劉玉衛(wèi),商鐵林,龔 劍,張亞峰

(1.鄭州工程技術(shù)學院，河南 鄭州 450044；2.鄭州煤炭工業(yè)(集團)有限責任公司, 河南 鄭州 450042；3.榆林學院 能源工程學院，陜西 榆林 719000)

趙家寨煤礦位于鄭州市南40 km，北起大隗斷層，南至新莊斷層，東自一1煤露頭，西止二1煤底板等高線800 m。走向長18 km，傾向?qū)?～8 km，礦區(qū)面積102.5 km2，是鄭煤集團設(shè)計年產(chǎn)300萬t的大型礦井，主要開采二疊系山西組二1煤層，煤種為貧煤，煤厚0～24.76 m，平均為7.07 m，傾角8～26°，平均12°。礦井于2010年達產(chǎn)，是鄭煤集團主力接續(xù)礦井，礦井的煤質(zhì)好壞對鄭煤集團的經(jīng)濟效益將產(chǎn)生巨大的影響。

常規(guī)的煤質(zhì)化驗是通過在實驗室對煤樣進行化驗，費時又費力，利用測井進行煤質(zhì)分析是一個不錯的選擇。目前，我國煤田采用的測井主要是以測定巖石電學性質(zhì)為基礎(chǔ)的電測井，以確定巖石核物理性質(zhì)為基礎(chǔ)的放射性測井，以研究巖石聲學性質(zhì)為基礎(chǔ)的聲測井，在測井資料中包含大量的信息，可以根據(jù)煤層在不同測井曲線上的響應特征，結(jié)合煤的密度、電阻率等與灰分、揮發(fā)份的關(guān)系，確定一系列煤質(zhì)參數(shù)[1]。

1 主采煤層測井曲線及其響應特征

視電阻率測井主要測量地層的導電性能，巖層電阻率的大小受組成巖層的礦物成分、孔隙度、空隙中流體的性質(zhì)、溫度等諸多因素影響[2]。在ρs曲線上，煤層顯示為明顯的高阻層。自然伽馬測井測量地層中自然存在的放射性核衰變過程中放射出來的γ射線的強度，由于煤的組成成分中放射性物質(zhì)含量極低，在自然伽馬測井曲線上表現(xiàn)為極小值[3]。密度測井是以康普頓效應為理論依據(jù), 利用巖層對伽馬射線的散射和吸收性質(zhì)，測量巖層的密度。煤系地層中以煤層的密度為最小，在密度測井曲線上，煤層常呈現(xiàn)顯著的異常[4]。

本區(qū)二1煤層位于山西組底部，下距太原組頂界面3～5 m，頂?shù)装鍨樯百|(zhì)泥巖或砂巖，煤層主要煤質(zhì)指標見表1，煤系地層的測井響應見圖1。

表1 煤層主要煤質(zhì)指標

圖1 鉆孔測井曲線

2 煤質(zhì)模型分析

研究區(qū)內(nèi)共采用了視電阻率測井、散射伽馬測井、自然伽馬測井和自然電位測井4種測井方法。通過分析干灰分與4種測井方法之間的相關(guān)性，選取了密度測井、自然伽馬測井和視電阻率測井3種方法建立相關(guān)關(guān)系模型。圖2～圖4分別是密度、自然伽馬、視電阻率和灰分的相關(guān)關(guān)系圖，相關(guān)函數(shù)和相關(guān)系數(shù)見表2。

圖2 密度與灰分關(guān)系

圖3 自然伽馬與灰分關(guān)系

圖4 視電阻率與灰分關(guān)系

3 煤質(zhì)參數(shù)模型的預測分析

3.1 模型檢驗

用相關(guān)系數(shù)來描寫因變量與自變量之間相關(guān)關(guān)系的密切程度，顯著性檢驗就是根據(jù)相關(guān)系數(shù)的大小來進行的[5-6]?？梢宰C明，已知樣品的總離差平方Qs由兩部分組成，即：

Qs=Qp+Qr

(1)

(2)

(3)

(4)

相關(guān)系數(shù)：

(5)

根據(jù)已知樣品的個數(shù)N和給定的信度a，可在“相關(guān)系數(shù)檢驗表”中查到相關(guān)系數(shù)臨界值ra。當|r|>ra時，認定y與x的相關(guān)關(guān)系顯著，回歸方程有效；否則，回歸方程沒有意義。

由式(3)可看出，Qp越小，表明Qs與Qr越接近，相關(guān)系數(shù)r越接近于1，這時y與x的相關(guān)系數(shù)越密切；反之，當相關(guān)系數(shù)越接近于零，表明y與x之間的相關(guān)系數(shù)越微弱。

本次回歸分析采用了t和F檢驗來驗證回歸模型的統(tǒng)計學意義。表3中列出了所有3個回歸模型的顯著性檢驗結(jié)果。在t和F檢驗中只要Significancet0、Significancet1、SignificanceF值小于0.05，就說明回歸模型是具有統(tǒng)計學意義的。從表中可以看出所有6個模型的Significancet0、Significancet1、SignificanceF值都是小于0.05的，3個模型都是具有統(tǒng)計學意義的。

表3 回歸模型檢驗結(jié)果

3.2 預測分析

本文以視電阻率與灰分回歸模型為例進行預測分析，結(jié)果如表4所示，從對比中發(fā)現(xiàn)此論文中的視電阻率灰分模型有些誤差，分析誤差可能由以下幾個原因造成：

表4 視電阻率灰分預測結(jié)果

1) 論文中回歸模型數(shù)據(jù)采用數(shù)字測井方式，而預測用數(shù)據(jù)是模擬測井(數(shù)據(jù)時間比較早)數(shù)據(jù)數(shù)字化的，這中間很可能產(chǎn)生人為誤差和累積誤差。

2) 由于模擬測井數(shù)據(jù)比較早，可能在測井曲線分層時沒有發(fā)現(xiàn)一些夾矸煤層，致使煤層測井數(shù)據(jù)不準確。

3) 模型本身有待于進一步研究和提高精度。

4 結(jié) 語

在結(jié)合趙家寨煤礦地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，綜合地質(zhì)、測井和實驗室化驗資料，在進行煤質(zhì)分析的過程中，根據(jù)測井數(shù)據(jù)和實驗室化驗數(shù)據(jù)做好回歸分析模型，利用密度、自然伽馬和視電阻率測井建立了灰分與測井曲線之間相關(guān)關(guān)系模型，運用建立的模型預測井田的煤質(zhì)參數(shù)，通過測井預測灰分結(jié)果與實驗室化驗資料相比，誤差相對較小，效果顯著。