一種礦山井下鉆孔測(cè)井分析儀與方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種礦山井下鉆孔測(cè)井分析儀與方法，該分析儀包括探頭、推桿、連接電纜和控制箱；其中，控制箱包括箱體和箱體內(nèi)設(shè)置的顯示單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、控制電路單元、電源單元以及深度計(jì)量模塊；探頭包括金屬外殼及設(shè)置于金屬外殼內(nèi)依次相連的傳輸與控制單元、孔斜測(cè)量單元、自然伽瑪單元和攝像單元和/或供電單元；該方法可以進(jìn)行如下分析與計(jì)算：(1)鉆孔指定剖面軌跡計(jì)算；(2)鉆孔平面軌跡計(jì)算；(3)巖層巖性分層；(4)鉆孔結(jié)構(gòu)與富水性分析。本發(fā)明對(duì)井下各類鉆孔進(jìn)行探測(cè)包括分層巖性、巖層軟硬程度、巖石孔隙、裂隙、出水點(diǎn)、頂板離層情況，計(jì)算出巖層真厚度、鉆孔剖面軌跡、鉆孔平面軌跡，進(jìn)而可以繪制鉆孔預(yù)測(cè)地質(zhì)剖面圖。
【專利說明】一種礦山井下鉆孔測(cè)井分析儀與方法 【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001] 本發(fā)明屬于鉆孔探測(cè)測(cè)井【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種礦山井下鉆孔測(cè)井分析儀與方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 目前，在地質(zhì)勘探中對(duì)鉆孔進(jìn)行地層巖性探測(cè)常規(guī)做法主要是利用物探測(cè)井手 段，并已經(jīng)成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。常利用多種測(cè)井手段（如自然伽瑪、自然電位、密度、視電阻率、 雙收時(shí)差、井徑等）探測(cè)，通常規(guī)定必須四種以上參數(shù)才能準(zhǔn)確判斷地層巖性。然而，對(duì)礦 山井下環(huán)境鉆孔（如錨索孔一般直徑只有28mm、31mm)進(jìn)行巖性探測(cè)而言，由于當(dāng)前技術(shù)條 件限制，絕大多數(shù)測(cè)井儀器設(shè)計(jì)尺寸不能設(shè)計(jì)到足夠小（便于攜帶、在狹小環(huán)境使用），功 耗也不能降至足夠低。上述多種參數(shù)綜合測(cè)井確定巖性的探測(cè)方法就不能實(shí)現(xiàn)。
[0003] 視頻攝像技術(shù)在鉆孔探測(cè)方面是一種新型技術(shù)，具有可視化、直觀特點(diǎn)，能夠查明 鉆孔中巖層的裂隙發(fā)育程度、含水層富水性等。隨著攝像分辨率提高和攝像設(shè)備的微型化， 視頻攝像技術(shù)的已經(jīng)能夠在小口徑孔中使用。但在巖層巖性識(shí)別方面有明顯不足之處：（1) 受人眼識(shí)別能力與鉆孔施工質(zhì)量影響大（井壁光滑度、巖層軟硬等），僅憑照片或視頻不能 很好地區(qū)分相近巖性，如粉砂巖、泥巖。（2)受拍攝條件限制（比如拍攝角度、光線、鉆孔介 質(zhì)、鉆孔存有混水），視頻或照片的判讀差異會(huì)很大。由于受上述限制，只根據(jù)視頻攝像技術(shù) 對(duì)井下徑鉆孔進(jìn)行巖性識(shí)別與分層是不可靠的。
[0004] 井下鉆孔常常會(huì)發(fā)生顯著的孔斜現(xiàn)象，無論是在平面上還是在剖面上，鉆孔軌跡 與設(shè)計(jì)都會(huì)有偏差，尤其在設(shè)計(jì)傾角比較小的情況下會(huì)十分明顯，這樣會(huì)導(dǎo)致鉆孔設(shè)計(jì)達(dá) 不到目的，孔斜嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致地質(zhì)現(xiàn)象無法解釋。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種礦山井下鉆孔測(cè)井分析儀與方法，其通過采 集包括視頻數(shù)據(jù)在內(nèi)的多種數(shù)據(jù)，為綜合判斷地層巖性提供依據(jù)。
[0006] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種礦山井下鉆孔測(cè)井分析僅，包括探頭、推桿、連接電纜和控制箱；其中，控制箱 包括箱體和箱體內(nèi)設(shè)置的顯示單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、控制電路單元、電源單元以及深度計(jì)量 模塊；控制電路單元具有探頭傳輸來數(shù)據(jù)的輸入接口，并具有對(duì)探頭、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、電源 單元和深度計(jì)量模塊的控制件；顯示單元與控制電路單元相連，用于顯示鉆孔深度數(shù)據(jù)、視 頻數(shù)據(jù)、自然伽瑪數(shù)據(jù)和孔斜測(cè)量數(shù)據(jù)；電源單元與控制電路單元相連，用于為控制箱和/ 或探頭提供所需的電能；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元與控制電路單元相連，用于對(duì)視頻數(shù)據(jù)、深度數(shù)據(jù)、 自然伽瑪數(shù)據(jù)、孔斜測(cè)量數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理與存儲(chǔ)，并設(shè)有數(shù)據(jù)導(dǎo)出接口；深度計(jì)量模塊與 控制電路單元相連，其采用光電編碼器為核心部件，通過計(jì)量連接線纜的延伸長(zhǎng)度獲取鉆 孔探測(cè)深度數(shù)據(jù)；
[0008] 探頭包括金屬外殼及設(shè)置于金屬外殼內(nèi)依次相連的傳輸與控制單元、孔斜測(cè)量單 元、自然伽瑪單元和攝像單元；自然伽瑪單元、孔斜測(cè)量單元分別將其所采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至 傳輸與控制單元進(jìn)行調(diào)理，調(diào)理后的數(shù)據(jù)由傳輸與控制單元進(jìn)行存儲(chǔ)或發(fā)送至控制箱中的 控制電路單元進(jìn)行存儲(chǔ)和/或顯示；攝像單元采集的影像數(shù)據(jù)通過連接電纜發(fā)送至控制箱 中的控制電路單元或傳送至傳輸與控制單元處理后再傳輸給控制箱中的控制電路單元；傳 輸與控制單元上還設(shè)有對(duì)攝像單元、自然伽瑪單元和孔斜測(cè)量單元進(jìn)行操作的控制件；攝 像單元包括設(shè)置于探頭頂部的微型攝像頭，微型攝像頭周邊設(shè)置有LED光源；攝像單元采 用連續(xù)的幀數(shù)據(jù)采集模式，將其采集的視頻數(shù)據(jù)，經(jīng)傳輸電纜發(fā)送給控制箱的控制電路單 元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再傳輸給顯示單元進(jìn)行顯示和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元進(jìn)行存儲(chǔ)；
[0009] 推桿為長(zhǎng)度可調(diào)推桿，其伸出端與探頭連接，用于推送探頭至鉆孔中、從鉆孔中拉 出探頭；
[0010] 連接電纜采用多芯電纜，用于探頭與控制箱之間的通訊和/或供電。
[0011] 本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于，控制箱還包括用于收放連接電纜的繞線輪，其設(shè)置于控 制箱內(nèi)部或控制箱外部。
[0012] 本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于，探頭還包括供電單元，其為傳輸與控制單元、孔斜測(cè)量單 元、自然伽瑪單元和攝像單元供電或其中的部分供電。
[0013] 本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于，還包括設(shè)置于探頭外側(cè)的扶正器，其采用弧形金屬彈片 或金屬支架加滾輪結(jié)構(gòu)，扶正器在鉆孔探測(cè)中用于保持探頭處于鉆孔斷面的中央位置，并 且根據(jù)測(cè)量鉆孔的孔徑能夠拆卸、更換，金屬彈片或金屬支架加滾輪至少有三個(gè)，在斷面上 呈均勻布置，以保持儀器在探測(cè)過程中的平衡。
[0014] 本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于，推桿采用金屬材質(zhì)制成。
[0015] 本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于，探頭內(nèi)的自然伽瑪單元，包括依次連接的閃爍晶體、光電 倍增管、升壓模塊及數(shù)據(jù)調(diào)理電路；自然伽瑪單元與傳輸與控制單元相連接，用于對(duì)巖層天 然放射性元素的輻射計(jì)數(shù)和自然伽瑪能譜數(shù)據(jù)的采集，并將其所采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至傳輸與 控制單元。
[0016] 本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于，孔斜測(cè)量單元包括磁傳感器、加速度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器 及數(shù)據(jù)調(diào)理電路，用于測(cè)量鉆孔的方位角、傾斜角，并將其采集的鉆孔的方位角和傾斜角數(shù) 據(jù)發(fā)送至傳輸與控制單元。
[0017] 本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于，控制箱內(nèi)的顯示單元包括液晶顯示屏和/或數(shù)碼管以及 顯示驅(qū)動(dòng)電路；液晶顯示屏用于顯示視頻數(shù)據(jù)、鉆孔深度、孔斜方位、傾斜數(shù)據(jù)，數(shù)碼管用于 顯示深度數(shù)據(jù)。
[0018] 本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于，控制箱還包括與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元相連接的數(shù)據(jù)處理分析模 塊，通過數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元對(duì)視頻數(shù)據(jù)、自然伽瑪、鉆孔方位角、傾斜角數(shù)據(jù)的下載，并進(jìn)行數(shù)據(jù) 的分析與處理。
[0019] 一種礦山井下鉆孔測(cè)井分析方法，包括以下步驟：
[0020] 1)原始數(shù)據(jù)采集：將探頭與控制箱通過連接電纜連接，用推桿推送探頭，至鉆孔 孔口處，啟動(dòng)儀器開始工作，按照均勻的速度將探頭送入鉆孔中，完成從孔口到孔底全部鉆 孔深度的視頻、自然伽瑪和/或自然伽瑪能譜、孔斜數(shù)據(jù)及深度數(shù)據(jù)按照時(shí)間的同步采集， 其中，視頻數(shù)據(jù)采用按幀采集方式，自然伽瑪和/或自然伽瑪能譜、孔斜測(cè)量數(shù)據(jù)、深度數(shù) 據(jù)采集方式為單位時(shí)間內(nèi)均勻采集若干次的離散型數(shù)據(jù)采集方式；
[0021] 2)數(shù)據(jù)初步處理：對(duì)步驟1)采集的視頻、自然伽瑪和/或自然伽瑪能譜、孔斜、深 度數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)處理分析模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)收集與處理，再利用深度數(shù)據(jù)對(duì)步驟1)采集的鉆 孔視頻、自然伽瑪和/或自然伽瑪能譜、孔斜測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行深度、時(shí)間同步，即利用深度數(shù) 據(jù)的離散值，按照單位時(shí)間采集的點(diǎn)數(shù)，計(jì)算出每個(gè)深度點(diǎn)的采集從開始采集數(shù)據(jù)至結(jié)束 對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)，將該深度數(shù)據(jù)的時(shí)間點(diǎn)與視頻、自然伽瑪和/或自然伽瑪能譜、孔斜測(cè)量數(shù) 據(jù)相同時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行對(duì)應(yīng)，即獲得視頻、自然伽瑪、孔斜數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的深度值，此過程稱之為深 度刻度；
[0022] 3)根據(jù)深度刻度后的鉆孔孔斜測(cè)量數(shù)據(jù)、鉆孔視頻與鉆孔深度數(shù)據(jù)，進(jìn)行如下分 析與計(jì)算：
[0023] (1)鉆孔指定剖面軌跡計(jì)算：①針對(duì)兩個(gè)相鄰深度點(diǎn)的數(shù)據(jù)離散值，按照對(duì)應(yīng)同 深度的方位角、傾斜角計(jì)算出各離散點(diǎn)的空間坐標(biāo)；②按照每相鄰兩個(gè)深度數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的離 散點(diǎn)的連線為一個(gè)線段，按照該線段與指定剖面方向的空間幾何關(guān)系，計(jì)算出該線段投影 到指定剖面的長(zhǎng)度與在剖面上的位置；③對(duì)整個(gè)鉆孔深度范圍內(nèi)的相鄰離散點(diǎn)深度線段分 別計(jì)算出投影到剖面的長(zhǎng)度與指定剖面上的位置，將各段投影后的線段相連接即可得到整 個(gè)鉆孔指定剖面軌跡曲線；
[0024] (2)鉆孔平面軌跡計(jì)算：①針對(duì)兩個(gè)相鄰深度點(diǎn)的數(shù)據(jù)離散值，按照對(duì)應(yīng)同深度 的方位角、傾斜角計(jì)算出各離散點(diǎn)的空間坐標(biāo)；②按照每相鄰兩個(gè)深度數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的離散點(diǎn) 的連線為一個(gè)線段，按照線段與水平面的空間幾何關(guān)系，計(jì)算出線段投影到水平面的長(zhǎng)度 與在水平面上的位置；③對(duì)整個(gè)鉆孔深度范圍內(nèi)的相鄰離散點(diǎn)深度線段分別計(jì)算出投影到 水平面的長(zhǎng)度與水平面上的位置，將各段投影后的線段相連接即可得到整個(gè)鉆孔平面軌跡 曲線；
[0025] (3)巖層巖性分層：①將深度刻度后自然伽瑪統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和/或自然伽瑪能譜數(shù) 據(jù)，按深度繪制測(cè)井曲線；②利用測(cè)井曲線，和/或結(jié)合鉆孔視頻數(shù)據(jù)按照兩者同一采集深 度進(jìn)行視頻、測(cè)井曲線的數(shù)據(jù)研判，進(jìn)行巖性判別；如果根據(jù)測(cè)井曲線或者視頻，能夠判斷 出巖性，其中，自然伽瑪為高異常的地層為泥巖；如果視頻中巖層為黑色且有金屬光澤，則 為煤層，此種情況下直接劃分出地層分層巖性，并確定出其分層對(duì)應(yīng)于深度的分層點(diǎn)的位 置；
[0026] 如果單一的曲線或視頻不能直接判斷巖性，此時(shí)采用視頻與自然伽瑪在同一深度 處的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合判斷，其中，在相同深度的自然伽瑪為低異常處的視頻中如果巖層為黑 色、且有金屬光澤，此時(shí)判斷出巖性為煤層；如果視頻中的顏色為淺灰色、灰色、層理發(fā)育且 具有顆粒感，則判斷該層巖性為砂巖；如果顏色為灰色、孔壁細(xì)膩光滑、無明顯顆粒感，則判 斷該層巖性為灰?guī)r；至于其他的砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖等過渡粒度的巖性，同樣結(jié)合視 頻、測(cè)井曲線的相對(duì)異常值的高低，進(jìn)行判斷；上述過程能夠劃分出全部鉆孔深度的巖性， 并確定出其分層對(duì)應(yīng)于深度的分層點(diǎn)的位置，從而能夠按照深度繪制出巖性柱狀圖；
[0027] 在上述基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行巖層分層真厚度計(jì)算：根據(jù)步驟（3)確定的分層位置， ①針對(duì)每一個(gè)分層對(duì)應(yīng)深度范圍的數(shù)據(jù)離散值，按照對(duì)應(yīng)同深度的方位角、傾斜角計(jì)算出 各離散點(diǎn)的空間坐標(biāo)；②按照每相鄰兩個(gè)深度數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的離散點(diǎn)的連線為一個(gè)線段，結(jié)合 用戶給出的巖層產(chǎn)狀數(shù)據(jù)，按照線段與巖層的空間幾何關(guān)系，計(jì)算出線段穿越的巖層真厚 度，其中，巖層產(chǎn)狀包括走向、傾向和傾角；③對(duì)巖層分層中相鄰線段對(duì)應(yīng)計(jì)算出的真厚度 進(jìn)行求和，即近似得出該巖層分層的真厚度；
[0028] 按照計(jì)算出的巖層分層真厚度和巖性判斷，能夠繪制出鉆孔柱狀圖；
[0029] 在計(jì)算鉆孔剖面軌跡、平面軌跡、鉆孔真厚度計(jì)算時(shí)均要考慮磁偏角的影響，磁偏 角的影響在步驟1)中直接去除，或者在步驟2)或步驟3)中的計(jì)算時(shí)去除，即將磁方位角 直接減去當(dāng)?shù)氐拇牌堑玫降乩矸轿唤牵?br> [0030] (4)鉆孔結(jié)構(gòu)與富水性分析：通過視頻數(shù)據(jù)查看鉆孔孔壁巖層的裂隙、孔隙的發(fā) 育程度，如果有出水點(diǎn)能夠觀察到出水點(diǎn)的特征、出水量的情況，以此作為分析成果。
[0031] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：
[0032] 本發(fā)明提供的礦山井下鉆孔測(cè)井分析儀與方法，使用電子視頻攝像技術(shù)進(jìn)行孔壁 視頻錄像，同時(shí)采集鉆孔的孔斜數(shù)據(jù)，包括鉆孔的孔段的方位角、傾斜角，并進(jìn)一步采用自 然伽瑪物探測(cè)井技術(shù)采集巖層自然核放射特性，進(jìn)而利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合判斷實(shí)現(xiàn)對(duì)礦 山井下鉆孔巖性識(shí)別與巖層厚度的定量劃分、裂隙發(fā)育程度、含水層富水性，為井巷工程及 其它相關(guān)鉆孔進(jìn)行地層巖性探測(cè)的應(yīng)用提供技術(shù)手段。
[0033] 本發(fā)明提供的礦山井下鉆孔測(cè)井分析儀與方法，一方面本發(fā)明可以同步獲取鉆孔 視頻、鉆孔方位角、傾斜角及地層的自然伽瑪統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和/或自然伽瑪能譜數(shù)據(jù)；另一方面 單就本發(fā)明對(duì)礦山井下鉆孔探測(cè)巖性與分層厚度，主要是針對(duì)常見的沉積巖地層而言，能 夠區(qū)分沉積地層的主要巖性如粗砂巖、中砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖、鋁土泥巖、 碳質(zhì)泥巖、煤層、灰?guī)r、火成巖等巖性及其分層厚度。如果能配合一個(gè)臨近區(qū)域的地質(zhì)勘查 鉆孔或已揭露的地層資料作為巖性識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)參考，將可以區(qū)分更多的巖層巖性，效果也 將更準(zhǔn)確。
[0034] 本發(fā)明提供的礦山井下鉆孔測(cè)井分析儀與方法，其所涉及的微型攝像、自然伽瑪、 孔斜測(cè)量元器件，已經(jīng)能夠滿足礦山井下小尺寸、低功耗的需要。 【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0035] 圖1為本發(fā)明礦山井下鉆孔測(cè)井分析儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036] 圖2為本發(fā)明礦山井下測(cè)井分析方法的具體實(shí)施步驟示意圖。
[0037] 其中：1為攝像單元，2為自然伽瑪單元，3為孔斜測(cè)量單元，4為傳輸與控制單元， 5為供電單元,6為連接電纜,7為推桿,8為扶正器。 【【具體實(shí)施方式】】
[0038] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0039] 參見圖1，一種礦山井下鉆孔測(cè)井分析儀，包括探頭、推桿7、連接電纜6和控制箱。
[0040] 其中，探頭包括金屬外殼及設(shè)置于金屬外殼內(nèi)依次相連的傳輸與控制單兀4、孔斜 測(cè)量單元3、自然伽瑪單元2和攝像單元1 ;自然伽瑪單元2、孔斜測(cè)量單元3分別將其所采 集的數(shù)據(jù)發(fā)送至傳輸與控制單元4進(jìn)行調(diào)理，調(diào)理后的數(shù)據(jù)由傳輸與控制單元4進(jìn)行存儲(chǔ) 或發(fā)送至控制箱中的控制電路單元進(jìn)行存儲(chǔ)和/或顯示；攝像單元1采集的影像數(shù)據(jù)通過 連接電纜6發(fā)送至控制箱中的控制電路單元或傳送至傳輸與控制單元4處理后再傳輸給控 制箱中的控制電路單元；傳輸與控制單元4上還設(shè)有對(duì)攝像單元1、自然伽瑪單元2和孔斜 測(cè)量單元3進(jìn)行操作的控制件；攝像單元1包括設(shè)置于探頭頂部的微型攝像頭，微型攝像頭 周邊設(shè)置有LED光源；攝像單元采用連續(xù)的幀數(shù)據(jù)采集模式，將其采集的視頻數(shù)據(jù)，經(jīng)傳輸 電纜發(fā)送給控制箱的控制電路單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再傳輸給顯示單元進(jìn)行顯示和數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 單元進(jìn)行存儲(chǔ)。進(jìn)一步地，探頭還包括供電單元5,其為傳輸與控制單元4、孔斜測(cè)量單元3、 自然伽瑪單元2和攝像單元1供電或其中的部分供電。
[0041] 其中，探頭內(nèi)的自然伽瑪單元2,包括依次連接的閃爍晶體、光電倍增管、升壓模塊 及數(shù)據(jù)調(diào)理電路；自然伽瑪單元2與傳輸與控制單元4相連接，用于對(duì)巖層天然放射性元素 的輻射計(jì)數(shù)和自然伽瑪能譜數(shù)據(jù)的采集，并將其所采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至傳輸與控制單元4?？?斜測(cè)量單元3包括磁傳感器、加速度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器及數(shù)據(jù)調(diào)理電路，用于測(cè)量鉆孔的 方位角、傾斜角，并將其采集的鉆孔的方位角和傾斜角數(shù)據(jù)發(fā)送至傳輸與控制單元4。
[0042] 推桿7采用金屬材質(zhì)制成，如不銹鋼薄壁管，推桿7為長(zhǎng)度可調(diào)推桿，其伸出端與 探頭連接，用于推送探頭至鉆孔中、從鉆孔中拉出探頭。
[0043] 控制箱包括箱體和箱體內(nèi)設(shè)置的顯示單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、控制電路單元、電源單 元以及深度計(jì)量模塊；控制電路單元具有探頭傳輸來數(shù)據(jù)的輸入接口，并具有對(duì)探頭、數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)單元、電源單元和深度計(jì)量模塊的控制件；顯示單元與控制電路單元相連，用于顯示鉆 孔深度數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、自然伽瑪數(shù)據(jù)和孔斜測(cè)量數(shù)據(jù)；電源單元與控制電路單元相連，用 于為控制箱和探頭提供提供所需的電能；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元與控制電路單元相連，用于對(duì)視頻 數(shù)據(jù)、深度數(shù)據(jù)、自然伽瑪數(shù)據(jù)、孔斜測(cè)量數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理與存儲(chǔ)，并設(shè)有數(shù)據(jù)導(dǎo)出接口； 深度計(jì)量模塊包括滾輪、光電編碼器和電纜，電纜通過滾輪做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)帶動(dòng)滾輪做相 應(yīng)的旋轉(zhuǎn)，滾輪鏈接的同軸光電編碼器測(cè)量出滾輪的轉(zhuǎn)速，通過滾輪的半徑和轉(zhuǎn)速計(jì)算出 電纜的相對(duì)位移即深度，深度計(jì)量模塊與控制電路單元相連，其采用光電編碼器為核心部 件，通過計(jì)量連接線纜的延伸長(zhǎng)度獲取鉆孔探測(cè)深度數(shù)據(jù)。
[0044] 其中，控制箱內(nèi)的顯示單元包括液晶顯示屏、數(shù)碼管以及顯示驅(qū)動(dòng)電路；液晶顯示 屏用于顯示視頻數(shù)據(jù)、鉆孔深度、孔斜方位、傾斜數(shù)據(jù)，數(shù)碼管用于顯示深度數(shù)據(jù)?？刂葡溥€ 包括與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元相連接的數(shù)據(jù)處理分析模塊，通過數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元對(duì)視頻數(shù)據(jù)、自然伽 瑪、鉆孔方位角、傾斜角數(shù)據(jù)的下載，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析與處理。
[0045] 連接電纜6采用多芯電纜用于探頭與控制箱之間的通訊和供電，用繞線輪進(jìn)行收 放，繞線輪可置于控制箱內(nèi)部或位于控制箱外部。
[0046] 進(jìn)一步地，該分析儀還包括設(shè)置于探頭外側(cè)的扶正器8,其采用弧形金屬彈片或金 屬支架加滾輪結(jié)構(gòu)，扶正器8在鉆孔探測(cè)中用于保持探頭處于鉆孔斷面的中央位置，并且 根據(jù)測(cè)量鉆孔的孔徑能夠拆卸、更換，金屬彈片或金屬支架加滾輪至少有三個(gè)，在斷面上呈 均勻布置，以保持儀器在探測(cè)過程中的平衡。
[0047] 就當(dāng)前技術(shù)條件而言，本發(fā)明涉及的微型攝像、自然伽瑪、孔斜測(cè)量元器件，已經(jīng) 能夠滿足礦山井下小尺寸、低功耗的需要。為了對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步了解，現(xiàn)對(duì)其工作原理做如 下說明：
[0048] 首先，利用鉆孔孔斜測(cè)量技術(shù)、自然伽瑪測(cè)井技術(shù)對(duì)鉆孔所揭露巖層的大多數(shù)層 位進(jìn)行巖性確定，同時(shí)定量確定分層厚度。鉆孔孔斜測(cè)量獲取鉆孔真實(shí)的方位角、傾斜角， 進(jìn)而結(jié)合巖層的產(chǎn)狀（地層走向、傾向、傾角）進(jìn)行計(jì)算能夠?qū)ι鲜鲎匀毁が斍€確定的巖 層厚度進(jìn)行校正，得到真正的巖層厚度。
[0049]自然伽瑪在地質(zhì)勘探中是一種重要的測(cè)井方法，屬于放射性測(cè)井方法之一。放射 性測(cè)井是唯一能夠確定巖石及其孔隙流體化學(xué)元素含量的測(cè)井方法。它根據(jù)巖石及其孔隙 流體和井內(nèi)介質(zhì)的核物理性質(zhì)，來確定巖石類型，研究鉆井地質(zhì)剖面。自然伽瑪既可在裸眼 井又可在套管井內(nèi)進(jìn)行測(cè)量；測(cè)量結(jié)果不受井內(nèi)介質(zhì)的限制。對(duì)于沉積巖尤其是煤系地層 來講，自然伽瑪可以很好地用于區(qū)分巖性、地層分層厚度的定量劃分。
[0050] 定量計(jì)算巖層厚度的理論依據(jù)是自然伽瑪曲線具有如下特性：1.上下圍巖的放 射性含量相同時(shí)，曲線關(guān)于地層重點(diǎn)對(duì)稱；2.高放射性地層，對(duì)著地層中心曲線有一極大 值，并隨地層厚度的增加而增大。厚度大于三倍的井徑時(shí)，極大值為常數(shù)，此時(shí)只與巖石的 自然放射性強(qiáng)度成正比，且由曲線的半幅點(diǎn)確定的地層厚度為地層厚度。
[0051] 其次，結(jié)合電子攝像技術(shù)，確定自然伽瑪不能區(qū)分的其余巖層巖性，并且二者相互 配合來彌補(bǔ)單一參數(shù)測(cè)井技術(shù)的不足。如前所述，依靠單一自然伽瑪測(cè)井參數(shù)尚且不能區(qū) 分一些物性相近的巖層巖性（但可以準(zhǔn)確分層、確定層厚），這些巖層主要是砂巖、煤層、石 灰?guī)r它們?cè)谇€特征上都具有低自然伽瑪特征，憑借自然伽瑪三者不能區(qū)分，需要配合其 他手段進(jìn)一步確定。本發(fā)明利用電子攝像技術(shù)與自然伽瑪測(cè)井配合，可以區(qū)分三者之間的 物性差別，從而分辨巖性。
[0052] 利用視頻攝像技術(shù)與自然伽瑪探測(cè)技術(shù)相結(jié)合的方式可以基本解決井下鉆孔探 測(cè)問題。它是在利用自然伽瑪、鉆孔孔斜數(shù)據(jù)來定量劃分巖層厚度、區(qū)分主要巖性（砂巖 類、泥巖類）結(jié)合視頻攝像技術(shù)的可視化、直觀性來共同實(shí)現(xiàn)巖層巖性的定量識(shí)別。
[0053] 圖1礦山井下鉆孔測(cè)井分析儀還包括有與存儲(chǔ)控制模塊相連接的數(shù)據(jù)處理模塊， 通過數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元對(duì)視頻數(shù)據(jù)、自然伽瑪、鉆孔方位角、傾斜角數(shù)據(jù)下載，并進(jìn)行處理。
[0054] 具體的，數(shù)據(jù)采集模塊：集成電子攝像單元1、自然伽瑪單元2、孔斜測(cè)量單元3、傳 輸與控制單元4、電源單元（可選，可以與存儲(chǔ)控制模塊共用電源），將其放置在一個(gè)直徑足 以進(jìn)入礦山井下鉆孔的金屬外殼探頭（探測(cè)錨索孔的探頭直徑一般小于26mm)中，用于用 于對(duì)鉆孔井壁視頻、孔斜數(shù)據(jù)及地層自然伽瑪數(shù)據(jù)的采集。此模塊進(jìn)一步說明如下：
[0055] 1)探頭直徑一般要小于鉆孔直徑3mm以上，以便可以順利進(jìn)出；
[0056] 2)攝像單元1視頻可以全方位觀測(cè)井壁巖性情況，反映"井徑"變化。采集數(shù)據(jù)可 以集中存儲(chǔ)到一個(gè)存儲(chǔ)器或分別存儲(chǔ)。如果采用"直讀式"或復(fù)合設(shè)計(jì)，在探頭中可以只安 裝攝像頭，攝像與顯示控制電路可以放置到存儲(chǔ)控制模塊中。
[0057] 3)自然伽瑪單元2用于采集地層自然伽瑪放射性數(shù)據(jù)。與傳輸與控制單元4相連 接，采集數(shù)據(jù)可以單獨(dú)存儲(chǔ)也可與上述視頻數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)。
[0058] 4)孔斜測(cè)量單元3用于連續(xù)或分段采集鉆孔的方位角、傾斜角，采用磁阻傳感器、 加速度傳感器或者二者的集成傳感器為核心器件。
[0059] 5)傳輸與控制單元4讀取攝像單元1的影像數(shù)據(jù)、自然伽瑪單元2調(diào)理數(shù)據(jù)及孔 斜測(cè)量單元3所測(cè)量到的方位角與傾角調(diào)理數(shù)據(jù)，獲得視頻、自然伽瑪數(shù)據(jù)、方位角、仰俯 角和側(cè)滾角，并發(fā)送至深度計(jì)量與存儲(chǔ)控制單元，在需要時(shí)保存；用于對(duì)整個(gè)探頭操作的電 路控制，如總電源開關(guān)、數(shù)據(jù)采集、調(diào)理、傳輸?shù)取?br> [0060] 6)電源模塊負(fù)責(zé)給探頭部分的電路供電，電源也可與存儲(chǔ)控制模塊中共享，通過 連接線纜為探頭供電。
[0061] 深度計(jì)量單元，采用光電編碼器，連續(xù)計(jì)量線纜長(zhǎng)度，獲取鉆孔探測(cè)深度數(shù)據(jù)；顯 示單元與控制電路單元相連，包括液晶顯示屏、數(shù)碼管（可選）、顯示驅(qū)動(dòng)電路，用于顯示數(shù) 據(jù)采集模塊攝像單元1的視頻數(shù)據(jù)，還可以同時(shí)顯示鉆孔深度、孔斜方位、傾斜數(shù)據(jù)，數(shù)碼 管用于顯示深度數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元用于存儲(chǔ)視頻、自然伽瑪、方位角、傾斜角的數(shù)據(jù)；控 制電路單元，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)開啟、工作、停止、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的控制；所述電源單元用于對(duì)所述存 儲(chǔ)控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊的供電。
[0062] 數(shù)據(jù)處理分析模塊：通過數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元對(duì)視頻數(shù)據(jù)、自然伽瑪、鉆孔方位角、傾斜 角數(shù)據(jù)的下載，比如USB接口，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析與處理，該模塊可以在PC機(jī)上進(jìn)行。具體 來說，數(shù)據(jù)處理分析模塊用于對(duì)視頻、數(shù)字照片、自然伽瑪原始數(shù)據(jù)的收集、孔斜測(cè)量數(shù)據(jù) 的收集并與深度數(shù)據(jù)同步，計(jì)算砂泥比，在此基礎(chǔ)上根據(jù)完成巖層巖性識(shí)別與厚度定量劃 分，輸出鉆孔巖性柱狀圖、孔斜剖面圖、孔斜平面圖等功能。
[0063] 所述數(shù)據(jù)采集模塊與存儲(chǔ)控制模塊間采用傳輸線纜連接、探頭設(shè)有用于人工推送 數(shù)據(jù)采集模塊的金屬推送桿。推送桿直徑一般不超過20mm，每節(jié)長(zhǎng)度以100mm為適宜，采用 兩端采用絲扣或其他方式相連。
[0064] 如圖2所示，本發(fā)明一種礦山井下鉆孔測(cè)井分析方法析，包括以下步驟：
[0065] 1)井下現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集：將探頭與控制箱通過連接電纜6連接，用推桿7推送探頭， 至鉆孔孔口處，啟動(dòng)儀器開始工作，按照均勻的速度將探頭送入鉆孔中，完成從孔口到孔底 全部鉆孔深度的視頻、自然伽瑪和/或自然伽瑪能譜、孔斜數(shù)據(jù)及深度數(shù)據(jù)按照時(shí)間的同 步采集，其中，視頻數(shù)據(jù)采用按幀采集方式，自然伽瑪和/或自然伽瑪能譜、孔斜測(cè)量數(shù)據(jù)、 深度數(shù)據(jù)采集方式為單位時(shí)間內(nèi)均勻采集若干次的離散型數(shù)據(jù)采集方式。
[0066] 2)數(shù)據(jù)初步處理：對(duì)步驟1)采集的視頻、自然伽瑪和/或自然伽瑪能譜、孔斜、深 度數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)處理分析模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)收集與處理，再利用深度數(shù)據(jù)對(duì)步驟1)采集的鉆 孔視頻、自然伽瑪和/或自然伽瑪能譜、孔斜測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行深度、時(shí)間同步，即利用深度數(shù) 據(jù)的離散值，按照單位時(shí)間采集的點(diǎn)數(shù)，計(jì)算出每個(gè)深度點(diǎn)的采集從開始采集數(shù)據(jù)至結(jié)束 對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)，將該深度數(shù)據(jù)的時(shí)間點(diǎn)與視頻、自然伽瑪和/或自然伽瑪能譜、孔斜測(cè)量數(shù) 據(jù)相同時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行對(duì)應(yīng)，即獲得視頻、自然伽瑪、孔斜數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的深度值，此過程稱之為深 度刻度；
[0067] 3)根據(jù)深度刻度后的鉆孔孔斜測(cè)量數(shù)據(jù)、鉆孔視頻與鉆孔深度數(shù)據(jù)，進(jìn)行如下分 析與計(jì)算：
[0068] (1)鉆孔指定剖面軌跡計(jì)算：①針對(duì)兩個(gè)相鄰深度點(diǎn)的數(shù)據(jù)離散值，按照對(duì)應(yīng)同 深度的方位角、傾斜角計(jì)算出各離散點(diǎn)的空間坐標(biāo)；②按照每相鄰兩個(gè)深度數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的離 散點(diǎn)的連線為一個(gè)線段，按照該線段與指定剖面方向的空間幾何關(guān)系，計(jì)算出該線段投影 到指定剖面的長(zhǎng)度與在剖面上的位置；③對(duì)整個(gè)鉆孔深度范圍內(nèi)的相鄰離散點(diǎn)深度線段分 別計(jì)算出投影到剖面的長(zhǎng)度與指定剖面上的位置，將各段投影后的線段相連接即可得到整 個(gè)鉆孔指定剖面軌跡曲線；
[0069] (2)鉆孔平面軌跡計(jì)算：①針對(duì)兩個(gè)相鄰深度點(diǎn)的數(shù)據(jù)離散值，按照對(duì)應(yīng)同深度 的方位角、傾斜角計(jì)算出各離散點(diǎn)的空間坐標(biāo)；②按照每相鄰兩個(gè)深度數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的離散點(diǎn) 的連線為一個(gè)線段，按照線段與水平面的空間幾何關(guān)系，計(jì)算出線段投影到水平面的長(zhǎng)度 與在水平面上的位置；③對(duì)整個(gè)鉆孔深度范圍內(nèi)的相鄰離散點(diǎn)深度線段分別計(jì)算出投影到 水平面的長(zhǎng)度與水平面上的位置，將各段投影后的線段相連接即可得到整個(gè)鉆孔平面軌跡 曲線；
[0070] (3)巖層巖性分層：①將深度刻度后自然伽瑪統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和/或自然伽瑪能譜數(shù) 據(jù)，按深度繪制測(cè)井曲線；②利用測(cè)井曲線，和/或結(jié)合鉆孔視頻數(shù)據(jù)按照兩者同一采集深 度進(jìn)行視頻、測(cè)井曲線的數(shù)據(jù)研判，進(jìn)行巖性判別；如果根據(jù)測(cè)井曲線或者視頻，能夠判斷 出巖性，其中，自然伽瑪為高異常的地層為泥巖；如果視頻中巖層為黑色且有金屬光澤，則 為煤層，此種情況下直接劃分出地層分層巖性，并確定出其分層對(duì)應(yīng)于深度的分層點(diǎn)的位 置；
[0071] 巖性識(shí)別與分層厚度計(jì)算過程如下：（1)利用自然伽瑪，劃分出地層分層并初步 判斷其巖性，對(duì)每一個(gè)分層同步播放等深度的視頻，結(jié)合曲線特征，驗(yàn)證分層巖性正確性。 (2)在確定巖性分層后正確判斷后，根據(jù)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的離散采集點(diǎn)的深度、方位角、傾斜角，計(jì) 算出這些點(diǎn)的空間坐標(biāo)，然后按照相鄰兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的線段長(zhǎng)度，根據(jù)巖層產(chǎn)狀計(jì)算出其真 厚度。（3)對(duì)上述分段計(jì)算完成的真厚度，進(jìn)行累加，計(jì)算出與巖性分層對(duì)應(yīng)的分層的真厚 度。
[0072] 如有需要將巖性柱狀輸出成圖片（位圖、jpg)保存或輸出CAD格式。根據(jù)孔斜數(shù) 據(jù)，繪制生成孔斜剖面圖、孔斜平面圖，如有需要可以輸出成圖片（位圖、jpg、PNG)保存或 輸出CAD格式。
[0073] 如果單一的曲線或視頻不能直接判斷巖性，此時(shí)采用視頻與自然伽瑪在同一深度 處的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合判斷，其中，在相同深度的自然伽瑪為低異常處的視頻中如果巖層為黑 色、且有金屬光澤，此時(shí)判斷出巖性為煤層；如果視頻中的顏色為淺灰色、灰色、層理發(fā)育且 具有顆粒感，則判斷該層巖性為砂巖；如果顏色為灰色、孔壁細(xì)膩光滑、無明顯顆粒感，則判 斷該層巖性為灰?guī)r；至于其他的砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖等過渡粒度的巖性，同樣結(jié)合視 頻、測(cè)井曲線的相對(duì)異常值的高低，進(jìn)行判斷；上述過程能夠劃分出全部鉆孔深度的巖性， 并確定出其分層對(duì)應(yīng)于深度的分層點(diǎn)的位置，從而能夠按照深度繪制出巖性柱狀圖；
[0074] 在上述基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行巖層分層真厚度計(jì)算：根據(jù)步驟（3)確定的分層位置， ①針對(duì)每一個(gè)分層對(duì)應(yīng)深度范圍的數(shù)據(jù)離散值，按照對(duì)應(yīng)同深度的方位角、傾斜角計(jì)算出 各離散點(diǎn)的空間坐標(biāo)；②按照每相鄰兩個(gè)深度數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的離散點(diǎn)的連線為一個(gè)線段，結(jié)合 用戶給出的巖層產(chǎn)狀數(shù)據(jù)，按照線段與巖層的空間幾何關(guān)系，計(jì)算出線段穿越的巖層真厚 度，其中，巖層產(chǎn)狀包括走向、傾向和傾角；③對(duì)巖層分層中相鄰線段對(duì)應(yīng)計(jì)算出的真厚度 進(jìn)行求和，即近似得出該巖層分層的真厚度；
[0075] 按照計(jì)算出的巖層分層真厚度和巖性判斷，能夠繪制出鉆孔柱狀圖；
[0076] 在計(jì)算鉆孔剖面軌跡、平面軌跡、鉆孔真厚度計(jì)算時(shí)均要考慮磁偏角的影響，磁偏 角的影響在步驟1)中直接去除，或者在步驟2)或步驟3)中的計(jì)算時(shí)去除，即將磁方位角 直接減去當(dāng)?shù)氐拇牌堑玫降乩矸轿唤牵?br> [0077] (4)鉆孔結(jié)構(gòu)與富水性分析：通過視頻數(shù)據(jù)查看鉆孔孔壁巖層的裂隙、孔隙的發(fā) 育程度，如果有出水點(diǎn)能夠觀察到出水點(diǎn)的特征、出水量的情況，以此作為分析成果。
[0078] 以上所述僅為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，不是全部或唯一的實(shí)施方式，本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員通過閱讀本發(fā)明說明書而對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明 的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1. 一種礦山井下鉆孔測(cè)井分析儀，其特征在于，包括探頭、推桿、連接電纜和控制箱； 其中， 控制箱包括箱體和箱體內(nèi)設(shè)置的顯示單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、控制電路單元、電源單元以 及深度計(jì)量模塊；控制電路單元具有探頭傳輸來數(shù)據(jù)的輸入接口，并具有對(duì)探頭、數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 單元、電源單元和深度計(jì)量模塊的控制件；顯示單元與控制電路單元相連，用于顯示鉆孔深 度數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、自然伽瑪數(shù)據(jù)和孔斜測(cè)量數(shù)據(jù)；電源單元與控制電路單元相連，用于為 控制箱和/或探頭提供所需的電能；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元與控制電路單元相連，用于對(duì)視頻數(shù)據(jù)、 深度數(shù)據(jù)、自然伽瑪數(shù)據(jù)、孔斜測(cè)量數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理與存儲(chǔ)，并設(shè)有數(shù)據(jù)導(dǎo)出接口；深度 計(jì)量模塊與控制電路單元相連，其采用光電編碼器為核心部件，通過計(jì)量連接線纜的延伸 長(zhǎng)度獲取鉆孔探測(cè)深度數(shù)據(jù)； 探頭包括金屬外殼及設(shè)置于金屬外殼內(nèi)依次相連的傳輸與控制單元、孔斜測(cè)量單元、 自然伽瑪單元和攝像單元；自然伽瑪單元、孔斜測(cè)量單元分別將其所采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至傳 輸與控制單元進(jìn)行調(diào)理，調(diào)理后的數(shù)據(jù)由傳輸與控制單元進(jìn)行存儲(chǔ)或發(fā)送至控制箱中的控 制電路單元進(jìn)行存儲(chǔ)和/或顯示；攝像單元采集的影像數(shù)據(jù)通過連接電纜發(fā)送至控制箱中 的控制電路單元或傳送至傳輸與控制單元處理后再傳輸給控制箱中的控制電路單元；傳輸 與控制單元上還設(shè)有對(duì)攝像單元、自然伽瑪單元和孔斜測(cè)量單元進(jìn)行操作的控制件；攝像 單元包括設(shè)置于探頭頂部的微型攝像頭，微型攝像頭周邊設(shè)置有LED光源；攝像單元采用 連續(xù)的幀數(shù)據(jù)采集模式，將其采集的視頻數(shù)據(jù)，經(jīng)傳輸電纜發(fā)送給控制箱的控制電路單元 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再傳輸給顯示單元進(jìn)行顯示和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元進(jìn)行存儲(chǔ)； 推桿為長(zhǎng)度可調(diào)推桿，其伸出端與探頭連接，用于推送探頭至鉆孔中、從鉆孔中拉出探 頭； 連接電纜采用多芯電纜，用于探頭與控制箱之間的通訊和/或供電。
2. 如權(quán)利要求1所述的礦山井下鉆孔測(cè)井分析儀，其特征在于，控制箱還包括用于收 放連接電纜的繞線輪，其設(shè)置于控制箱內(nèi)部或控制箱外部。
3. 如權(quán)利要求1所述的礦山井下鉆孔測(cè)井分析儀，其特征在于，探頭還包括供電單元， 其為傳輸與控制單元、孔斜測(cè)量單元、自然伽瑪單元和攝像單元供電或其中的部分供電。
4. 如權(quán)利要求1所述的礦山井下鉆孔測(cè)井分析儀，其特征在于，還包括設(shè)置于探頭外 側(cè)的扶正器，其采用弧形金屬彈片或金屬支架加滾輪結(jié)構(gòu)，扶正器在鉆孔探測(cè)中用于保持 探頭處于鉆孔斷面的中央位置，并且根據(jù)測(cè)量鉆孔的孔徑能夠拆卸、更換，金屬彈片或金屬 支架加滾輪至少有三個(gè)，在斷面上呈均勻布置，以保持儀器在探測(cè)過程中的平衡。
5. 如權(quán)利要求1所述的礦山井下鉆孔測(cè)井分析儀，其特征在于，推桿采用金屬材質(zhì)制 成。
6. 如權(quán)利要求1所述的礦山井下鉆孔測(cè)井分析儀，其特征在于，探頭內(nèi)的自然伽瑪單 元，包括依次連接的閃爍晶體、光電倍增管、升壓模塊及數(shù)據(jù)調(diào)理電路；自然伽瑪單元與傳 輸與控制單元相連接，用于對(duì)巖層天然放射性元素的輻射計(jì)數(shù)和自然伽瑪能譜數(shù)據(jù)的采 集，并將其所采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至傳輸與控制單元。
7. 如權(quán)利要求1所述的礦山井下鉆孔測(cè)井分析儀，其特征在于，孔斜測(cè)量單元包括磁 傳感器、加速度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器及數(shù)據(jù)調(diào)理電路，用于測(cè)量鉆孔的方位角、傾斜角，并將 其采集的鉆孔的方位角和傾斜角數(shù)據(jù)發(fā)送至傳輸與控制單元。
8. 如權(quán)利要求1所述的礦山井下鉆孔測(cè)井分析儀，其特征在于，控制箱內(nèi)的顯示單元 包括液晶顯示屏和/或數(shù)碼管以及顯示驅(qū)動(dòng)電路；液晶顯示屏用于顯示視頻數(shù)據(jù)、鉆孔深 度、孔斜方位、傾斜數(shù)據(jù)，數(shù)碼管用于顯示深度數(shù)據(jù)。
9. 如權(quán)利要求1所述的礦山井下鉆孔測(cè)井分析儀，其特征在于，控制箱還包括與數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)單元相連接的數(shù)據(jù)處理分析模塊，通過數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元對(duì)視頻數(shù)據(jù)、自然伽瑪、鉆孔方位 角、傾斜角數(shù)據(jù)的下載，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析與處理。
10. -種礦山井下鉆孔測(cè)井分析方法，其特征在于，該方法基于權(quán)利要求1至9中任一 項(xiàng)所述的礦山井下鉆孔測(cè)井分析儀，包括以下步驟： 1) 原始數(shù)據(jù)采集：將探頭與控制箱通過連接電纜連接，用推桿推送探頭，至鉆孔孔口 處，啟動(dòng)儀器開始工作，按照均勻的速度將探頭送入鉆孔中，完成從孔口到孔底全部鉆孔深 度的視頻、自然伽瑪和/或自然伽瑪能譜、孔斜數(shù)據(jù)及深度數(shù)據(jù)按照時(shí)間的同步采集，其 中，視頻數(shù)據(jù)采用按幀采集方式，自然伽瑪和/或自然伽瑪能譜、孔斜測(cè)量數(shù)據(jù)、深度數(shù)據(jù) 采集方式為單位時(shí)間內(nèi)均勻采集若干次的離散型數(shù)據(jù)采集方式； 2) 數(shù)據(jù)初步處理：對(duì)步驟1)采集的視頻、自然伽瑪和/或自然伽瑪能譜、孔斜、深度數(shù) 據(jù)通過數(shù)據(jù)處理分析模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)收集與處理，再利用深度數(shù)據(jù)對(duì)步驟1)采集的鉆孔視 頻、自然伽瑪和/或自然伽瑪能譜、孔斜測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行深度、時(shí)間同步，即利用深度數(shù)據(jù)的 離散值，按照單位時(shí)間采集的點(diǎn)數(shù)，計(jì)算出每個(gè)深度點(diǎn)的采集從開始采集數(shù)據(jù)至結(jié)束對(duì)應(yīng) 的時(shí)間點(diǎn)，將該深度數(shù)據(jù)的時(shí)間點(diǎn)與視頻、自然伽瑪和/或自然伽瑪能譜、孔斜測(cè)量數(shù)據(jù)相 同時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行對(duì)應(yīng)，即獲得視頻、自然伽瑪、孔斜數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的深度值，此過程稱之為深度刻 度； 3) 根據(jù)深度刻度后的鉆孔孔斜測(cè)量數(shù)據(jù)、鉆孔視頻與鉆孔深度數(shù)據(jù)，進(jìn)行如下分析與 計(jì)算： (1) 鉆孔指定剖面軌跡計(jì)算：①針對(duì)兩個(gè)相鄰深度點(diǎn)的數(shù)據(jù)離散值，按照對(duì)應(yīng)同深度 的方位角、傾斜角計(jì)算出各離散點(diǎn)的空間坐標(biāo)；②按照每相鄰兩個(gè)深度數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的離散點(diǎn) 的連線為一個(gè)線段，按照該線段與指定剖面方向的空間幾何關(guān)系，計(jì)算出該線段投影到指 定剖面的長(zhǎng)度與在剖面上的位置；③對(duì)整個(gè)鉆孔深度范圍內(nèi)的相鄰離散點(diǎn)深度線段分別計(jì) 算出投影到剖面的長(zhǎng)度與指定剖面上的位置，將各段投影后的線段相連接即可得到整個(gè)鉆 孔指定剖面軌跡曲線； (2) 鉆孔平面軌跡計(jì)算：①針對(duì)兩個(gè)相鄰深度點(diǎn)的數(shù)據(jù)離散值，按照對(duì)應(yīng)同深度的方 位角、傾斜角計(jì)算出各離散點(diǎn)的空間坐標(biāo)；②按照每相鄰兩個(gè)深度數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的離散點(diǎn)的連 線為一個(gè)線段，按照線段與水平面的空間幾何關(guān)系，計(jì)算出線段投影到水平面的長(zhǎng)度與在 水平面上的位置；③對(duì)整個(gè)鉆孔深度范圍內(nèi)的相鄰離散點(diǎn)深度線段分別計(jì)算出投影到水 平面的長(zhǎng)度與水平面上的位置，將各段投影后的線段相連接即可得到整個(gè)鉆孔平面軌跡曲 線. (3) 巖層巖性分層：①將深度刻度后自然伽瑪統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和/或自然伽瑪能譜數(shù)據(jù)，按深 度繪制測(cè)井曲線；②利用測(cè)井曲線，和/或結(jié)合鉆孔視頻數(shù)據(jù)按照兩者同一采集深度進(jìn)行 視頻、測(cè)井曲線的數(shù)據(jù)研判，進(jìn)行巖性判別；如果根據(jù)測(cè)井曲線或者視頻，能夠判斷出巖性， 其中，自然伽瑪為高異常的地層為泥巖；如果視頻中巖層為黑色且有金屬光澤，則為煤層， 此種情況下直接劃分出地層分層巖性，并確定出其分層對(duì)應(yīng)于深度的分層點(diǎn)的位置； 如果單一的曲線或視頻不能直接判斷巖性，此時(shí)采用視頻與自然伽瑪在同一深度處的 數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合判斷，其中，在相同深度的自然伽瑪為低異常處的視頻中如果巖層為黑色、且 有金屬光澤，此時(shí)判斷出巖性為煤層；如果視頻中的顏色為淺灰色、灰色、層理發(fā)育且具有 顆粒感，則判斷該層巖性為砂巖；如果顏色為灰色、孔壁細(xì)膩光滑、無明顯顆粒感，則判斷該 層巖性為灰?guī)r；至于其他的砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖等過渡粒度的巖性，同樣結(jié)合視頻、測(cè) 井曲線的相對(duì)異常值的高低，進(jìn)行判斷；上述過程能夠劃分出全部鉆孔深度的巖性，并確定 出其分層對(duì)應(yīng)于深度的分層點(diǎn)的位置，從而能夠按照深度繪制出巖性柱狀圖； 在上述基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行巖層分層真厚度計(jì)算：根據(jù)步驟（3)確定的分層位置，①針 對(duì)每一個(gè)分層對(duì)應(yīng)深度范圍的數(shù)據(jù)離散值，按照對(duì)應(yīng)同深度的方位角、傾斜角計(jì)算出各離 散點(diǎn)的空間坐標(biāo)；②按照每相鄰兩個(gè)深度數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的離散點(diǎn)的連線為一個(gè)線段，結(jié)合用戶 給出的巖層產(chǎn)狀數(shù)據(jù)，按照線段與巖層的空間幾何關(guān)系，計(jì)算出線段穿越的巖層真厚度，其 中，巖層產(chǎn)狀包括走向、傾向和傾角；③對(duì)巖層分層中相鄰線段對(duì)應(yīng)計(jì)算出的真厚度進(jìn)行求 和，即近似得出該巖層分層的真厚度； 按照計(jì)算出的巖層分層真厚度和巖性判斷，能夠繪制出鉆孔柱狀圖； 在計(jì)算鉆孔剖面軌跡、平面軌跡、鉆孔真厚度計(jì)算時(shí)均要考慮磁偏角的影響，磁偏角的 影響在步驟1)中直接去除，或者在步驟2)或步驟3)中的計(jì)算時(shí)去除，即將磁方位角直接 減去當(dāng)?shù)氐拇牌堑玫降乩矸轿唤牵? (4)鉆孔結(jié)構(gòu)與富水性分析：通過視頻數(shù)據(jù)查看鉆孔孔壁巖層的裂隙、孔隙的發(fā)育程 度，如果有出水點(diǎn)能夠觀察到出水點(diǎn)的特征、出水量的情況，以此作為分析成果。
【文檔編號(hào)】E21B47/04GK104110258SQ201410320091
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年7月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月7日
【發(fā)明者】馬慶勛 申請(qǐng)人:西安科技大學(xué)