声波测井在煤层顶板稳定性评价中的应用效果

维普资讯 http://www.cqvip.com 磅　他鹭　第２４卷第１期　ＧＥｏＬ０ＧＹ　ＯＦ　ＳＨＡＡＮＸＩ　２００６年６月　文章编号：１００１－－６９９６（２００６）Ｏｌ—Ｏ０８１一Ｏ４　声波测井在煤层顶板稳定性　评价中的应用效果　潘建西，王（陕西省地质局物化探队，周至水　７１０４００）　摘　要：通过测井技术，用获得的强度指数（Ｒ）来评价岩石强度，其结果与地质　研究结论是一致的，也就是说，用声波测井可直接判断煤层顶板的稳定性。实践表　明，越靠近煤田边界煤层顶板岩石强度指数越小，顶板也越不稳定，越靠近煤田中　心部位煤层顶板岩石强度指数越大，煤层顶板也越稳定。　关　键　词：岩石强度；煤层顶板；岩石；声波测井　中图分类号：ＴＤ３２５．１／Ｐ６３１．８１４　文献标识码：Ｂ　近年来随着数字测井和计算机技术的发展以及测井方法的逐渐成熟，利用测井资料评价　煤层顶板岩石强度也就越来越可行。它不但简便易行，快速经济，而且测定结果接近实际，　具有普遍代表性，另外，对研究冒落带、裂隙带和弯曲沉降带也具有一定的意义。　１　原理简述　目前煤田测井中，一般就是利用声波测井结合密度测井来计算岩体强度。　１．１　声波测井　声学探测技术中所涉及的声波是在固体介质中传播的一种机戒波。当声源能量较小，作　用时间较短，岩石可被看作是弹性体时，理论上波在介质中的传播速度可用下列公式计算：　一＾、／／Ｅ　　／Ｅ　（１一ｄ）　１　ｖｓ一√　＿　式中：ｖ　一纵波速度；Ｖｓ一横波速度；Ｅ一杨氏摸量；ｄ一泊松比；ｐ一介质密度　波的传播速度只取决于传播介质本身的性质（弹性摸量、剪切摸量和密度等），当介质　均一时，其速度为常量。对于岩石来讲，岩石的组成成分和组成结构决定着波的传播速度和　传播能量；对于岩体来讲，波的传播速度则取决于组成岩体的不同性质的岩石和结构面。因　此，波在不同性质的岩石中将出现不同的传播速度和振动特性。　收疆日期：２００６一Ｏ４—２６　作者简介：潘建西。男，１９６１年生，１９８３年成都地质学院物探系毕业，主持地球物理浏井工作。　维普资讯 http://www.cqvip.com ８２　陕西地质　第２４卷　１．２密度测井　岩石的密度是评价岩石强度的另一重要参数。它是通过７射线在岩体中传播时强度指数　有规律的衰减来求得岩石密度的。　Ｉ—１０　式中Ｉ，Ｉｏ，分别为穿过岩石前、后的　射线的强度；ｐ为岩石的密度；Ｌ为岩石的厚　度；　为岩石的质量吸收系数。　　从而可得出：ｐ一一—ｌｎＩｌｎｌｏ－Ｔ一２岩石强度参数计算　常用的声波测井参数一般有杨氏摸量（Ｅ）、切变摸量（　）、体积摸量（Ｋ）和泊松比　（ａ）。这些参数都可用测井数据按下列公式求出：　一　—　一一巳兰　△　‘△　。　３／ｋＴｓ。／ｋＴ　。　垦：二　Ｋ一　兰　巳　：二　全　△　。　一全墨：＝兰全　：２　２＊（△Ｔｓ。一△Ｔｐ。）　式中：ｐ一介质密度；△Ｔｓ一横波时差；△Ｔｐ一纵波时差。　上述公式中岩石的密度值可用密度测井获得；△Ｔｓ和△Ｔｐ可由全波列测井获得。但目　前煤田的声波测井一般只对首波（即纵波）进行接收和分析。所以在目前的测井解释中，普　遍应用强度指数Ｒ来评价岩石强度，可用Ｒ一　Ｐ　求出。　．　本次研究中选用陕北某井田４２口井的４号煤层的顶板岩石的测井参数进行分析（详见　《４号煤层顶板岩石强度指数成果表》）发现，如果把地质成果的采样深度和测井相应深度对　齐，再去掉因构造等因素而造成的测井值和试验值相差较大的点，再把两值相比就会比较接近。　３结论　《４号煤层顶板岩石强度指数成果图》是利用强度指数Ｒ绘制而成的，如果按１９８１年原　煤炭工业部颁发的《缓倾斜煤层工作面顶板分类》方案（详见：《顶板稳定性分类表》），将　煤层顶板分为４类的话，从图中可明显看出１～５区煤层顶板为不稳定区；而６区和７区为　较其它区更稳定的中等稳定区。其中７区为此井田中顶板岩石强度指数最大，煤层顶板最稳　定的区域。从图中我们可明显看出越靠近煤田边界煤层顶板就越不稳定；而越靠近煤田中心　部位煤层顶板岩石的强度指数就越大，煤层顶板相对就越稳定。而这一结果又和地质研究得　出的结论惊人的相似。从以上实验分析表明，测井的强度指数Ｒ完全可以代替目前的抗压　维普资讯 http://www.cqvip.com 第ｌ期　潘建西等：声波测井在煤层顶板稳定性评价中的应用效果　强度对煤层的顶板岩石进行工程评价。　表１　４号煤层顶板岩石强度指数表　Ｔａｂ．１　Ｒｏｃｋ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｏｏｆ　ｏｆ　ｃｏａｌ　ｓｅａｍ　Ｎｏ．４　４号煤　４号煤　序号　１　２　３　孔号　厚度　顶板岩石强度指数　ＺＫ３６０８　ＺＫ３６０７　ＺＫ３６０６　３．７０　４．３５　２．８６　２６．３７　３０．５７　２９．３Ｏ　备注　序号　２２　２３　２４　孔号　厚度　顶板岩石强度指数　ＺＫ３２０４　ＺＫ３１１Ｏ　ＺＫ３１Ｏ９　５．７１　４．８９　８．３２　４０．５８　４２．３７　４６．８８　备注　４　５　６　７　８　９　１０　ＺＫ３６０５　４．３６　ＺＫ３５０８　３．Ｏ６　ＺＫ３５０７　ＺＫ３５０６　ＺＫ３５０５　ＺＫ３５０４　ＺＫ３４０９　９．１２　４．１２　６．９Ｏ　４．９５　Ｏ．８４　４０．００　４３．４０　４５．５２　３Ｏ．３８　４２．３９　３８．１６　３９．０６　２５　２６　２７　２８　２９　３０　３１　ＺＫ３１０８　ＺＫ３１０７　ＺＫ３１０６　ＺＫ３１Ｏ５　ＺＫ３１０４　ＺＫ３０１０　ＺＫ３００９　７．１５　５．５５　４．６７　１０．Ｉ　３．５Ｏ　３．５９　Ｉ．９７　４３．９２　２９．７８　３１．６６　３６．１１　４８．５３　３２．７４　４０．Ｉ５　１１　１２　１３　１４　１５　１６　ＺＫ３４０３　ＺＫ３４０２　ＺＫ３３１Ｏ　ＺＫ３３０９　ＺＫ３３０８　ＺＫ３３０７　３．２２　３．７Ｏ　１．２２　４．４１　５．２　３．５８　２７．６９　４２．５４　３３．７０　４６．４９　３３．９４　３４．９Ｏ　３２　３３　３４　３５　３６　３７　ＺＫ３００２　ＺＫ２９１０　ＺＫ２９０９　ＺＫ２９０８　ＺＫ２８１０　ＺＫ２８０８　２．５６　４．３０　１．４５　３．６１　６．２２　５．Ｏ２　２８．７３　４９．８５　４４．１４　３１．１２　４７．９８　５４．６１　１７　ＺＫ３３０６　３．０５　３３．７５　３８　ＺＫ２７１０　４．１０　４５．２５　１８　１９　２０　２１　ＺＫ３３０５　７．３５　ＺＫ３３０４　３．２４　ＺＫ３２１０　ＺＫ３２０６　１．９３　７．９２　３５．６４　２２．３７　３５．６５　４０．５３　３９　４０　４１　４２　ＺＫ２７０９　５．４７　５Ｏ．６６　４６．３６　２７．９４　３４．６８　ＺＫ２７０８　６．４１　ＺＫ２６１０　ＺＫ２６０９　３．１９　４．３０　表２顶板稳定性分类表　Ｔａｂ．２　Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｏｏｆ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　类　指标　Ｉ　Ⅱ　Ⅲ　稳定顶板　７１～１２０　＞１２Ｏ　别　Ⅳ　坚硬顶板　无直接顶板，层厚２　～不稳定顶板　中等稳定顶板　主要指标　强度指数Ｄ　＜＝３０　３１～７０　５ｍ，口＞５８．８～　参考指标　直接顶板处次　跨落步距Ｌ（ｍ）　＜一８　９～Ｉ８　１９～２５　＞２５　７８．４Ｍｐａ，ｌ和ｈ＞１　的整体顶板。　维普资讯 http://www.cqvip.com 陕西　地质　田倒　第２４卷　圈　图１　４号煤层顶板强度指数成果图　Ｆｉｇ．１　Ｆｉｎａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｒｏｏｆ　ｉｎｔｅｎｓｉｖｅ　ｉｎｄｅｘ　ｏｆ　ｃｏａｌ　ｓｅａｍ　Ｎｏ・４　［参考文献］（略）　ＡＰＰＬＩＥＤ　ＥＦＦＥＣＴ　ＯＦ　ＳＯＮＩＣ　ＬＯＧＧＩＮＧ　ＩＮ　ＡＰＰＲＡＩＳＡＬ　ＯＦ　ＳＴＡＢＩＬＩＴＹ　ＯＦ　ＣＯＡＬ　ＳＥＡＭ　ＲＯＯＦ　ＰＡＮ　Ｊｉａｎ－ｘｉ　ａｎｄ　ＷＡＮＧ　Ｓｈｕｉ　（Ｇｅｏｌｃｈｅｍｉｃａ１　ａｎｄ　Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｔｅａｍ　ｏｆ　Ｓｈａａｎｘｉ　Ｂｕｒｅａｕ　ｏｆ　Ｇｅｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｍｉｎｅｒａｌ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｚｈｏｕｚｈｉ　７１０４００）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｏｆ　ｃｏａ１　ｓｅａｍ　ｒｏｏｆ　ｂｙ　ｉｎｔｅｎｓｉｖｅ　ｉｎｄｅｘ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｆｒｏｍ　ｗｅｌｌ　ｌｏｇｇｉｎｇ　ｐｒｏ—　ｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ　ｆｒｏｍ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ．Ｓｏｎｉｃ　ｌｏｇｇｉｎｇ　ｃａｎ　ｄｉｒｅｃｔｌｙ　ｅｓｔｉｍａｔｅ　ｓｔａ—　ｂｉ！ｉｔｙ　ｏｆ　ｃｏａ１　ｓｅａｍ　ｒｏｏｆ．Ｉｆ　ｃｌｏｓｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｍａｒｇｉｎ　ｏｆ　ｃｏａｌ　ｆｉｅｌｄ，ｔｈｅ　ｉｎｔｅｎｓｉＶｅ　ｉｎｄｅｘ　ｗｏｕｌｄ　ｂｅ　ｓｍａ１１ｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｏｏｆ　ｏｆ　ｃｏａｌ　ｓｅａｍｓ　ｗｏｕｌｄ　ｂｅ　ｌｅｓｓ　ｓｔａｂｌｅ，ａｎｄ　ｖｉｃｅ　ｖｅｒｓａ・　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｏｆ　ｒｏｃｋｓ；ｒｏｏｆ　ｏｆ　ｃｏａｌ　ｓｅａｍ；ｒｏｃｋ；ｓｏｎｉｃ　ｌｏｇｇｉｎｇ