地球物理測井技術在煤礦巖體工程勘察中的應用

摘 要：在煤礦巖體工程勘察中，地球物理測井技術可以具有廣泛的應用，地球物理測井技術包含很多測井技術，其中，較為常用的聲波測井技術，本文首先介紹了地球物理測井技術與聲波測井技術，然后探討了地球物理測井技術在煤礦巖體工程勘察中的應用，勘察工程的不同情況，需要不同的地球物理測井技術，并探討了在使用測井技術過程中需要注意的問題，最后本文介紹了一個地球物理測井技術在煤礦巖體工程勘察中的應用實例。

關鍵詞：地球物理測井技術；煤礦巖體工程勘測；應用

近年來，在隧道工程、土木工程、水資源勘測以及煤礦巖體工程勘測等領域中，地球物理測井技術應用較為廣泛。尤其是在煤礦巖體工程勘測領域，一些國家勘察技術標準中規定，將測井技術作為衡量煤層是否優質或者合格的標準。此外，地球物理測井技術還可以用來計算煤層底板的坐標，測量礦井溫度場變化情況，確定煤層穩定可靠性以及定位煤礦井中出現漏水等安全隱患問題發生的地點等。地球物理測井技術在我國的使用時間較早，但是勘察深度相對較淺，主要用于勘察地下是否有煤。而事實上，地球物理測井技術在煤礦巖體工程勘測中還有很多其他應用，這是我們應該進一步探索談論應用的方向。本文主要結合應用理論以及實例探討地球物理測井技術在煤礦巖體工程勘察中的應用。

1 地球物理測井技術與聲波測井技術

在實際應用中中，經常使用到的地球物理測井技術主要有：地層產狀測井技術、核磁共振測井技術、磁定位測井技術、深幅測井技術、全波列測井技術伽馬測井技術、中子測井技術、電極測井技術、測溫測井技術、電阻法測井技術、密度測井技術以及聲波測井技術等。其中，聲波測井技術（包括超聲成像測井技術、聲波時差測井技術等）應用最為廣泛。

聲波測井技術主要是利用聲波對巖體質量進行評價，在實際勘察中，煤礦巖體中的固體介質一般都是非均勻各向異性的，所以在對聲波測井數據進行分析的時候，需要使用一定公式對數據進行修正。在大多數情況下，聲波速度與黏土含量是成反比（但在一些異常區域，也會存在聲波速度與黏土含量成正比的情況）。同時，聲波速度和巖石強度也存在一定關系，一般用函數公式來表達它們之間的關系。

2 地球物理測井技術在煤礦巖體工程勘察中的應用

地球物理測井技術在煤礦巖體工程勘察中應用非常廣泛，雖然目前在我國應用水平還處于基礎層次，即使在發達國家，其應用也多處于探討階段，但是如果將所有的勘察數據都充分利用起來，地球物理測井技術在煤礦巖體工程勘察中主要可以應用到以下幾個方面：（1）確定煤炭有無情況；（2）確定煤層的厚度、深度以及水含量炭灰含量等結構情況；（3）勘察煤礦巖體中含有的水、砂、泥數量以及結構層次等，并初步建立煤礦巖體剖面，從而推斷地質層形成年代，并比較煤礦巖體層的物性，建立地質剖面；（4）勘察煤礦巖體層的產狀，研究其構造、沉積環境以及變化規律等；（5）勘察并評價巖體地下溫度場；（6）勘察評價固井質量以及對套管深度進行校驗；（7）勘察煤礦巖體力學參數；（8）通過勘察數據確定鉆孔的方位角以及頂角；（9）初步勘察并定性評價煤礦巖體層的孔隙度、氣含量以及滲透率等，并確定含水層之間的補水關系。此外，地球物理測井技術也可以提供其他相關對煤礦資源合理利用有利的數據并作出評價。

在煤礦巖體工程勘察中，對地球物理測井技術的應用需要注意以下幾點：

（1）要注意測井參數的選擇，測井參數的選擇主要是鉆孔參數的選擇，對不同地質鉆孔以及把不同勘察角度的鉆孔，需要采用不同的方法，選擇不同的數據。例如，勘察鉆孔的煤層情況，可以采用地層產狀測井技術、電極測井技術、核磁共振測井技術以及超聲成像測井技術等方法勘察補償中子、補償聲波、補償密度、井溫以及雙井徑等；勘察鉆孔的水文情況，可以選擇中子測井技術、超聲成像測井技術等，結合擴散法以及流量測井技術等必備地球物理測井技術進行勘察；勘察鉆孔的地質情況，可以使用超聲成像測井技術以及聲波時差測井技術等；勘察鉆孔的溫度場情況，可以采用近似穩態測溫測井技術、穩態測溫測井技術以及簡易測溫測井技術等；勘察鉆孔的固井質量，可以采用磁定位測井技術、深幅測井技術以及全波列測井技術等。

（2）勘察數據資料的處理，一般利用地球物理測井技術對勘察到的數據需要進行分析處理的步驟主要包括預處理步驟，將勘察到的數值進行計算，對曲線進行分層，分析工程的煤質以及巖性以及輸出圖件。

（3）注意對勘測的資料進行解釋，包括曲線識別，分析解釋井下溫度資料，對工程中的巖體層以及煤礦進行定性分析，對煤層厚度進行分析解釋以及分析解釋含水層以及斷層等。

（4）綜合對比測井曲線。其對比的核心主要是取現異常情況的對比，其方法主要包括：異常曲線形態對比法，異常曲線寬度和幅度對比法，特殊異常曲線對比法以及異常曲線組合規律對比法等。

3 地球物理測井技術在煤礦巖體工程勘察中的應用實例

本文以國外某煤礦巖體工程勘察為例，探討地球物理測井技術在其中的應用。在該煤礦巖體工程中，煤層上方有三個鉆孔。

3.1 勘察鉆孔的地質分布情況，通過觀測，可以發現鉆孔內存在普通錨桿支撐不起來的軟巖區域，我們利用地球物理測井技術中的聲波測井技術對鉆孔進行勘察，然后將數據進行分析。通過數據曲線以及經驗公式可以得出軟巖區域的分布情況，同時，我們可以看出煤層的分層以及劈裂情況，發現鉆孔中黏土含量較少，并且煤層中間有一個堅硬的礫巖斷裂河道。

3.2 識別研究關鍵層，關鍵層在控制煤礦巖體壓力中具有重要作用，在一定時期內，堅硬礫巖斷裂河道可以起到關鍵層的作用，對關鍵層的探究，可以利用地球物理測井技術，結合三維地震勘探技術，探討煤礦巖體的性質。

3.3 地球物理測井技術在煤礦巖體工程突水事故中的應用。我國煤礦巖體工程中，突水事故發生頻率相對較高，其原因主要包括：勘察潛在構造的技術不精以及對導水管道的分布情況了解不夠。后一個原因可以通過加強人員培訓來避免，前一個原因，則需要改進勘察技術，而地球物理測井技術可以對有效地檢測出突水事故的發生情況。

4 展望及結論

地球物理測井技術是許多種測井技術的總稱，在煤礦巖體工程勘察中應用廣泛，雖然目前其應用水平大部分處在較為基礎的層次，即使較高層次的應用研究也多處在探討階段，但是在未來，其發展即影響將會越來越大，其應用的深度也會加大。

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