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    编者按:党中央、国务院高度关注地质灾害防治工作。每到汛期,国务院领导同志都会专门为此作出重要批示,要求加强地质灾害巡查和预警预报,确保人民群众的生命财产安全。国土资源部党组每年汛期都会召开专题会研究地质灾害防治工作,并适时召开全国地质灾害防治电视电话会议,坚持“不死人、少伤人、少损失”的工作目标,倾尽全力做好地质灾害的预警和预测,大力推进现代科技在地质灾害防治工作中的应用,用科技助力基层地质灾害防治工作。今天本报推出陕西省商洛市镇安县地质灾害防治“五化模式”,以期让更多人受益。

    地质灾害一旦发生,对人民群众的伤害无法估计。

    2017年6月24日6时左右,四川茂县叠溪镇新磨村突发山体高位垮塌。造成46户农房上百人被掩埋。这是今年最惨重的一次灾害。

    根据国土资源部地质灾害应急指挥中心《全国地质灾害通报》数据,2016年全国共发生地质灾害9710起,共造成370人死亡、35人失踪、209人受伤,直接经济损失31.7亿元。众所周知,我国地质灾害隐患点数量多、分布广、危害大。中国地质环境监测院提供的数据显示,截至2016年底,全国共调查确认地质灾害隐患点28.3万处,威胁人员1782万,威胁财产4000多亿元。

    为进一步提高地质灾害防治科技水平和信息化水平,促进行政管理与技术支撑相融合,提升基层地质灾害防治能力,中国地质环境监测院在国土资源部和中国地质调查局的领导下,依托公益性地质灾害调查项目,与地方政府合作在陕西镇安示范建立了管理支撑层级化、数据采集智能化、监测手段多样化、预警预报及时化和信息服务一体化的地质灾害防治“五化模式”。

    记者从中国地质环境监测院了解到,陕西镇安“五化模式”取得了初步成效,得到地方政府的高度认可,在商洛市一区六县全面推广。国土资源部副部长凌月明在2017年全国汛期地质灾害防治工作视频会议上提出,将陕西省商洛市监测预警体系建设等典型做法作为年度推广重点。

    何谓地质灾害防治“五化模式”

    为解决地质灾害防治工作中存在的问题,提高地质灾害防治科技水平和信息化水平,支撑服务国土资源部地质灾害防治管理工作,2012年以来,中国地质环境监测院在陕西省、商洛市、镇安县各级政府和国土资源主管部门的大力支持下,开展了镇安县地质灾害防治体系建设与示范。通过示范研究,创建了地质灾害防治“五化模式”,为贯彻落实全国地质灾害防治“十三五”规划提供了有益探索。

    █ 管理支撑层级化——

    一是建立层级化的行政管理与技术支撑融合体系。以辖区为单元,以地质灾害群测群防县、镇(办)、村三级网络和监测点体系建设为抓手,夯实县、镇(办)、村三级行政管理部门职责,建立技术支撑单位、县级地质环境监测站和镇办国土资源所三级技术支撑体系,形成“三层管理、三级支撑”,促进行政管理与技术支撑相融合,充分发挥专业技术人员的支撑作用,推动地质灾害群测群防向群专结合转变。

    二是健全地质灾害防治工作制度。建立“党委领导、政府防治、部门协作、公众参与、上下联动”的共同责任机制,编制完善地质灾害身份证制度、增销号制度、部门防灾工作责任制度、带值班制度、灾险情速报制度、零报告制度和监测人员管理制度等,规范地质灾害群测群防运行与管理。

    █ 数据采集智能化——

    一是群测群防点监测数据采集智能化。基于智能手机,研发“地质灾害群测群防数据采集系统”,解决了群测群防定量监测数据、宏观观测现象、灾情险情信息快速规范化、智能化采集与适时上报,实现地质灾害预警信息接收和群测群防员GPS定位管理等功能。

    二是地质灾害野外排查数据采集智能化。基于平板电脑,研发“地质灾害野外调查数据采集系统”,采用移动3S技术和语音录入等技术,基于地质灾害野外调查“一张图”,实现野外工作导航定点、调查表填写、拍照记录、实体勾绘、平剖面图绘制、调查路线记录等功能,解决地质灾害排查和群测群防“一表两卡”等信息野外现场规范化、智能化采集与管理。

    三是地质灾害隐患点三维遥感数据采集智能化。基于微型无人机,研发单点多角度倾斜摄影飞行控制系统,快速获取群测群防点三维地形和高精度遥感影像,提高地质灾害隐患点边界范围、变形部位和受威胁对象的调查识别精度和效率,为创新编制清晰直观、通俗易懂的群测群防防灾避险图提供支撑。

    █ 监测手段多样化——

    一是建立手段多样化的群测群防监测技术方法体系。设计发明激光测距监测法,改进传统埋桩法和埋钉法,集成应用裂缝伸缩仪法、裂缝报警器法、上漆法和简易雨量法等方法,形成了一套包括7种手段在内的地质灾害群测群防监测技术方法体系,扩展了施测对象和监测范围,提高了监测精度,并且具有建设成本低和操作简便等特点。

    二是建实手段多样化、定量化的新型群测群防监测网络。综合利用7种监测手段,通过监测网点布设,建实地质灾害群测群防监测网络,实现对地质灾害隐患点前缘陡坎、后缘裂缝、坡体裂缝、房屋开裂和降雨量等定量化监测,跟踪掌握隐患点变形发展趋势。同时,结合区域自动化雨量监测和重要隐患点专业监测,进一步推进群专结合。

    █ 预警预报及时化——

    一是群测群防监测数据预警预报及时化。基于互联网,建立“地质灾害信息管理系统”,在接收到监测员手机上报监测数据后,自动分析相邻变化量、累计变化量和灾险情信息,触发相应预警等级时,第一时间自动向监测员和相关负责人发送预警信息;在接收到社会公众报送的灾情险情信息后,第一时间向上报人和相应片区负责任人发送预警信息。

    二是地质灾害气象预警及时化。通过国土资源与气象部门合作,实时共享自动化雨量站监测数据,分析预警等级,并根据站点辐射范围向区内群测群防监测员及相关负责任人定向发送预警信息。同时,结合气象部门提供的降雨预测信息,及时制作地质灾害气象预警产品,有针对性地发送预警信息,并通过电视或网络面向社会公众发布。

    █ 信息服务一体化——

    一是地质灾害防灾减灾工作全过程信息化、一体化。利用地质灾害数据采集系统、信息管理系统和地灾地图等软件,实现地质灾害防治数据采集、集成管理、挖掘分析和发布服务全流程信息化、一体化。

    二是地质灾害综合防治信息管理服务一体化。依托地质灾害信息管理系统,整合地质灾害调查评价、监测预警、综合治理、应急等综合防治信息,基于地质灾害防治“一张图”,实现数据互联互通、一体化管理,有效服务地质灾害防灾减灾工作。

    三是地质灾害防灾减灾信息发布服务一体化。基于互联网和地灾云平台,引入二维码技术,落实地质灾害身份证制度;结合微信二维码扫描、野外采集系统二维码扫描和地灾地图等,打造“掌上地灾服务中心”,实现防灾减灾信息发布服务一体化,助力地质灾害防治实现“全民参与、全民防灾”,切实提高基层防灾减灾意识和能力。

    四是“县-市-省-全国”四级地质灾害数据库动态更新一体化。完善建立地质灾害标准化数据库,利用地质灾害数据采集系统,自动更新县级地质灾害数据库;建立“县-市-省-全国”四级地质灾害数据库自动更新机制,试点实现了自下而上的数据库联动更新,为全国地质灾害动态数据库建设提供支撑。

    “五化模式”取得五大成效

    应该说,“五化模式”的诞生,是适时而为。

    近年来,经过各方的努力,尽管我国地质灾害防灾减灾工作取得显著成效,但是防治形势依然严峻。《全国地质灾害防治“十三五”规划》明确提出“全面建成地质灾害综合防治体系,全面提升基层地质灾害防治能力,加强地质灾害防治信息化工作,强化科学研究,创新技术水平”。2017年,国土资源部要求“依靠科技创新和信息化手段,加强群测群防与专业监测融合,提高预警的准确性和时效性”。

    面对新形势、新要求,地质灾害防治存在四个方面需要进一步解决的问题:一是地质灾害群测群防作为重要的防灾减灾措施,存在监测手段少、监测精度低、预警分析难等问题;二是地质灾害专业调查与行政管理数据库不一致,数据库动态更新难;三是地质灾害调查评价、监测预警、搬迁避让、工程治理和应急等工作相对独立,数据分散管理;四是地质灾害防治成果社会化服务程度不够。

    因此,建立一套科学的、全国统一的地质灾害防治模式刻不容缓。可以说,“五化模式”为全国地质灾害防治工作提供了样板。2017年5月25日~26日,在全国地质灾害监测预警现场研讨会上,该模式得到了国土资源部环境司相关领导的充分肯定和各省国土资源厅(局)的高度评价,并被认为有必要在全国推广。

    地质灾害防治“五化模式”是依靠管理创新、科技创新和信息化手段,结合地方防灾减灾需求进行的有益尝试,有力提升了基层地质灾害防治能力。

    一是探索建立了中央与地方合作分工的防灾减灾新模式。国家公益性事业单位承担科技创新和技术支撑,构建地质灾害防治技术业务体系,地方政府负责体系建设、制度建设与运行。

    二是以信息化建设为手段,促进地质灾害防治行政管理与技术支撑深度融合,推动基层地质灾害调查评价、监测预警、综合治理和应急综合防治“四大体系”融合,实现群测群防与专业监测融合。

    三是通过科技创新,借助野外智能采集系统和二维码技术,解决了长期存在的专业调查与行政管理数据库不一致和数据库动态更新难的问题,打通了自下而上的“县-市-省-全国”四级数据库动态更新通道,实现地质灾害防治信息实时采集、实时传输和实时更新。

    四是通过技术革新,解决传统监测手段少、监测精度低、预警分析难等问题,提升群专结合监测预警科技含量,实现适时采集、动态分析、及时预警,提高了预警预报准确性和时效性。

    五是基于云平台和“掌上地灾服务中心”,推动全民参与地质灾害防灾减灾,实现防灾减灾社会化、公众化和普及化。

    “五化模式”为地灾防治提供样板

    近日,中国地质调查局地球物理调查中心携最新研发的震龙无人机震源激发系统亮相2024年全国科技活动周北京主会场,展示了现阶段地震勘探震源激发方向的新型成果,吸引了来自全国各地的科研机构、高校和创新型企业的关注。

    震龙无人机震源激发系统是地球物理调查中心自主研发的一款科技产品。该系统集成了无人机技术、无人智能技术、测绘导航技术、激光测距技术和动力机械技术等,能够在复杂地形条件下快速、准确地完成地震波激发任务,为地震勘探、地质灾害预警等领域提供强有力的技术支持。

    该系统研发团队技术负责人表示,该系统不仅受地表环境因素影响小、操作简单、自动化程度高,还安全性高、能量强、体积小、机动灵活,具有广阔的应用前景。未来,他们将继续深化研发,推动该系统的广泛应用,为新时代地质调查事业作出更大的贡献。

     

     
     
     
    震龙无人机震源激发系统亮相2024年全国科技活动周

    在含油气地层钻进,泥浆循环罐内液面高、低的临界变化,直接反映井喷、井涌、井漏等井况变化。在罐内安装液位报警器,根据设置的高、低界面实时进行声、光报警,对现场迅速采取技术措施,控制井内压力异常、保证井场安全、降低泥浆成本等具有重要作用,也是含油气地层钻进必须遵守的安全规定。 


        由于“松科二井”钻井工程使用的“地壳1号”钻机,进入现场时未配备液位报警器,而现场需要配备8台,经调研报警器市场价格每台均在5000元以上。遵照中国地质调查局“松科二井”应建设“三个平台”的精神,在中国地质调查局勘探技术研究所松科二井工程现场指挥部总工程师朱永宜的大力倡导下,指挥部决定自行研制同类型液位报警器。


        经过努力,基于超声波测距仪和LM339电压比较器原理的超声液位报警器研制成功,并成功应用于“松科二井”工程。该报警器具有高、低位双向报警功能以及当前液位和高、低限位显示功能。报警器双向液面限位分别通过两旋钮调节,简单易学,便于现场工人操作,报警灵敏度为1cm(液位变动超1cm即可开始预警),预警范围可调,测距精度为毫米级,适用泥浆罐(池)深度不大于5m,工作温度范围为-35℃至80℃。


        该报警器可单台独立工作,也可多台联机预警,不仅可对科学钻探、油气和地热资源钻井、地质勘探过程中井涌(井喷)、井漏等危险情况及时报警,同时也可应用于其它行业液位、物位的监测和预警,研制成本大大低于同类产品的市场价格,具有一定的市场价值。

     

     

     

     

     

     

    泥浆罐超声液位报警器成功应用于松科二井工程

     

    邵汉民(右三)在演示用激光测距监测法进行地灾监测

     

    地灾防治专家讲解地质灾害野外调查数据采集系统

    如何加强地质灾害监测与预警,及时保护人民生命安全,并最大限度地减轻灾害损失,是人们在汛期来临时最为关心的问题。5月25日~26日,在陕西省商洛市召开的全国地质灾害监测预警现场研讨会上,中国地质环境监测院提出的地质灾害防治“五化建设”模式,引起了全国地质灾害防治领域专家们的广泛热议。

    地灾防治“五化建设”正在悄然发芽

    在6月的夏日里,陕西省丹凤县竹林关桃花谷已经没有了盛开的桃花,但竹林雨润、溪水潺潺,却也蕴藏了另一番秦岭神韵。

    谁能想到,7年前的夏季,这里曾是一片狼藉。

    2010年7月23日,陕西省丹凤县遭遇200年一遇的特大暴雨,引发了泥石流地质灾害,致使竹林关桃花谷5间房屋10亩农田被毁,造成直接经济损失达120万元。尽管经过综合治理后的竹林关桃花谷风光秀美,游人如织,已经是秦岭生态旅游的品牌之一,但是7年前的那场天灾却给当地人留下了难以磨灭的记忆……

    2012年以来,中国地质环境监测院在陕西省商洛市开展了镇安县地质灾害防治体系建设与示范,通过研究创建了地质灾害防治“五化建设”模式。所谓“五化建设”模式,包涵管理支撑层级化、监测手段多样化、数据采集智能化、预警预报及时化和信息服务一体化,是一套新型地质灾害群测群防技术体系。

    目前,“五化建设”模式依靠管理创新、科技创新和信息化手段,结合地方防灾减灾的需求,已经在基层地质灾害防治工作上发挥了良好的作用。

    帮“土专家”成为“专业人士”

    地质灾害群测群防作为防灾减灾的重要途径,存在监测手段少、监测精度低、预警分析难等问题,同时还面临着缺少有效的业务指导与管理的困境。商洛市杨峪河镇民主村的地质灾害监测员邵汉民,对此有着切身的体会。

    邵汉民所在的民主村辖区有个地方叫王洼,这个有着102户人家356名群众的地方属于大面积滑坡区域,是需要重点监测的地质灾害隐患点。作为“庄稼汉”的邵汉民对地质灾害防治知识只是略懂一二,只能通过在实际工作中不断摸索、总结,寻找出最有成效的监测方法。邵汉民这种边摸索边学习的日子一过就是10年,他自创了“金字塔式监测管理体系”和“埋桩法”地质灾害监测方法等,成为了一名自学成才的“土专家”。

    地质灾害防治“五化建设”模式针对这种缺乏业务指导与管理的情况,给出了解决方法。

    首先,健全地质灾害防治工作制度,建立一个层级化的行政管理与技术支撑的融合体系。编制部门防灾工作责任制度、带值班制度、灾险情速报制度、零报告制度和监测人员管理制度等,规范地质灾害群测群防运行与管理。同时,夯实县、镇、村三级行政管理部门职责,建立技术支撑单位、县级地质环境监测站和镇办国土所三级技术支撑体系,形成“三层管理、三级支撑”的模式,促进行政管理与技术支撑相融合,充分发挥专业技术人员的支撑作用。

    其次,建立手段多样化的群测群防监测技术方法体系和建实手段多样化、定量化的新型群测群防监测网络。该院设计发明了激光测距监测法,改进传统埋桩法和埋钉法,集成应用裂缝伸缩仪法、裂缝报警器法、上漆法和简易雨量法等方法,形成了一套包括7种手段在内的地质灾害群测群防监测技术方法体系。综合利用7种监测手段,通过监测网点布设,建实地质灾害群测群防监测网络,实现对地质灾害隐患点前缘陡坎、后缘裂缝、坡体裂缝、房屋开裂和降雨量等定量化监测,跟踪掌握隐患点变形发展趋势。

    现在,邵汉民所在的王洼滑坡监测预警示范点已经在中国地质环境监测院专家的帮助下改进了监测方法,配备了先进的监测设备。年近七旬的邵汉民经过专业的培训,现在已经能够很熟练地使用激光测距监测法等监测方法来进行日常监测工作。他也由一位地质灾害监测的“土专家”逐渐成为了一位半“专业人士”,成为群测群防走向群专结合防治道路的一个鲜活的案例。

    “新三件”实现信息管理高效化

    中国地质环境监测院的地灾防治专家杨旭东,曾不止一次提及新时期地质灾害调查“新三件”——微型无人机、野外调查采集PAD和云平台。杨旭东介绍说,借助以“新三件”为代表的野外智能采集系统,可以解决长期存在的数据库动态更新难的问题,实现地质灾害防治信息实时采集、实时传输和实时更新。

    据了解,以地质灾害调查成果应用转化为核心,结合地方地质灾害防治管理部门工作需求,搭建的地质灾害群测群防信息管理系统,能够集野外数据智能手机客户端采集、灾险情接报处置、灾害信息高效管理等功能为一体。

    野外数据智能手机客户端采集,是基于智能手机研发的“地质灾害群测群防数据采集系统”,能够解决群测群防定量监测数据、宏观观测现象、灾情险情信息快速规范化、智能化采集与适时上报,实现地质灾害预警信息接收和群测群防员GPS定位管理等功能。

    灾险情接报处置,是在接收到监测员手机上报的监测数据后,自动分析相邻变化量、累计变化量和灾险情信息,触发相应预警等级,第一时间自动向监测员和相关负责人发送预警信息;在接收到社会公众报送的灾情险情信息后,第一时间向上报人和相应片区负责任人发送预警信息;通过与气象部门合作,实时共享自动化雨量站监测数据,分析预警等级,并根据站点辐射范围向群测群防监测员及相关负责人定向发送预警信息;结合气象部门提供的降雨预测信息,及时制作地质灾害气象预警产品,有针对性地发送预警信息,并通过电视或网络面向社会公众发布。

    灾害信息高效管理,是基于数字地球,实现地质灾害野外调查点、测绘点和勘查点空间分布及详细调查信息的三维可视化浏览、查询和统计。

    地质灾害防治也能走向“全智能”

    “大家可以用手机或者PAD扫描这个二维码,就会进入地灾查询地图,可以了解身边是否存在地质灾害隐患。如果大家发现周围存在一些地灾隐患点,还可以拍照进行实时上传,提醒其他人进行防范和安全撤离。”5月25日,在陕西商洛市王洼滑坡群测群防监测示范点,中国地质环境监测院的地质灾害防治专家房浩正在向来自全国地质灾害防治系统的工作人员进行有关地质灾害野外调查数据采集系统的讲解。

    据房浩介绍,每一个地质灾害点都应有一个专属身份证——“二维码”。这个二维码里隐藏着一个地质灾害点的履历表,包括名称、地理位置、类型、规模、威胁对象、防灾责任人等调查信息,以及灾害点的确定、排查情况、防治现状等过程信息。利用“二维码”,社会公众可以通过智能手机扫描查询地质灾害点的基本信息,专业技术人员和管理人员可以通过专用PAD,有针对性地查看、修改地质灾害点信息,从技术上实现地质灾害点的唯一识别、继承更新和跟踪管理。

    由此,我们可以看到,基于互联网和地质灾害云平台,结合微信二维码扫描、野外采集系统二维码扫描和地灾地图查询等功能,打造的“掌上地灾服务中心”,有助于推动全民参与地质灾害防灾减灾,实现防灾减灾社会化、公众化和普及化。

    此外,利用地质灾害数据采集系统、信息管理系统和地灾地图等软件,可以实现地质灾害防治数据采集、集成管理、挖掘分析和发布服务全流程信息化、一体化;依托地质灾害信息管理系统,整合地质灾害调查评价、监测预警、综合治理、应急等综合防治信息,基于地质灾害防治“一张图”,可以实现数据互联互通、一体化管理,有效地服务地质灾害防灾减灾工作;完善建立地质灾害标准化数据库,利用地质灾害数据采集系统,自动更新县级地质灾害数据库,建立“县—市—省—全国”四级地质灾害数据库自动更新机制,可以实现自下而上的数据库联动更新,为全国地质灾害动态数据库建设提供了技术支撑。

    从敲锣预警到智能防灾

    近期,地调局水环中心成功研发一款突发地质灾害应急监控设备,并在河南灵宝成功完成应急工况模拟和野外试验。该试验在研究区布置2个监测点,分别位于滑坡体后缘和坡体主要变形区。通过野外试验,充分验证了该设备具有快速部署、监测-预警一体化、数据准确、无人值守、良好环境适应性特点。

    该监控设备目前主要用于滑坡监测,设计时考虑了扩展功能,预留了软硬件接口,控制软件可以通过配置文件增加新的传感器,提高了设备的可利用性和后期开发潜力。例如,增加激光测距传感器,该设备便可监测大跨度地表位移和高处的危岩;增加电磁波测距传感器,便可监测沟道泥水位变化;增加倾斜传感器,该设备可监测危岩角度变化量;增加地声和次声传感器及采集模块,该设备便可直观监测滑坡、泥石流启动前的异常数据。

     

     

    一款突发地质灾害应急监控设备研发成功
      自古以来就有种说法叫“上天容易入地难”。人类可以借助天文望远镜观测成百上千光年远的浩瀚太空,但对地表以下、我们脚踏的这片土地深处还一头雾水,地表以下几万米甚至于几千米的深度都处处存着这挑战。所以,你能够想象在几千米深度的地下“穿针引线”吗?

      如今,我们真正实现了这种地下的“穿针引线”—“高精度对接连通井技术”,钻孔地下“导航”,是将相距数百米或上千米的井组在地下矿层连通的技术。该技术的核心是“慧磁”高精度中靶导向系统,源于勘探所承担的“高精度定向钻进中靶系统研究”项目。该项目由中国地质调查局2008年立项,旨在通过试验研究建立起定向钻进中靶模型,引导钻进进入靶区,实现精确中靶。

      近年来,中国地质调查局一直全力支持、支撑该技术的研发与突破,目前,“慧磁”高精度中靶导向系统”所取得的成果具有完全自主的知识产权,打破了国外公司的技术垄断,使勘探所成为国内首家、全球继美国之后第二家拥有该项技术的单位,达到国际领先水平。同时比美国更加先进:首创低电压可充电电池供电,可用于煤矿井下等高危作业环境(美国仪器采用220V电源供电,不适应煤矿等使用);其入井探管直径和长度分别为42mm和1.4m,可用于穿过60mm直径中心管(美国仪器为45mm、1.9m,最小用于73mm直径中心管)下入探管至井底,可完成更小曲率半径的定向井导向。

      讲到“慧磁”技术,不得不说说它的发明人—勘探所定向钻探室主任胡汉月教授及其带领的团队,多年来从事着定向钻探技术科研开发工作,凭借着地质人的一股子 不服输、坚定执着的热情将实践和科研相结合,实践中科研、科研中反复实践,终于研制开发成功“慧磁”高精度中靶导向系统,成果转化突出。“慧磁”成功的消 息一传出,就在圈内引起的不小的震动,原来占尽技术优势的美国的同类产品立即由提供技术服务到降价出售仪器,奈何也是挣扎。目前,胡汉月常年驻土耳其主持 开展对接井水溶采集卤工程,继续升级“慧磁”。



    “慧磁”钻井中靶导向系统
     
      服务“一带一路”战略——“中国技术”扎根土耳其
      在国家“一带一路”战略中,土耳其作为一个横跨欧亚大陆的重要节点具有显著的地理位置。2009年,“慧磁”高精度中靶导向系统第一次应用于实井测量就是在土耳其首都安卡拉西北的BEYPAZARI天然碱采集卤工程。在当地一个20平方公里的丘陵地带下,储藏着近2亿吨的天然碱。2009-2010年勘探所与当地碱矿合作,成功完成了23对对接井的施工任务。井组类型包括三井井组、四井井组和双通道井组等多种类型。



      随着第一次应用的成功,“慧磁”钻井导向系统开始大量参与到对接中靶作业中。2014年,勘探所作为独立承包商签订了BEYPAZARI天然碱矿钻井工程四、五期合同,总计145口井,全部取得了预期的效果。此次施工完成了当时世界上规模最大的采用对接井水溶开采方法的钻井工程。

      2015年9月10日,由勘探所承担的土耳其卡赞天然碱地下工程开钻,标志着这一世界上最大规模的对接井水溶采集卤工程正式拉开序幕。而采用的核心技术就是“慧磁”技术,该项目将在2015-2018年三年时间内共计施工74个采卤水平井组,单井总数达222口,旨在为卡赞天然碱矿年产250万吨纯碱厂提供卤水。

      “慧磁”在土耳其对接井工程中成功应用,创造性的设计并实现了多井组的连通,真正实现了地下“穿针”技术,使勘探所的地下对接连通井技术在国内外处于主导地位。同时,也是勘探所在施工中克服地层结构复杂、地磁场异常、地层破碎严重等困难的大胆创新,为未来推动“慧磁”定向中靶引导系统等优势技术向其他国家推广、承揽国际工程打下了坚实的基础。

      服务新能源开采——煤层气开采拓展应用
      自煤层气水平对接井领域引入美国Vector公司生产的RMRS旋转磁测距系统以来,我国煤层气和水溶开采领域的定向对接井的施工技术取得了重大突破。然而,大多数应用仍局限于传统的U形井组,属于由一个垂直井和一个水平井组成的井组,而华晋焦煤柳林煤层气项目DS井组是由2个水平井组成的煤层气井组,由于“慧磁”钻井中靶导向系统具有无需外供电、体积小、中文软件界面等优点,可精确测量钻头与靶点之间的方位偏差、顶角偏差和距离,因此该煤层气井组首次采用勘探所自主知识产权的“慧磁”钻井中靶引导系统使2井实现“点对点”对接。该井组也是国内首次采用地面施工水平井与巷道施工水平井进行连通的工程.

      凭借“慧磁”中靶导向系统的高精度性能,在山西柳林沙曲煤矿使用该系统,把地表钻进的1500m深定向水平孔,与煤矿巷道内钻出的顶角为106°水平孔成功实现对接,取得了“点对点”的精准连通效果。既保证地下采煤时的安全,又提高了能源的开采与利用率。该工程共有两个主分支,四个侧分支,将两个主分支分别与井下瓦斯抽放钻孔实现对接,对接成功后进行井下瓦斯预抽采。目前,其中一分支已进入试抽采期,经抽采数据表明,该分支日产气量10000m3以上,抽采瓦斯浓度达90%以上,瓦斯流量最高达10m3/min以上。该水平井的产气量目前已超出了预期效果,据已往同类井型抽采效果表明,该井产量将会继续攀升,有望创造新的产气记录。

      服务固体矿产水溶开采——天然碱矿、盐矿开采应用
      当水溶采矿方法与定向对接井技术相结合起来,一种低投入、高产出、高效率、绿色环保的采矿方法诞生了。
      
      在盐、碱、磷、芒硝等的钻孔水溶或水力开采领域,采用定向对接井是一种事半功倍的方法。不但矿山投资小,而且占地面积最少,地表无尾矿产生,可开采深度可达3000米,这无疑是一种绿化环保矿山开采方法。
      
      2014年11月,勘探所在河南安棚天然碱矿采用该技术引导SP01水平井与其靶井实现了一次对接连通,连通点垂深达2850米,创全球薄层碱矿对接井水溶开采垂深最深记录。该井组连通后,在注水流量达60m3/h的条件下, 出卤浓度高达120g/L,成功实现了稳产和高产的目的。

      该成果是勘探所继在湖北沙隆达盐矿连通2800米深井后又一新突破,创水平对接井深新记录。河南安棚天然碱矿是国内发现的大型天然碱矿之一,是世界上埋藏最深的天然碱矿床。勘探所实施的水平井开采的矿层埋深达2800米以上,该矿层是由厚度从0.1米至1米不等的矿互层及夹层组成,矿层顶、底板及夹层主要为白云岩。而且矿层极不稳定,起伏比较大,电测井时经过3次对比才确定矿层。勘探所钻井工艺除了采用合理的钻具组合、井身结构外,在井眼轨迹控制方面采取了特殊工艺方法。一是采用无线随钻测斜仪,二是引入了地质导向仪引导钻头;三是中靶仪器采用勘探所研发的深孔高温磁中靶仪。实践表明,该仪器实现了一次指导中靶成功。这种工业生产与科研成果紧密结合的模式对勘探所今后的科研工作起到了较强的示范作用。

      在国内,勘探所生产的“慧磁”钻井中靶导向系统已成为水溶采矿钻井设备的标配,正在发挥着越来越重要的作用。据不完全统计,自2009年“慧磁”系统首试成功以来,成功完成了百余次以上的对接连通指导作业,实现了100%连通。在盐碱采卤井对接领域,“慧磁”的市场占有率以较大的优势超过了美国RMRS仪器。
     

      开辟服务新领域——避障防碰、引导巷道掘进
      避障防碰:在钻探区域,有时存在一些废弃井或其它地下管道,在钻进时需要避开它们,这时可以借助磁引导技术,引导钻进避开这些障碍物。2013年月4日从大连旅顺传来喜讯,勘探所为北京万地地质工程公司因地质原因出现埋钻事故的热水井而实施的纠斜绕障工程圆满竣工。该工程要求绕过位于井深1394m的事故头位置,事故地层为千枚岩,硬度达7-8级,常规钻进钻速仅为20-30cm/h该绕障工程的成功实施充分展现了勘探所雄厚技术实力和团队协作精神,为定向钻进技术开辟了一个新的应用领域。

      “慧磁”钻井导向系统成功还可用于引导钻孔与巷道之间的连通。2014年2月,勘探所“慧磁”钻井导向系统在河南省三门峡卢氏县杨家湾铁矿成功引导巷道掘进,实现其与钻孔连通。在之前该钻孔与巷道贯通的过程中,由于钻孔测斜受铁磁性金属矿干扰,连通失败。勘探所技术人员抵达工地后,经7个小时的地下巷道和地面测量作业,为业主提供了钻孔相对于巷道的偏差测量结果。业主按提供的测量结果掘进巷道,仅用1天多的时间就使巷道与钻孔实现了连通。

      服务矿山救援—完成“慧磁“系统在矿山救援的首次尝试
      在智利矿难采用钻井救援成功后,勘探所创新提出了一套利用“慧磁”系统进行井下被困人员的定位和救援孔定向引导技术方案:在矿山井下预设磁信标装置,矿难发生后可由被困人员启动,磁信标可连续30天以上向外发射磁信号,用于提示井下存活人员及所处位置,并精确引导地面救援孔钻入被困区域,提高援救效果和效率。

      在山东平邑玉荣石膏矿坍塌事故救援现场,勘探所技术人员提出了上述方案,作为备选方案完成了现场实施的技术准备和地面验证,得到了国家安全生产救援抢险指挥中心及工程施工单位的高度肯定,并将磁信标下入井内交到被困矿工手中。最后由于救生井的成功贯通未能实施,但完成了我国“慧磁“系统在矿山救援的首次尝试,为矿山抢险救援提供了一种高科技手段。

      “慧磁”中靶引导系统自2009年10月在土耳其工地成功连通第一对井后,其应用领域正在不断地扩展,技术水平不断提高。从国外钻井市场到国内钻井市场,从天然碱矿到盐矿,再到煤层气领域,打破了国外同类产品的技术垄断,逐步形成了本土化技术服务优势,使勘探所在定向钻井领域走在业界前列。

      目前,勘探所在中国地质调查局公益性行业科研专项经费项目支持下,正在开展深孔高温磁中靶系统“慧磁”的升级,其成果将在未来的页岩气勘探开发市场、地下热能开发的拓展应用、在矿山救援井的拓展应用中发挥重要作用,为我国的页岩气勘探开发、地下热能开发、矿山救援等方面提供坚实有力的技术保障。



    高精度对接连通井技术