煤矿瓦斯治理

瓦斯灾害防治技术内部学习资料提纲2一、我国煤矿采区三维地震勘探技术现状及其对瓦斯灾害预测的贡献二、绪言三、瓦斯突出煤体结构高分辨测井技术四、矿井瓦斯突出部位预测的地震反演技术五、精确探测瓦斯富集部位的三维三分量地震探测技术六、瓦斯富集区预测的地震振幅变化判别技术七、瓦斯富集区综合地震预测方法煤矿三维地震勘探可查明≥5-7米的褶曲和断层，在淮南等地可基本查明落差3米的断层及直径≥20米的陷落柱；对煤层厚度预测误差≦5%，煤层形态控制的深度误差≦1.5％煤矿开挖结果证明，查明的断层、陷落柱等的吻合率在淮南、永城≥89%，在其他地区≥78%以上；超过英国500米深度查明落差≥8米以上的断层的水平。我国煤矿采区三维地震勘探技术现状及其对瓦斯灾害预测的贡献三维地震探测技术体系的建立和大规模推广,为我国煤炭工业的高速发展作出了巨大贡献自1995年,由中国矿业大学和中国煤炭地质总局系统在淮南矿区开展煤矿采区三维地震勘探以来，经过十年的奋斗,实现了:绪言含煤地层各向异性强,传统地质方法很难对煤矿瓦斯富集区块进行有效预测；煤矿瓦斯作为吸附气体,不能借用常规的天然气探测理论与技术。煤矿瓦斯突出部位如何进行高精度预测是一个前人未解决的技术难题关键科学问题：必须根据中国煤地质特征，建立起我国煤矿瓦斯灾害源探测的地球物理识别和预测方法。煤矿瓦斯是影响中国煤矿安全的重要因素，如何准确预测瓦斯富集区域、煤与瓦斯突出部位至关重要。1）地震探测精确度高，通过努力能够查明落差3-5m的小断层和小褶皱；2）地震探测信息量大，地震探测横向连续性好，采样间距小，能够识别顶板岩性、煤层厚度、煤体滑脱面、构造煤发育区、吸附态瓦斯富集部位等瓦斯地质指标;3）地震探测整体性强，得到的是三维数据体的空间形态。地震结合测井垂向分辨率高；地质结合测井可靠性高;4）地震探测能够直接得到吸附瓦斯富集的部位，并对断层附近的游离瓦斯有明显反应；我国95%的煤矿是地下开采，煤层赋存地质条件复杂，瓦斯分布不均，对煤矿安全开采造成严重威胁。对瓦斯突出灾害源高精度预测是瓦斯综合防治的关键技术。地震勘探是最有效的手段。绪言绪言依据基于模型的地震反演方法，研究了煤层结构及其顶底板岩性的精细描述方法反演出国内外首张煤层精细结构图，使煤层横向预测的精度大大提高研究了不同煤体结构的地球物理测井响应和含煤岩系岩石物性响应采用地质、测井、地震探测等多手段，开展了对煤层厚度、结构精确描述的系统研究。绪言同时还针对煤矿瓦斯作为吸附气体，难以直接确定煤矿瓦斯的确切数量的现实，重点研究煤层厚度、煤层结构、煤层中裂隙的地球物理特征和识别方法，希望：*煤矿瓦斯测井响应、多波地震响应和AVO响应特征*多波地震的采集、处理、解释、反演和预测方法建立煤矿瓦斯藏多波多分量地震勘探理论基础和技术体系形成不同煤体地震振幅随偏移距变化(AVO)的反演方法建立地震多属性预测煤矿瓦斯富集区块的方法重点研究内容：地层：石炭二叠纪煤系煤层：上石盒子组13-1煤层位置：淮南煤田构造：淮南复式向斜以淮南煤田为靶区，对瓦斯富集与突出部位进行了详细研究绪言完成的实际工作量主要工作量集中在资料采集和系统开发与应用两个方面课题目前作了大量的研究任务测井资料分析岩样测试三分量VSP井三维纵波采集二维三分量采集三维三分量采集矿井多波地震仪野外设计评价系统地震资料处理软件三参数AVO反演软件生产性科研报告200口89块1口42km27km15km21套1套1套1套5份绪言§瓦斯突出煤体结构高分辨测井技术§矿井瓦斯突出部位预测的地震反演技术§精确探测瓦斯富集部位的三维三分量地震探测技术§瓦斯富集区预测的地震振幅变化判别技术§瓦斯富集区综合地震预测方法通过十年的艰苦奋斗和探索,初步摸索到瓦斯在地球物理探测中的响应特征,并实现了关键技术的突破绪言瓦斯突出煤体结构的测井曲线特征图3-35潘三矿13-1煤层X29钻孔煤体结构划分Ⅹ290.790.640.831.561.83DLWHGCJJHGGDZWSVX29钻孔号原生结构煤碎裂煤碎粒糜棱煤夹矸煤厚(m)1.56HG自然伽玛视电阻率电位伽玛伽玛自然电位井径声波时差SVCJJDLWHGGDZW高视电阻率高伽玛伽玛高自然电位低声波速度低自然伽玛对144个钻孔的测井资料进行分析构造煤测井曲线具有“三高二低”的特点：1.瓦斯突出煤体结构高分辨测井技术不同突出危险程度煤体的测井响应特征物性响应参数非突出煤体过渡煤体突出煤体严重突出煤体密度ρ/g·cm-31.651.55-1.651.45-1.551.45孔隙度nv/%1.51.5-3.53.5-5.55.5挥发分Vdaf/%3632-3628-3228弹性模量E50/GPa43-42-32泊松比μ0.20.2-0.30.3-0.40.4抗拉强度Rc/MPa0.450.35-0.450.25-0.350.25抗压强度Rt/MPa128-124-84纵波速度Vp/m·s-120501850-20501650-18501650视电阻率电位DLW/Ω·m100100-150150-200200伽玛伽玛HGG/γ·mc-1490490-580580-670670自然伽玛HG/γ1410-146-106声波时差SV/us·m-1400400-450450-5005001.瓦斯突出煤体结构高分辨测井技术国内外普遍采用的声波反演技术，但煤田勘探的测井工作，主要是人工伽玛曲线。我们独创性地利用人工伽玛曲线约束，反演出伽玛数据体并很好地反映出煤层的分布范围及其厚度，并能精细解释断层和裂缝发育带。2.瓦斯突出部位预测的地震探测与反演技术地震—测井联合属性分析识别煤层宏观结构13-1煤层构造煤Inline309局部放大图煤层及构造煤预测剖面图滑脱面Inline252局部放大图煤层及构造煤预测剖面图3.精确探测瓦斯富集部位的三维三分量地震探测技术高分辨率三维P波地震勘探可以解决主要的构造问题，但在解决裂缝、岩性及其中所含流体方面能力有限；转换波能够为我们提供关于岩性、流体及裂缝发育程度等方面的信息。自1996年以来，中国矿业大学（北京）积极开展瓦斯三维三分量地震探测技术研究采集方面：在不同地区、采用不同的采集方法，采集了11块三维三分量地震资料；处理方面：研究和开发了具有自主产权的煤田三维三分量地震处理软件，取得了初步成果；解释方面：研究和开发了地震多属性分析技术，充分利用了煤田3D/3C采区钻孔资料多、易于验证的特点，初步形成了纵横波联合解释的方法和体系含裂隙煤层的多波地震响应含直立裂隙煤层地质模型多波响应3.精确探测瓦斯富集部位的三维三分量地震探测技术偏振方向与裂隙走向平行地面接收的转换波均为快横波测线与裂隙走向平行测线与裂隙走向垂直测线与裂隙走向斜交测线与裂隙走向斜交偏振方向与裂隙走向垂直x与z分量的转换波均为慢横波测线方向与裂隙走向斜交煤层发生横波分裂y分量中存在转换波三个分量中即包含快横波又包含慢横波3.精确探测瓦斯富集部位的三维三分量地震探测技术三分量地震处理系统核心：基础理论和方法研究成果平台：当前地震成熟软件系统系统：独立知识产权适用性：二维和三维模块数：二维31个，三维46个作用：填补国内煤矿瓦斯处理软件空白3.精确探测瓦斯富集部位的三维三分量地震探测技术煤田三分量地震资料的处理快慢波剖面快慢波处理3.精确探测瓦斯富集部位的三维三分量地震探测技术煤田三分量地震资料的处理棒状线的方向代表快波偏振方向棒状线的长短代表着快慢波时差快波方位与快慢波时差快慢波时差等值线3.精确探测瓦斯富集部位的三维三分量地震探测技术煤层节理裂隙发育，单位体积的煤表面积大，则吸附态的瓦斯的能力大。而节理裂隙发育的煤层的泊松比增大，煤层与顶板、底板的泊松比差发生变化。这种泊松比差的变化引起振幅随偏移距的变化。使用地震振幅探测瓦斯就是利用振幅信息寻找煤层中的节理裂隙密集带,即构造煤发育区4.瓦斯富集区预测的地震振幅变化判别技术利用地震振幅变化判别瓦斯富集的原理不同煤体的AVO响应煤层顶界面AVO响应无论是砂岩顶板还是页泥岩顶板，软分层AVO特征比较突出，这对于使用AVO技术预测瓦斯富集是有利的，是本次模型正演的一个积极成果不同煤体的AVO模型砂岩－原生煤泥岩－原生煤砂岩－构造煤泥岩－构造煤4.瓦斯富集区预测的地震振幅变化判别技术瓦斯突出煤层与非突出煤层的AVO响应G2050000010000001500000200000025000000200400600偏移距振幅cdp=206cdp=207cdp=210cdp=238G2-10000000100000020000003000000400000050000000200400600偏移距振幅cdp=179cdp=171cdp=175cdp=174cdp=178cdp=185瓦斯突出点附近非瓦斯突出点附近非突出煤层的地震振幅随着偏移距的增大呈上升趋势瓦斯突出煤层地震振幅随偏移距的增大呈下降趋势4.瓦斯富集区预测的地震振幅变化判别技术15:18:14125煤田地震资料精细解释-AVO三参数反演技术提出了一种新的三参数AVO反演方法，能直接反演ρ、K和μ三个弹性参数。用来预测瓦斯的突出部位密度图(瓦斯突出部位的密度小)瓦斯突出点剪切模量图(瓦斯突出部位的剪切模量小)瓦斯突出点4.瓦斯富集区预测的地震振幅变化判别技术根据三参数AVO反演结果预测预测依据：瓦斯突出煤层地震响应为:密度减小，剪切模量和体积模量减小预测方法：瓦斯突出区可通过预测低密度和（或）低剪切模量、低弹性模量区域来实现构造煤区域4.瓦斯富集区预测的地震振幅变化判别技术根据快慢波时差预测预测依据：含裂隙煤层出现横波分裂现象预测方法：含裂隙煤层的快慢波时差越大，各向异性越强，裂隙越发育快波方位探测裂隙发育方向裂隙煤区域5.建立了瓦斯富集区综合地震预测方法综合相关地震地质参数预测对煤层厚度、构造、埋深、顶底板岩性和含气性进行多属性综合分析得到煤层底板等高线、各向异性系数、裂隙方位和快慢波时差背景下的预测分布图5.建立了瓦斯富集区综合地震预测方法