地震勘探震源炮孔封孔技术研究.pdf

第 3 1卷第 3期 2 0 1 4年 9月 爆破 BLASTI NG Vo 1 ． 31 N0 ． 3 S e p． 2 01 4 d o i 1 0 ． 3 9 6 3 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 4 8 7 X ． 2 0 1 4 ． 0 3 ． 0 2 7 地震勘探震 源炮 孔封孑 L 技术研究 木 王la 李 吉 民 ， 胡 磊 ， 谭 海 1 ． 武汉理_ [ 大学 a ． 土木工程与建筑学院I b ． 资源与环境工程学院， 武汉 4 3 0 0 7 0 ； 2 ． 武汉钢铁集团矿业有限责任公司 程潮铁矿， 鄂州 4 3 6 0 0 0 摘要 为提 高地震勘探震源地震波质量 ， 研 究分析震 源炮孔 装药封堵 对激 发地震 波的影响作 用。研制 出 以粉 状过 烧氧化钙 为主要成 分的膨胀性封堵 剂， 并设计 了成 型药柱和施 工工 艺。封堵 剂在 自由条件 下体积 可膨胀 2～ 5倍 ， 在炮孔约束 下会对炮孔壁产生 1 0～ 3 0 M P a的压强 ， 实现 了对炮孔预应力 高强度的嵌楔 式封 堵， 改善了震源药柱的爆炸条件。预计在同等条件下可减少震源炸药 5 0 ％以上， 而又能提 高有用地震波质 量和强度 ， 加 大对 油气矿藏勘探 的深度。 关键词 地震勘探 ； 震 源炮孔 ；预应力封 堵 ； 封孔技 术；地震勘探 封孔剂 中图分类 号 T D 2 3 5 ． 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 4 0 3 0 1 3 6 0 4 S e a l i n g Te c h n i c a l Re s e a r c h o f Ce n t r u m Bl a s t Ho l e i n S e i s mi c Ex p l o r a t i o n WANG Li h ，L I J i mi n g ， HU L e i ， T A N Ha i 1 ． a ． S c h o o l o f C i v i l a n d A r c h i t e c t u r e E n g i n e e r i n g ； b ． S c h o o l o f R e s o u r c e s a n d En v i r o n me n t a l En g i n e e r i n g， W u h a n Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y， W u h a n 4 30 0 7 0， Ch i n a； 2 ． C h e n g c h a o I r o n Mi n e o f Wu h a n I r o n S t e e l G r o u p M i n e r a l s C o L t d ， E z h o u 4 3 6 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o i n c r e a s e t h e q u a l i t y o f c e n t r u m s e i s mi c wa v e i n s e i s mi c e x p l o r a t i o n， t h e e f f e c t o f c e n t r u m b l a s t h o l e c h a r g e s e a l i n g t h a t c a n a r o u s e s e i s mi c w a v e we r e r e s e a r c h e d a n d a n a l y z e d ． A e x p a n s i b i l i t y b l o c k i n g a g e n t t h a t t a k e po wd e r y b ur n t l i me a s ba s e s wa s d e v e l o p e d． Al s o i t s f a s hi o ne d g r a i n a n d c o n s t r u c t i o n t e c h no l o g y we r e d e s i g n e d． Th e v o l ume e x p a ns i o n r a t i o o f bl o c k i n g a g e nt un d e r t he f r e e c o nd i t i o n i s 2 t o 5． An d t h e p r e s s u r e i n t e ns i t y t o t h e h o l e w a l l w i l l b e 1 0 MP a t o 3 0 MP a wh e n i t i s u n d e r t h e r e s t r i c t i o n o f h o l e T h e s e a c h i e v e d t h e h i【g h s t r e n g t h a n d e mb e d d e d w e d g e s e a l i n g f o r b l a s t h o l e a n d i mp r o v e d t h e e x p l o s i o n c o n d i t i o n o f c e n t rum g r a i n ． On s i mi l a r c o n d i t i o n s ， mo r e t h a n 5 0 ％o f c e n t ru m e x p l o s i v e c a n b e s a v e d i n p r e d i c t i o n ． A l s o i t c a n i n c r e a s e t h e q u a l i t y a n d s t r e n gth o f s e i s mi c wa v e a n d t he d e p t h o f e x pl o r a t i o n f o r o i l a n d g a s r e s o ur c e s ． Ke y wo r d s s e i s mi c e x p l o r a t i o n；e e n t r u m b l a s t h o l e ；p r e s t r e s s s e ali n g ；s e ali n g t e c h n o l o g y ；s e i s mi c e x p l o r a t i o n b l o c k i n g a g e n t 收稿 日期 2 0 1 40 7～ 0 9 作者简介 王力 1 9 9 3一 ， 男 ， 湖北省武汉 市人 ， 本科生 ， 主要从 事 岩土工 程 、 建 筑 [程 等 方 面 的学 习 和 研 究 ， E m a i l 2 5 0 9 5 9 2 8 6 5 q q ． c o rn。 通讯作者 谭海 1 9 7 0一 ， 男 ， 湖北省咸 宁市人 ， 高级实验师 ， 主要 从事爆破工程 、 采 矿] - 程 等方 面的教学 和研 究工作 ， E ． m a i l t a n y x 9 8 1 6 3 ． c o m。 基金项 目 武 汉 理 工 大学 国家 级 大学 生 创 新 创业 训 练 计 划 项 目 2 0 1 3 1 0 4 9 7 0 6 0 0 2 ； 中央高校 基本科 研业 务 费专项 资 金 资助 2 0 1 3一 Z Y一 0 7 3 地震勘探是地球物理勘探 中一个重要 的勘探方 法。据统计 ， 在全球范围内已勘明的油气 田 9 0 ％是 通过地震勘探方法发现的。地震勘探的震源波是勘 探的源泉， 常规地震勘探中广泛使用的是爆破震源， 震源炸药起爆后能量的分布 以及波的强度 和质量 ， 对于接收波的质量至关重要 。地震勘探 中最常 第 3 l 卷第 3期 王力， 李吉民， 胡磊 ， 等地震勘探震源炮孔封孔技术研究 l 3 7 见的一种激发方式就是炮孔 井 中 爆破 ， 地震波 在介质中传播时 ， 其路径 、 振动强度和波形随着所通 过介质的性质及界面几何形态的不同而变化。激发 药量通常根据岩性 、 勘探深度 、 震源与接收点之 间的 距离 、 检波器的灵敏度等因素确定 。实验研究表明， 地震勘探 药包爆炸产生的弹性波能量与药包底部的 直径相关 ， 药柱的长度大约是直径 的 1 ． 4倍以上就 可 以满足震 源要 求 。而 在实际地震勘 探 中， 孑 L 深一般都在 1 0 m 以上 ， 孔径一般为 9 0～1 5 0 fi l m， 震 源药柱直径一般为 5 0～9 0 mm， 装药长度约为 1 I l l 。 其长径 比远大于 1 0 。究其原 因， 主要是装药从上端 起爆后 ， 需要维护爆轰波成长到稳定状态 ， 从而保证 最终传递给岩石的地震波能最大。 地震勘探施工 中对震源药柱的堵塞多是水封堵 或不封堵 j 。在这种 弱封堵或无封堵 的条件下 ， 以 加长震源药柱的长度来 弥补是可 以提高地震波能 。 但同时也 出现激发后信噪比低 ， 次生干扰严重 ， 对地 表的破坏作用明显增 加 ， 成倍增加的炸药量提高 了 勘探成本 等弊病 。爆 破理论 与实践表 明， 强 力 的堵塞 可以有效减少炸药的侧 向扩 散 、 防止爆 生气 体过早泄放 、 提升炮孔压力 、 使药包尽快达到该药包 条件下的最大爆轰速度 ， 从而对提高有效地震波强 度具有重要作用 。 依据对震源炮孔封堵作用 的理论研究基础 ， 提 出了震源药包预应力封堵理论 ， 并研制 出地震勘探 封孔剂 。 1 预 应力封孔剂研究 1 ． 1 膨胀性封孔剂主要成份 地震勘探封孔剂 的主要成份是过烧 C a O， 过烧 C a O与水进行水化反应生成氢氧化钙 ， 其最佳 吸水 率 为 2 0 ％ ～3 6 ％。C a O与水进行水化反应后生成 的氢氧化钙由于品格 的变化 ， 其在 自由条件下可膨 胀 2～5倍 ， 在炮 孔约 束下 会对 炮孔 壁 产生 1 0～ 3 0 MP a 的压强 ⋯， 鉴于地震勘探 的地层一般为软 岩区域 ， 膨胀 的封孔剂会紧密地嵌入到炮孔壁之 中。 除粉状过烧 C a O外 ， 为提高胶凝强度 、 调节膨 胀率和控制反应速度 ， 还需加入不同粒度的砂石骨 料无机材料和少量有机添加剂等 。 1 ． 2 封孔剂药柱结构设计 配制好的封孔剂为散装粉体 ， 为方便施工和运 输 ， 设计 了地震勘探封孑 L 剂成型筒 。成型筒为多孔 的塑料外壳， 内衬一层透水的无纺布材料， 将地震勘 探封孔剂按要求密实装入其 内， 即为成品的地震勘 探封孔剂药柱 ， 见图 1 。 图 1 地震勘探封孔剂成型筒效果图 Fi g ． 1 Ef f e c t pi c t ur e o f s h a pi n g dr um o f s e a l a n t o f s e i s mi c e x pl o r a t i o n 地震勘探封孑 L 剂药柱直径和长度可根据勘探工 程需要选用不 同的规格 。对 于 9 0 IT l m炮孔 ， 推荐 的 封孔剂药柱外直径为 7 5 m m， 长度为 1 ． 0 m。 塑料外壳 的两端部分别采用外螺纹和内螺纹 ， 可使多个地震勘探封孑 L 剂药柱首尾连接， 施工方便 、 快捷 。 1 ． 3 地震勘探封孔施工 地震勘探封-f L a il 选择和使用可按照以下步骤 1 按照实际震源炮孔直径 的大小合理选取地 震勘探封孔剂药柱 ， 一般所选取 的地震勘探封孔剂 药柱的直径要小于实际钻孔直径 6～1 5 m i l l ， 地震勘 探封孑 L 剂药柱才能顺利装入炮孔中。 2 震源炮孑 L 内的地震勘探封孔剂药柱 的装 填 长度一般 1～3节。依 据研 究分析 ， 因炮孔直径 不 同， 一般可按炮孔直径的 l 0倍左右来估算。因地震 勘探封孔剂药 柱不 能拆分 使用 ， 要取 整节 为设 计 单位 。 3 炮孔装填 完震源药包后 ， 可即刻装入地 震 勘探封孔剂药柱 ， 地震勘探封孔剂药柱头尾有丝扣 便于连接， 可以边装边连接。一定要确认落到孔底。 4 地震勘探封孔剂药 柱装入炮孔后 1 h体积 可膨胀 2倍 以上 ， 直径可增大 1 ． 5倍 ， 并将随着时间 的增长而进一 步膨胀。1 h后 即能有效封堵炮孔 ， 便可起爆震源药包 。 5 地震勘探封f L ll 药柱在装 入震 源炮孔 时 ， 孔中一定要有较深 的水 ， 无水就不能膨胀。如遇这 种情况 ， 装入地震勘探封孔剂药柱之前或之后 ， 要往 孔中灌水 ， 加水 量 以能 淹没 地震勘 探封 孔剂 药柱 1 m为宜。 6 地震勘探封孔剂药柱装入炮孔 中的封堵作 用 3个月不会失效 。 1 ． 4 封堵效果试验 将地震勘探封孔剂药柱在敞开条件和模拟炮孔 中分别作 了系列试验。敞开条件是将药柱浸人水 中 一 定时问后取出， 放在平地上观测其膨胀过程， 见图 第 3 1卷第 3期 王力 ， 李吉民， 胡磊， 等地震勘探震源炮孔封孔技术研究 l 3 9 [ 3 ] [ 4 ] [ 4 ] f 5 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 8 ] 京 地质出版社 ， 2 0 0 7 8 4 ． L I L u mi n g． L I Z h e n g we n ． Me t h o d＆ i n t e r p r e t a t i o n o f s e i s m i c e x p l o r a t i o n [ M] ． B e i j i n g G e o lo c a I P u b l i s h i n g H o u s e ， 2 0 0 7 8 4 ． i n C h i n e s e 庞雄奇． 油气 田勘探 [ M] ． 北 京 石油工业 出版社， 20 06． P A N G X i o n g q i ． O i l g a s fi e l d p r o s p e c t i n g [ M] ． B e i j i n g O i l I n d u s t r y P u b l i s h i n g H o u s e ， 2 0 0 6 ． i n C h i n e s e 鲍五堂． 不同煤田地震勘探条件下激发方式 的选择 [ J ] ． 能源技术与 管理 ， 2 0 1 3 ， 3 8 2 1 3 1 4 ， 3 3 ． B AO W u t a n g ． C h o i c e o f d i f f e r e n t e x c i t a t i o n mo d e s o f s e i s m i c e x p l o r a t i o n o f c o a l fi e l d [ J ] ． E n e r g y T e c h n o l o gy a n d Ma n a g e m e n t ， 2 0 1 3 ， 3 8 2 1 3 1 4 ， 3 3 ． i n C h i n e s e 汪传松． 新旧炮孔堵塞材料堵塞性能的初步比较[ J ] ． 工程 爆破 ， 1 9 9 9 ， 5 4 1 2 1 5 ． W ANG Ch ua n s o n g ．P rima ry c o mp a r i s o n be t we e n n e w a n d o l d m a t e r i a l s f o r s t e m mi n g o f b l a s t h o l e s [ J ] ． E n g i n e e r i n g B l a s t i n g ， 1 9 9 9 ， 5 4 1 2 1 5 ． i n C h i n e s e 付军， 郝亚飞， 李名松， 等． 小波包分析技术在地震 勘探中的应用研究[ J ] ． 爆破， 2 0 1 3 ， 3 0 4 2 5 3 1 ． F U J u n， HAO Ya f e i ， LI Mi n g s o n g ， e t a 1 ． Ap p l i c a t i o n r e s e a r c h o f wa v e l e t p a c ke t a na l y s i s i n s e i s mi c e x pl o r a t i o n [ J ] ． B l a s t i n g ， 2 0 1 3 ， 3 0 4 2 5 3 1 ． i n C h i n e s e 郝亚飞， 周桂松 ， 刘 涛， 等． 直达波和反射波在地层 中的传播规律研究[ J ] ． 爆破 ， 2 0 1 3， 3 0 3 2 6 3 2 ， 1 1 5 ． HAO Ya f e i ， ZHOU Gu i s o ng， LI U Ta o， e t a 1 ．S t u dy o n p r o p a g a t i on l a w o f di r e c t wa v e a n d r e f l e c t wa v e i n f o r ma t i o n [ J ] ． B l a s t i n g ， 2 0 1 3 ， 3 0 3 2 6 3 2 ， 1 1 5 ． i n C h i n e s e [ 9 ] 姜鹏飞， 唐德高 ， 龙源． 不耦合装药爆破对硬岩应力 场影响的数值分析[ J ] ． 岩土力学， 2 0 0 9 ， 3 0 1 2 7 5 2 79． [ 9 ] J I A N G P e n g f e i ， T A N G D e g a o ， L O N G Y u a n ． N u m e ri c a l a n a l y s i s o f i n f l u e n c e o f u n c o u p l e d e x p l o s i v e - c h a r g e s t r u e - t u r e 0 n s t r e s s fi e l d i n h a r d r o c k s 『 J ] ． R o c k a n d S o i l Me c h a n i c s ， 2 0 0 9 ， 3 0 1 2 7 5 2 7 9 ． i n C h i n e s e [ 1 O ] 肖力群． 台山核 电厂海水库和排水池开挖爆破 [ J ] ． 爆破 ， 2 0 1 3 ， 3 0 1 6 3 6 5 ， 1 0 9 ． [ 1 0 ] X I A O L i q u n ． E x c a v a t i o n b l a s t i n g o f t a i s h a n n u c l e a r p o w e r p l ant s e a r e s e r v o i r a n d d r a i n a g e t ank[ J ] ． B l a s t i n g ， 2 0 1 3 ， 3 0 1 6 3 6 5 ， 1 0 9 ． i n C h i n e s e [ 1 1 ] 王知深， 王海亮． 静态破碎技术在坚硬岩质矿井开挖 中的应用[ J ] ． 爆破 ， 2 0 1 3 ， 3 0 3 5 8 ． 6 1 ． [ 1 1 ] WA N G Z h i s h e n ， WA N G H a l l i a n g ． A p p l i c a t i o n o f n o n e x p l o s i v e d e m o l i t i o n m e t h o d o f e x c a v a t i o n p r o j e c t i n h a r d r o c k m i n e [ J ] ． B l a s t i n g ， 2 0 1 3 ， 3 0 3 5 8 6 1 ． i n C h i n e s e [ 1 2 ] 高祥涛， 解北京． 岩石中爆炸应变波信号测试与分析 [ J ] ． 爆破 ， 2 0 1 3 ， 3 0 2 4 1 4 6 ． [ 1 2 ] G A O X i a n g t a o ， X I E B e i j i n g ． A n aly s i s a n d m e a s u r e m e n t o f b l a s t i n g s t r a i n w a v e s i g n a l i n r o c k [ J ] ． B l a s t i n g ， 2 0 1 3 ， 3 0 2 4 1 4 6 ． i n C h i n e s e 上接 第 1 2 2页 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] YAO Xi o n g l i a n g， S UN S h i l i ， C HEN Yu， e t a 1 ． S t u d y o f n o n l i n e a r d o u b l y a s y mp o t i c a p p r o x i ma t i o n me t h o d for t r a n s i e n t m o t i o n s o f s t r u c t u r e s l J 1 ． J o u r n a l o f V i b r a t i o n a n d S h o c k ， 2 0 1 0 ， 1 0 2 9 9 1 5 i n C h i n e s e COL E R H． Un d e r w a t e r e x p l o s i o n s f M] ． P r i n e e t o n U n i v e r s i t y Pr e s s， Prin c e t o n， 1 9 48． B AKE R W e ， C OX P a ， W ES T I NE P s ， e t a 1 ． Ex p l o s i o n h a z 一 ⋯一⋯一⋯一⋯一一一0 ’ a r d s a n d e v a l u a t i o n『 M] ． N e w Y o r k E l s e v i e r S c i e n t i fi c P u b l i s h i n g C o mp a n y 1 9 8 3 ． [ 8 ] R R e n d r a n ． N u me r i c a l s i m u l a t i o n o f r e s p o n s e o f p l a n e p l a t e s s u b j e c t e d t o u n i f o r m p ri m a ry s h o c k l o a d i n g o f n o n c o n t a c t u n d e r w a t e r e x p l o s i o n [ J ] ． M a t e r i a l s a n d D e s i g n ， 20 0 9， 3 0 1 0 00． 1 00 7． 本 刊 告 示 ⋯ ⋯ ‘， ～ ’‘ ⋯ 一 ‘一 ⋯ ⋯ ‘⋯ ’ 爆破 为 中国核心期刊 遴选 数据库 、 中国期刊网 、 中国学术期刊 光盘版 、 中 文科技期刊数据库 和“ 万方数据数字化期刊群” 收录期刊。作者著作权使用费与本 刊印刷 NNN--性付给。如作者不同意将文章编入， 请在来稿时说明， 本刊将另做特殊处理。 5 ； n 0 5 ； 爆破 -编 frq 辑部谨致 ； ≈ 一 ’ 、 一⋯⋯～ ． ⋯．⋯⋯⋯一⋯一⋯一⋯⋯～一⋯一⋯一⋯⋯⋯一⋯一⋯一⋯一⋯一⋯． ⋯一⋯一一一⋯一⋯． ⋯⋯一⋯一⋯一⋯⋯⋯一⋯⋯～