2006/06/26煤礦瓦斯突出部位高分辨探測技術及其應用(一)

煤礦瓦斯突出部位高分辨探測技術及其應用

彭蘇萍，長江學者特聘教授
“煤炭資源與安全開采”國家重點實驗室主
中國礦業大學地質與地球物理研究所所長

一、國外研究現狀 1
二、研究方案及技術路線 1
三、主要應用領域及實用價值 3
（一）瓦斯突出煤體結構高分辨測井技術 3
1．瓦斯突出煤體結構高分辨測井曲線特征提取 3
2.不同突出危險程度煤體的測井響應 4
（二）礦井瓦斯富集部位的地震反演技術 5
1．實現高分辨率地震勘探 5
2．識別小斷層 5
3．預測煤層厚度 6
4．瓦斯及突出煤層的反演技術 7
（三）三維三分量地震探測煤礦瓦斯富集部位的技術 8
（四）探測瓦斯富集區的AVO技術 11
四、結論 18

我國層賦存地質條件復雜多變，瓦斯分布不均，重大瓦斯災害事故時有發生。瓦斯重大事故頻發的原因，除有些是安全管理不到位外，更主要與近十多年來我國煤礦隨開采深度增加瓦斯含量急劇增加有密切關系。開采深度的加大和開采規模的提高導致開采條件更趨復雜，而研究人員還習慣于應用淺部開采條件下的瓦斯地質作用特征和規律來指導深部開采地質狀況下的瓦斯治理，還主要采用基于礦井通風的煤礦瓦斯安全理論及技術，因此難以適應當前煤礦安全高效生產的迫切需求。實踐證明，當前煤礦瓦斯治理需要從全局出發，進行綜合預防和治理，其中有效的方法是在在掌握煤層中瓦斯和構造煤賦存規律的基礎上，在煤礦開采前對瓦斯進行有效超前預抽，降低瓦斯濃度，但我們目前對瓦斯的賦存特征和分布規律掌握很少，還沒有找到探測和預測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開采地質條件下，開采煤層圍巖巖體地質結構與瓦斯富集的關系，深入研究探索瓦斯富集和瓦斯突出災害源準確探測和預測的方法和技術。
一、國外研究現狀
世界一些主要產煤大國如英、德、法、前蘇聯、美國、澳大利亞和南非等國家，在煤礦瓦斯探測和預測方面作了大量工作。在美國，目前主要采用地面地震探測技術來預測瓦斯富集部位，用地面抽排技術來降低礦井瓦斯濃度。最成功的例子是美國西達山（Cedar Hill）礦區瓦斯地面抽放工程。該區為一單斜盆地，含7個煤組，煤層厚度大，連續性好。因此，首先通過三維地震勘探等查明礦區瓦斯分布范圍，確定分布區域中瓦斯富集部位。然后在富集部位進行地面抽放，使煤層中瓦斯含量大大減少。前蘇聯地區的地質學家則更重視利用各類地質參數和煤的物理、化學特征來預測預報瓦斯變化；德國在魯爾礦區采用橫波地震構造綜合探測技術和沿煤層水平鉆探探測和預測瓦斯的富集部位和煤礦開采前的瓦斯抽排，并認為橫波地震探測瓦斯是最具前景的方法；澳大利亞主要應用沿煤層鉆探、橫波地震、地面地震及地震填圖等手段預測工作面災害事故。
二、研究方案及技術路線
近年來，我們在淮南礦業集團等企業的大力支持下，對煤層中瓦斯富集特征和富集規律進行了大量分析與研究，開發了準確探測精細地質構造、煤層及其特征、頂底板巖性、煤和瓦斯突出區域預測的三維地震勘探技術體系及其資料處理與解釋軟件，初步建立了探測瓦斯富集部位的地震地質方法。
具體采用的研究流程如圖1所示：1）在鉆孔測井資料、煤樣分析結果與測井資料之間能夠建立明顯定量統計結果的地區，采用多地震屬性定量人工神經網絡技術，定量預測目的層的瓦斯含量。即將計算的目的層瓦斯含量曲線與井旁道地震屬性進行相關分析篩選，利用地球物理反演技術及地震多屬性神經網絡分析技術直接預瓦斯含量，得到瓦斯含量三維數據體，進而預測瓦斯富集帶；2）對鉆孔比較稀少、尚未建立瓦斯含量與測井資料之間定量關系的三維地震勘探工區，可以利用地震波形分類技術。即在精細解釋基礎上，對煤層附近的地震道進行波形分類，并與已知鉆孔瓦斯含量數據進行對比，分析瓦斯富集帶的地震響應特征，尋找地震波形屬性特征與瓦斯富集鉆孔之間的關系，進而將這種關系沿相同波形特征區外推，直接定性預測瓦斯富集帶。最后將上述預測結果進行結合，綜合選擇瓦斯的有利勘探目標對未采用三維地震勘探工區進行預測。

圖1 現場地質觀測、巖樣、測井、地震聯合預測瓦斯地質特征流程示意圖