地球物理测井技术在煤矿岩体工程勘察中的应用

地球物理测井技术在煤矿岩体工程勘察中的应用

万勇

广州市市政工程设计研究总院有限公司，广东广州 510000

摘要：煤矿岩体工程勘察工作专业性较强，实际工作中需要选择合理可靠的技术手段辅助工作开展，而地球物理测井技术作为一项代表性技术，实际应用中能够有效提升勘察效率和质量。基于此，文章主要就煤矿岩体工程勘察中地球物理测井技术应用情况进行探究，以求为实际工作展开带来一定借鉴与参考。

关键词：煤矿岩体；地球物理测井技术；工程勘察；数据处理；岩层识别

    煤矿岩体工程勘察作为煤矿开采前不可或缺的阶段，对于确保矿山的安全高效运营具有重要意义。在这个过程中，准确了解地下岩层的性质、构造特征以及岩体稳定性，是实现可持续矿山开发的关键因素之一。但由于煤矿地质复杂性和工程环境的限制，传统的岩体勘察方法往往难以提供足够精准的信息。为了克服这些挑战，地球物理测井技术作为一种非侵入性、高效且精确的方法，逐渐成为煤矿岩体工程勘察中的重要工具之一。

1 地球物理测井技术概述

地球物理测井技术是一组用于获取地下岩层和地质特征信息的方法，通过将各种测量工具和传感器安装在测井仪器中，下放到井孔中进行测量，从而获取有关地下岩石和流体性质的数据。这些数据对于煤矿岩体工程勘察至关重要，因为它们可以为地下岩层的识别、特性分析以及岩体稳定性评估提供关键信息。

2 地球物理测井技术的应用要点

2.1合理选择测井参数

地球物理测井技术涉及多种参数和测量指标，选择合适的测井参数对于获取准确的地下信息至关重要。不同的地质特征和勘测目标需要不同的测井参数，因此在进行测井前，必须深入了解地质背景和目标，以确定最适合的测井工具和参数[1]。例如，如果关注地下水分布，电阻率测井和中子测井可能是合适的选择；如果进行岩石力学参数估算，声波测井和密度测井可能更合适。

2.2勘察数据处理分析

获得测井数据后，对数据进行处理和分析是获取有价值信息的关键步骤。数据处理可以包括校正、滤波和去噪等，以确保数据的准确性和可靠性。随后，数据分析需要应用适当的数学和地质方法，以从测井曲线中提取有关地下特征的信息[2]。例如，通过电阻率测井数据，可以推断地下岩石的盐度和含水饱和度；通过声波测井数据，可以估算岩石的弹性模量和泊松比。

2.3综合对比测井曲线

地球物理测井技术通常使用多种仪器和参数进行测量，因此获得的数据可能是多个测井曲线。综合对比不同测井曲线的变化和趋势，可以更全面地了解地下岩石的特性。这种综合对比有助于识别不同地质单元、确定水文地质特征，以及评估岩体稳定性。

3 煤矿岩体工程勘察中地球物理测井技术的具体应用

3.1岩层识别与描述

煤矿岩体工程勘察的核心在于对地下岩层的准确识别与描述，以便为矿山的安全开采提供关键信息。地球物理测井技术在这一领域发挥着重要作用，其中自然伽马测井（GR）和密度测井（DEN）等方法在岩性识别和岩石密度解释方面具有显著优势。

自然伽马测井是一种测量地下岩层中自然放射性射线的方法，它可用于确定不同岩石类型的辐射强度，从而实现岩性识别。放射性元素如钾、铀和钍存在于不同岩石中，其放射性衰变释放的伽马射线可以被探测器捕获，形成伽马谱。这些伽马射线的强度与岩石的成分和特性密切相关。通过自然伽马测井，可以了解不同岩石类型的伽马射线特征，从而实现地层的岩性识别；不同岩石类型的伽马射线特征，从而实现地层的岩性识别；放射性异常的存在，可能指示特定矿物质或构造变化[3]。

密度测井是通过测量地下岩层的密度来获得有关岩石成分和孔隙度的信息，多使用伽马射线透过岩石，从而测量透射伽马射线的强度。岩石的密度与其成分和孔隙度有直接关系，因此密度测井可以提供岩石的密度参数，从而揭示岩层的特性。通过密度测井，可以得到岩石的实际密度和表观密度；不同岩层的孔隙度估计，从而为储层评价提供基础；岩石的成分推测，如含矿物质和油气等信息。

3.2孔隙度与渗透性评估

在煤矿岩体工程勘察中，准确评估地下岩层的孔隙度和渗透性对于确定储层的储存能力和流体传递能力至关重要。地球物理测井技术提供了一种非侵入性的手段，能够在勘察过程中对这些参数进行估算。中子测井（CNL）和吸水率测井（SWT）是在孔隙度和渗透性评估中常用的方法。

中子测井是一种测量地下岩层中中子散射情况的技术，通过测量中子与岩石之间的相互作用，可以得到关于岩层孔隙度的信息。中子测井的基本原理是，高孔隙度的岩层会有更多的孔隙空间，从而导致中子的散射增加。通过分析中子散射的强度，可以对孔隙度进行估算。基于中子测井能够提供了储层中孔隙度分布的定量信息；可以帮助确定含水层的位置和范围；配合其他测井数据，可对储层类型进行判定[4]。

岩石的渗透性与其孔隙结构有关，孔隙结构越复杂，渗透性可能越低。吸水率测井基于岩石对水的吸附能力，通过测量浸润过程中的时间和润湿度变化来得到吸水率。吸水率测井在渗透性评估中的应用，提供了储层的吸水性信息，进而估计渗透性；能够区分不同岩层的渗透性差异，帮助预测地下流体运移能力；配合其他地球物理数据，可以构建更准确的渗透性模型。

3.3地应力与岩体稳定性分析

在煤矿岩体工程勘察中，地应力分布和岩体稳定性的分析对于制定安全、可持续的开采策略至关重要。地球物理测井技术在地应力评估和岩体稳定性分析方面发挥着关键作用，声波测井（AC）和岩体力学参数的计算是的两个典型应用方面。

声波测井利用声波在岩石中的传播速度和衰减特性来获得有关地下岩层的信息，其中声波传播速度与地应力分布有关，可以通过声波测井获得地应力的定性信息。由于地应力的方向和大小与岩体的稳定性密切相关，声波测井可用于评估地下岩层的应力状态[5]。声波测井在地应力评估中的应用提供了地下岩层中地应力方向的信息；可以检测地应力异常，如构造变形带或应力聚集区；配合其他地质数据，可以绘制地应力分布图，为岩体稳定性分析提供依据。

岩体力学参数是评估岩体稳定性的关键因素，包括抗拉强度、抗压强度、弹性模量等[6]。这些参数对于预测岩体破裂和滑移的可能性至关重要。通过地球物理测井数据，可以估算这些岩体力学参数，从而进行稳定性分析。岩体力学参数计算与稳定性分析的应用基于地球物理测井数据，估算岩体力学参数；结合地质构造和地下应力信息，分析岩体的稳定性；提供了评估开采引发的岩体变形和滑移风险的手段。

结论：

    综上所述，煤矿岩体工程勘察中应用地球物理测井技术，能够提升勘察效率和质量，获得丰富、全面、真实的数据信息，支持后续煤矿开采工作顺利展开，带来更大的综合效益。

参考文献：

[1]原媛,侯晶晶,姚文静等.地球物理测井技术在矿山水工环地质勘测工作中的应用研究[J].世界有色金属,2022(04):182-184.

[2]汤鑫,赵燕珍.地球物理测井在多金属矿及油气矿藏等矿山岩体工程勘查中的应用[J].中国金属通报,2017(08):118+117.

[3]付代光,周黎明,肖国强等.综合地球物理测井技术在滇中引水隧洞工程勘察中的应用[J].长江科学院院报,2016,33(04):67-70+77.

[4]孙和平.地球物理测井技术在煤矿岩体工程勘察中的应用[J].科技创新与应用,2013(20):22.

[5]孟宪波,冯彦谦.地球物理测井技术在铁路隧道勘察中的应用探讨[J].铁道勘察,2010,36(01):62-65.

[6]叶根喜,HATHERLYP,姜福兴等.地球物理测井技术在煤矿岩体工程勘察中的应用[J].岩石力学与工程学报,2009,28(07):1342-1352.