地勘阶段煤与瓦斯突出区域预测技术

1、中国矿业大学资源与地球科学学院 煤田地勘阶段煤与瓦斯突出区域预测技术傅雪海2015年8月6日汇报提纲绪论瓦斯煤体结构煤层受力状态煤与瓦斯突出预测指标体系结论绪论 煤与瓦斯突出煤的物理力学性质（煤体结构）煤层瓦斯（压力和含量）煤层受力状态二、煤层瓦斯含量与压力 1、钻孔测试 解吸法或直接法测煤层瓦斯含量 封隔法测煤层瓦斯压力 2、井下测试 快速解吸法测煤层瓦斯含量 密封法测煤层瓦斯压力 某模拟点瓦斯含量演化图 某模拟点瓦斯压力演化图3、数值模拟煤层瓦斯动态平衡模型 4、预测 1）梯度法 淮南潘一矿实测煤层瓦斯含量梯度区段单元煤层相关方程式相关系数（r）梯度（m3/t）井田东翼F5下盘13-1W

2、=1.2166+0.0182H i 0.721.8211-2W =2.65+0.01 H i0.811.00F5上盘F4上盘13-1W =0.1442+0.0272 H i0.822.7211-2W =0.726+0.021 H i0.822.10F4上盘8W =0.86+0.0141 H i0.741.41井田西翼F4下盘13-1W=0.0315 H i -1.16240.943.1511-2W =1.29+0.0128 H i0.701.288W =2.64+0.0054 H i0.610.54注：W煤层瓦斯含量，m3/t；H i煤层顶板距基岩面深度，m；r相关系数。距基面深度/m1002

3、00300400500600700800900井田东翼F5下盘13-11.823.645.467.289.1010.9212.7414.5616.3811-21.202.203.204.205.206.207.208.209.20F5上盘F4上盘13-11.734.236.739.2311.7314.2316.7319.2321.7311-22.003.765.527.289.0410.812.5614.32F4上盘82.003.414.826.237.469.0510.4611.8713.28井田西翼F4下盘13-11.694.296.899.4912.0914.6917.2919.8922

4、.4911-20.982.263.544.826.107.388.669.9411.2282.543.524.55.486.467.448.429.40煤层瓦斯梯度法预测结果2）煤级压力温度吸附法 等温吸附实验表明，煤层吸附气量随煤级、压力的增加而增大，随温度的升高而降低。 潘一（a） VL,daf与Ro的关系（b） PL,daf与Ro的关系VL,daf、 PL,daf与Ro关系图r=0.99深部煤层吸附气含量模拟成果表 埋深/mRoVL,dafPL,dafVdafVad8000.7711.353.016.973.409000.8512.602.798.304.0510000.9313.862

5、.609.674.7111001.0113.764.248.384.0912001.0914.863.819.724.7413001.1715.973.4211.105.4214001.2517.083.0812.506.0915001.3318.182.7913.886.7716001.4118.352.5914.447.0417001.4919.422.2815.887.7418001.5720.502.0317.258.4219001.6521.581.8618.569.0520001.7322.661.7519.789.65V饱和吸附气量，m3/t；VL朗格缪尔体积，m3/t；PL朗格

6、缪尔压力，MPa；p储层压力，MPa；ad干燥基；daf干燥无灰基；Ro镜质组反射率，%3）间接计算相对瓦斯涌出量计算1、煤体结构划分三、 煤体结构本文（测井解释）防治煤与瓦斯突出细则傅雪海，1999（基于测井解释）河南理工大学2003陈富勇2005-正常结构煤类非破坏煤原生结构碎裂煤（类）原生结构煤原生结构煤-过渡结构煤类破坏煤构造煤碎裂煤构造煤碎裂煤菱形包裹体煤-构造煤类强烈破坏煤碎斑煤（类）软煤碎粒煤片状煤鳞片状煤类粉碎煤揉皱煤类全粉煤糜棱煤或碎粉煤（类）糜棱煤粉末状煤2、煤体结构与地质构造的关系及其预测 据断层造成的构造煤宽度与断距的关系， 预测构造煤分布范围3、煤体结构与煤层厚度变化

7、的关系及其预测 方法：用趋势面分析方法求得构造影响前煤层理论 厚度，再与实际厚度相减，获得残差值。 煤厚残差变化较大的区域就是构造煤发育的场所 原理 ：基于构造煤的形成、煤层的赋存与其顶、底板岩性、硬度、力学性质的内在关系。 计算方法 煤层的顶、底板各取10m（不是一种岩性则累加到10m），相对强度取值来计算每个钻孔不同煤层顶、底板岩性的相对强度值。计算公式为：4、煤体结构与煤层顶底板岩石强度的关系及其预测 原理：煤田勘探中对构造煤与非构造煤物性差异反映明显的是视电阻率曲线（DLW）和伽玛伽玛曲线（HGG）。由于构造煤的大孔与中孔较非构造煤发育，构造煤的含水性增强，导致构造煤分层的视电阻率电位

8、曲线幅值相对减小，伽玛伽玛曲线的幅值相对增大。煤体结构类型曲线形态（变化特征）视电阻率电位人工伽玛自然伽玛声波时差井径类原生结构煤幅值增高，界面陡直，峰顶圆滑高幅值，峰顶一般近似水平锯齿状低幅值异常，多呈近似缓波状高幅值，峰顶一般波浪状一般与围岩一致或略有起伏近似一直线类过渡煤与类相比幅值略有降低，多呈微台阶状或微波浪状与类相比幅值略有增高幅值变化不明显与类相比幅值略有增高与类相比幅值略有增高类构造煤曲线幅值明显降低，上、下台阶状，凸形或箱形。党全层为构造煤时，多数界面呈缓波状大多数幅值明显增高幅值变化不明显幅值明显增高，峰顶多呈参差状或大的波浪状井径曲线明显增大，个别变为方块状不同煤体结构类

9、型测井曲线形态5、测井曲线解释煤体结构判识方法 1、必须掌握研究区内主要煤层原生结构煤的地球物理性质及其各测井参数曲线幅值变化和基本形态特征，了解所研究的煤层测井参数曲线幅值和基本形态在区域上及层域上的变化规律。 2、在上述掌握和了解的基础上将需要分析的层点测井曲线与同一煤层的正常结构煤的测井曲线进行对比，比较同一种参数曲线之间的差异，以确定该层点测井曲线有无变化及变化的部位和变化的明显程度。 3、将需要分析的层点测井曲线与同一钻孔中其它煤层的测井曲线进行对比，分析该层点测井曲线幅值和基本形态是否符合该煤层在区域上的变化规律，对异常变化部位要分析其影响因素，保证判识结构的准确性。 4、将需要分

10、析的层点测井曲线与邻近钻孔中同一煤层的测井曲线进行对比，分析该层点测井曲线幅值和基本形态是否符合该煤层在区域上的变化规律，保证其资料解释的一致性。 以井下观察为基础，参考钻孔煤心的煤体结构描述。煤层鉴定钻孔总数全煤层属类型煤全煤层属类型煤全煤层属+类型煤全煤层属类型煤类型煤多于+类型煤类型煤少于+类型煤钻孔数占总数比钻孔数占总数比钻孔数占总数比钻孔数占总数比钻孔数占总数比钻孔数占总数比876121634101317221925152011-256244714259161832916131227 61 165221841344537四、煤层受力状态分析 印支运动（早二叠世末三叠纪末）最大主压应力

11、轴方向介于17197和 34919；优选产状是35310。最大主压应力和最大剪切应力的高值域出现于淮南矿区的北部边缘和西段，潘集背斜以南和顾桥新集以东地区为低值域分布区。该期该区以挤压剪切变形为主。燕山运动（早侏罗世晚白垩世）喜马拉雅运动（古近纪新近纪）新构造期（第四纪）最大主压应力轴的产状为270129821和 98431424，优选产状为29412。在燕山运动和印支运动经受的构造形变具有明显的继承性最大主压应力的方位变化在3753之间，优选产状为 445；构造应力场以NESW向挤压、NWSE向伸展为其基本特征。淮南矿区不同部位的受力，由南半部是挤压应力集中的场所，并逐渐向北半部衰减成低应力

12、区现代应力场的数值模拟结果表明，淮南矿区剪切挤压应力及其高值域沿着煤田南部边缘分布，并向北逐渐衰减。本次研究区潘一矿总体处于伸展拉张应力环境。 1、构造应力场演化曲率计算方法 曲率取值构造曲率与应力分布对应关系2、构造曲率分析 曲率实际上是褶皱的最精细描述，正曲率值反映背斜形态，负曲率值反映向斜形态。 五、煤与瓦斯突出指标体系煤层始突深度/m始突标高/m始突压力/MPa始突煤层甲烷含量（ad，/m3t-1）13-1427-4071.597.7710.1911-2638-6182.836.589.718550-5271.565.978.26潘一矿各煤层始突深度与始突压力表发生煤与瓦斯突出点的瓦斯、构造煤、曲率值等煤层甲烷含量（ad）/m3t-1煤层位置危险区无突出危险区F5下盘13-15.53.26.73.85.76.93.54.10.740.740.740.74单一煤层构造煤累计厚度/m1.40.50.5煤层底板构造曲率5010-6煤厚残差/m0.535底板相对力学强度103535潘一矿煤与瓦斯突出区域预测指标体系煤与瓦斯突出危险性预测综合指标 K=0.46e0.13W+13.36e1.38T-17824.94C+6.7 K，突出综合预测指标； W，瓦斯含量