煤矿瓦斯突出部位高分辨探测技术及其应用

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1、煤矿瓦斯突出部位高分辨探测技术及其应用彭苏萍2006年6月21日我国层赋存地质条件复杂多变，瓦斯分布不均，重大瓦斯灾害事故时有发生。瓦斯重大事故频发的原因，除有些是安全管理不到位外，更主要与近十多年来我国煤矿随开采深度增加瓦斯含量急剧增加有密切关系。开采深度的加大和开采规模的提高导致开采条件更趋复杂，而研究人员还习惯于应用浅部开采条件下的瓦斯地质作用特征和规律来指导深部开采地质状况下的瓦斯治理，还主要采用基于矿井通风的煤矿瓦斯安全理论及技术，因此难以适应当前煤矿安全高效生产的迫切需求。实践证明，

2、当前煤矿瓦斯治理需要从全局出发，进行综合预防和治理，其中有效的方法是在在掌握煤层中瓦斯和构造煤赋存规律的基础上，在煤矿开采前对瓦斯进行有效超前预抽，降低瓦斯浓度，但我们目前对瓦斯的赋存特征和分布规律掌握很少，还没有找到探测和预测瓦斯富集和突出部位的有效方法和手段。因此迫切需要探索在深部开采地质条件下，开采煤层围岩岩体地质结构与瓦斯26富集的关系，深入研究探索瓦斯富集和瓦斯突出灾害源准确探测和预测的方法和技术。一、国外研究现状世界一些主要产煤大国如英、德、法、前苏联、美国、澳大利亚和南非等国家，在

3、煤矿瓦斯探测和预测方面作了大量工作。在美国，目前主要采用地面地震探测技术来预测瓦斯富集部位，用地面抽排技术来降低矿井瓦斯浓度。最成功的例子是美国西达山（CedarHill）矿区瓦斯地面抽放工程。该区为一单斜盆地，含7个煤组，煤层厚度大，连续性好。因此，首先通过三维地震勘探等查明矿区瓦斯分布范围，确定分布区域中瓦斯富集部位。然后在富集部位进行地面抽放，使煤层中瓦斯含量大大减少。前苏联地区的地质学家则更重视利用各类地质参数和煤的物理、化学特征来预测预报瓦斯变化；德国在鲁尔矿区采用横波地震构造综合探测

4、技术和沿煤层水平钻探探测和预测瓦斯的富集部位和煤矿开采前的瓦斯抽排，并认为横波地震探测瓦斯是最具前景的方法；澳大利亚主要应用沿煤层钻探、横波地震、地面地震及地震填图等手段预测工作面灾害事故。二、研究方案及技术路线近年来，我们在淮南矿业集团等企业的大力支持下，对煤层中瓦斯富集特征和富集规律进行了大量分析与研究，开发了准确探测精细地质构造、煤层及其特征、26顶底板岩性、煤和瓦斯突出区域预测的三维地震勘探技术体系及其资料处理与解释软件，初步建立了探测瓦斯富集部位的地震地质方法。具体采用的研究流程如图1

5、所示：1）在钻孔测井资料、煤样分析结果与测井资料之间能够建立明显定量统计结果的地区，采用多地震属性定量人工神经网络技术，定量预测目的层的瓦斯含量。即将计算的目的层瓦斯含量曲线与井旁道地震属性进行相关分析筛选，利用地球物理反演技术及地震多属性神经网络分析技术直接预瓦斯含量，得到瓦斯含量三维数据体，进而预测瓦斯富集带；2）对钻孔比较稀少、尚未建立瓦斯含量与测井资料之间定量关系的三维地震勘探工区，可以利用地震波形分类技术。即在精细解释基础上，对煤层附近的地震道进行波形分类，并与已知钻孔瓦斯含量数据进行

6、对比，分析瓦斯富集带的地震响应特征，寻找地震波形属性特征与瓦斯富集钻孔之间的关系，进而将这种关系沿相同波形特征区外推，直接定性预测瓦斯富集带。最后将上述预测结果进行结合，综合选择瓦斯的有利勘探目标对未采用三维地震勘探工区进行预测。钻孔资料26图1现场地质观测、岩样、测井、地震联合预测瓦斯地质特征流程示意图地震资料进行瓦斯区域预测煤层资料三、主要应用领域及实用价值（一）瓦斯突出煤体结构高分辨测井技术1．瓦斯突出煤体结构高分辨测井曲线特征提取煤与瓦斯突出发生在突出煤体中。突出煤体多为原生结构遭受破坏

7、的煤体，一般具有构造结构特征，通常称为构造煤。研究突出煤体的地球物理测井响应特征，可以为划分突出煤体结构、预测瓦斯危险性提供依据。通过对研究区内的视电阻率、自然电位、自然伽玛、人工伽玛、井径和声波时差等测井曲线进行研究，发现同一煤层中构造煤与原生煤、夹矸的测井曲线有明显区别（见图2，表1）。26图2淮南顾桥副检1井13-1煤层测井曲线表1瓦斯突出煤体的测井曲线幅值特征类别测井曲线幅值视电阻率伽玛伽玛声波时差自然伽玛构造煤低高高中泥岩夹矸低低低高原生煤高中中低构造煤表现为视电阻率明显下降的低幅值，

8、伽玛伽玛曲线和声波时差曲线则为较明显的高幅值，自然伽玛曲线为明显上升的中等幅值。煤层中泥岩夹矸的视电阻率曲线、伽玛伽玛曲线和声波时差曲线均呈低幅值，自然伽玛曲线为明显高幅值。原生煤视电阻率曲线为明显高幅值，自然伽玛曲线为明显低幅值，伽玛伽玛曲线和声波时差曲线的幅值介于构造煤与泥岩夹矸之间。262.不同突出危险程度煤体的测井响应对研究区常规测井曲线和VSP测井进行统计与综合研究，得到了不同突出危险程度煤体的测井响应特征（如表2所示）。不同突出危险程度的煤体测井响应具有明显的差异性，测井响应的差异可