过程中收集主孔录井数据，根据主孔录井数据建立标准数据库；
7、步骤4，在主孔孔底口钻出至少3个相互平行的水平分支孔，记录钻孔过程中各分支孔的录井数据，将其分别与标准数据库对比，判定钻遇断层点，并读取钻遇断层点处空间位置坐标信息；
8、步骤5，根据各个分支孔钻遇断层点空间位置坐标信息，计算断层面倾向方位角θ与倾角β。
9、本专利技术的特点还在于：
10、初选治理层位的平均自然伽玛值与相邻地层段的平均自然伽玛值差值≥50api。
11、主孔包括一开垂直段与二开造斜段，一开垂直段为孔口垂直向下至基岩顶部，二开造斜段为基岩顶部造斜至探查治理层位。
12、录井数据包括返排岩屑岩性、地层厚度、随钻伽玛、钻井液消耗量。
13、钻遇断层点的判定方式为，该地层处出现返排岩屑不连续、随钻伽玛值变化以及钻井液消耗量增大的情况。
14、水平分支孔的钻孔方式为先钻出一个水平分支孔，当该水平分支孔钻遇断层后，再在其邻近位置钻出其它水平分支孔，相邻水平分支孔孔间距为40～60m。
15、步骤5具体如下：
16、步骤5.1，选取3个分支孔钻遇断点空间位置坐标，分别记为a(x1,y1,z1)、b(x2,y2,z2)、c(x3,y3,z3)，得出断层面内向量和向量坐标，
17、
18、步骤5.2，根据向量和向量计算出断层面法向量其坐标为其中：
19、a＝(y2-y1)(z3-z1)-(y3-y1)(z2-z1)，
20、b＝(z2-z1)(x3-x1)-(z3-z1)(x2-x1)，
21、c＝(x2-x1)(y3-y1)-(x3-x1)(y2-y1)；
22、步骤5.3，设水平面投影向量为
23、步骤5.4，断层方位角θ是与正北方向顺时针夹角，先计算与x轴正方向夹角α，α根据式(1)计算，再根据所在象限确定θ：
24、
25、当a>0，b>0时，θ＝α，
26、当a<0时，θ＝π+α，
27、当a>0，b<0时，θ＝2π+α；
28、步骤5.5，设断层面倾角为β，空间垂向单位向量为则断层面法向量与垂向单位向量之间的夹角即为β，
29、本专利技术的另一技术方案是，基于地面定向钻探技术探查断层投影的方法，具体包括以下步骤：
30、步骤1，计算治理区煤层底板等高线与断层点处高程坐标之差h；
31、步骤2，根据下式(2)计算断层点平面投影距离l，
32、
33、步骤3，根据步骤2计算出各断层点平面投影距离，最终将断层位置投影到目标煤层。
34、本专利技术的有益效果是：
35、1.本专利技术通过地面定向钻探技术精准控制钻孔轨迹，直达目标断层区域，减少了勘探误差，从而能精确确定断层位置，再根据断层位置确定断层产状。本专利技术通过超前探明断层特征，为煤炭开采方案制定提供了可靠依据，有助于提升资源回收率，降低开采成本。
36、2.本专利技术在探测断层产状和投影时，工作人员在地面作业，避免了工作人员进入复杂危险地下环境，从而降低了开采事故风险，保障了工作人员安全。
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1.基于地面定向钻探技术探查断层产状的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于地面定向钻探技术探查断层产状的方法，其特征在于，所述初选治理层位的平均自然伽玛值与相邻地层段的平均自然伽玛值差值≥50API。
3.根据权利要求1所述的基于地面定向钻探技术探查断层产状的方法，其特征在于，所述主孔包括一开垂直段与二开造斜段，一开垂直段为孔口垂直向下至基岩顶部，二开造斜段为基岩顶部造斜至探查治理层位。
4.根据权利要求1所述的基于地面定向钻探技术探查断层产状的方法，其特征在于，所述录井数据包括返排岩屑岩性、地层厚度、随钻伽玛、钻井液消耗量。
5.根据权利要求4所述的基于地面定向钻探技术探查断层产状的方法，其特征在于，所述钻遇断层点的判定方式为，该地层处出现返排岩屑不连续、随钻伽玛值变化以及钻井液消耗量增大的情况。
6.根据权利要求1所述的基于地面定向钻探技术探查断层产状的方法，其特征在于，所述水平分支孔的钻孔方式为先钻出一个水平分支孔，当该水平分支孔钻遇断层后，再在其邻近位置钻出其它水平分支孔，相邻水平分支孔
7.根据权利要求1所述的基于地面定向钻探技术探查断层产状的方法，其特征在于，所述步骤5具体如下：
8.基于地面定向钻探技术探查断层投影的方法，其特征在于，使用权利要求1-7任一所述基于地面定向钻探技术探查断层产状的方法，具体包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.基于地面定向钻探技术探查断层产状的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于地面定向钻探技术探查断层产状的方法，其特征在于，所述初选治理层位的平均自然伽玛值与相邻地层段的平均自然伽玛值差值≥50api。
3.根据权利要求1所述的基于地面定向钻探技术探查断层产状的方法，其特征在于，所述主孔包括一开垂直段与二开造斜段，一开垂直段为孔口垂直向下至基岩顶部，二开造斜段为基岩顶部造斜至探查治理层位。
4.根据权利要求1所述的基于地面定向钻探技术探查断层产状的方法，其特征在于，所述录井数据包括返排岩屑岩性、地层厚度、随钻伽玛、钻井液消耗量。
5.根据权利要求4所述的基于地面...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘凯祥，毛怀勇，丁湘，王利新，李哲，蒲治国，苑树斌，王正，张建民，张坤，史海峰，武荣，李平，史永良，闫鑫，庞龙，贺晓浪，纪卓辰，黄海鱼，谢朋，刘溪，范琪，段东伟，李兆扬，张齐，秦伟，岳扬凡，樊江伟，
申请(专利权)人：中煤能源研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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