地勘阶段煤及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中国矿业大学资源与地球科学学院 煤田地勘阶段煤田地勘阶段煤与瓦斯突出区域预测技术煤与瓦斯突出区域预测技术傅雪海傅雪海20152015年年8 8月月6 6日日汇报提纲汇报提纲绪论绪论瓦斯瓦斯煤体结构煤体结构煤层受力状态煤层受力状态煤与瓦斯突出预测指标体系煤与瓦斯突出预测指标体系结论结论绪论绪论 煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出 煤的物理力学性质（煤体结构）煤的物理力学性质（煤体结构）煤层瓦斯（压力和含量）煤层瓦斯（压力和含量）煤层受力状态煤层受力状态二、煤层瓦斯含量与压力二、煤层瓦斯含量与压力 1 1、钻孔测试钻孔测试 解吸法或直接法测煤层瓦斯含量解吸法或直接法测煤层瓦斯含

2、量 封隔法测煤层瓦斯压力封隔法测煤层瓦斯压力 2、井下测试井下测试 快速快速解吸法测煤层瓦斯含量解吸法测煤层瓦斯含量 密密封法测煤层瓦斯压力封法测煤层瓦斯压力演化时间（Ma）含气量（m/t）01002003000481216203演化时间（Ma）瓦斯压力（MPa）864203002001000图1 3-6模拟点含气量演化图Figure 1 Evolution Map of Gas Content of Point 3-6图2 1-1模拟点瓦斯压力曲线Figure 2 Line of Gas Pressure of Point 1-113-1煤层11-2煤层8煤层 某模拟点瓦斯含量演化图某模拟点

3、瓦斯含量演化图 某模拟点瓦斯压力演化图某模拟点瓦斯压力演化图3 3、数值模拟数值模拟煤层瓦斯动态平衡模型煤层瓦斯动态平衡模型 4、预测预测 1 1）梯度法梯度法 淮南潘一矿实测煤层瓦斯含量梯度淮南潘一矿实测煤层瓦斯含量梯度区段单元区段单元煤层煤层相关方程式相关方程式相关系数（相关系数（r）梯度（梯度（m3/t）井井田田东东翼翼F5下盘下盘13-1W =1.2166+0.0182H i 0.721.8211-2W =2.65+0.01 H i0.811.00F5上盘上盘F4上盘上盘13-1W =0.1442+0.0272 H i0.822.7211-2W =0.726+0.021 H i0.82

4、2.10F4上盘上盘8W =0.86+0.0141 H i0.741.41井田井田西翼西翼F4下盘下盘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：注：W煤层瓦斯含量，煤层瓦斯含量，m3/t；H i煤层顶板距基岩面深度，煤层顶板距基岩面深度，m；r相关系数。相关系数。距基面深度/m100200300400500600700800900井田东翼F5下盘13-11.823.645.467.289.1010.9212.7414.5616.3811-21.202.20

5、3.204.205.206.207.208.209.20F5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13-11.694.296.899.4912.0914.6917.2919.8922.4911-20.982.263.544.826.107.388.669.9411.2282.543.524.55.486.467.448.429.40煤层瓦斯梯度法预测结果

6、煤层瓦斯梯度法预测结果2 2）煤级煤级压力压力温度温度吸附法吸附法 等温吸附实验表明，煤层吸附气量随煤级、压力的增等温吸附实验表明，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。加而增大，随温度的升高而降低。 潘一潘一（a） VL,daf与与Ro的关系的关系（b） PL,daf与与Ro的关系的关系VL,daf、 PL,daf与与Ro关系图关系图0.70.80.91.01.11.25006007008009001000y = 0.0006x + 0.5729r = 0.950.70.80.91.01.11.2300400500600700800埋深 （m）镜质组最大反射率（%）T=0

7、.031（H-30）+16.80510152025303540450100 200 300 400 500 600 700 800 900埋深（m）温度（）T=0.032（H-30）+16.80510152025303540450100 200 300 400 500 600 700 800 900埋深（m）温度（）r=0.99深部煤层吸附气含量模拟成果表深部煤层吸附气含量模拟成果表 埋深埋深/mRoVL,dafPL,dafVdafVad8000.7711.353.016.973.409000.8512.602.798.304.0510000.9313.862.609.674.7111001.

8、0113.764.248.384.0912001.0914.863.819.724.7413001.1715.973.4211.105.4214001.2517.083.0812.506.0915001.3318.182.7913.886.7716001.4118.352.5914.447.0417001.4919.422.2815.887.7418001.5720.502.0317.258.4219001.6521.581.8618.569.0520001.7322.661.7519.789.65LLVpVpPV饱和吸附气量，饱和吸附气量，m3/t；VL朗格缪尔体积，朗格缪尔体积，m3/t；

9、PL朗格缪尔压力，朗格缪尔压力，MPa；p储层压力，储层压力，MPa；ad干燥基；干燥基；daf干燥无灰基；干燥无灰基；Ro镜质组反射率，镜质组反射率，%()11011 0.31sn ttdadabppWebpMz3 3）间接计算间接计算相对瓦斯涌出量计算相对瓦斯涌出量计算1 1、煤体结构划分煤体结构划分三、三、 煤体结构煤体结构本文本文（测井解释）（测井解释）防治煤与瓦防治煤与瓦斯突出细则斯突出细则傅雪海，傅雪海，1999（基于测井解（基于测井解释）释）河南理工大学河南理工大学2003陈富勇陈富勇2005-正常结构正常结构煤煤类非破坏类非破坏煤煤原生结构原生结构碎碎裂煤（裂煤（类）类）原生结

10、构煤原生结构煤原生结构煤原生结构煤-过渡结构过渡结构煤煤类破坏煤类破坏煤构构造造煤煤碎裂煤碎裂煤构构造造煤煤碎裂煤碎裂煤菱形包裹体菱形包裹体煤煤-构造煤构造煤类强烈破类强烈破坏煤坏煤碎斑煤碎斑煤（类）类）软软煤煤碎粒煤碎粒煤片状煤片状煤鳞片状煤鳞片状煤类粉碎煤类粉碎煤揉皱煤揉皱煤类全粉煤类全粉煤糜棱煤或碎粉糜棱煤或碎粉煤（煤（类）类）糜棱煤糜棱煤粉末状煤粉末状煤2 2、煤体结构与地质构造的关系及其预测煤体结构与地质构造的关系及其预测 据据断层断层造成的造成的构造煤宽度构造煤宽度与与断距的断距的关系，关系， 预测构造煤分布范围预测构造煤分布范围3 3、煤体结构与煤层厚度变化的关系及其预测煤体结构

11、与煤层厚度变化的关系及其预测 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。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煤厚残差变化较大的区域就是构造煤发育的场所iiiZZe 原理原理 ：基于构造煤的形成、煤层的赋存与其顶、底板岩性、：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。硬度、力学性质的内在关系。 计算方法计算方法 煤层的顶、底板各取煤层的顶、底板各取10m10m（不是一种岩性则累加（不是一种岩性则累加到到10m10m），相对强度取值来计算每个

12、钻孔不同煤层顶、底板岩性的），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：相对强度值。计算公式为：niiifhf14 4、煤体结构与煤层顶底板岩石强度的关系及其预测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（视电阻率曲线（DLWDLW）和伽玛伽玛曲线（）和伽玛伽玛曲线（HGGHGG）。由于构造煤的大孔与）。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

13、电位曲线幅值相对减小，伽玛伽玛曲线的幅值相对增大。阻率电位曲线幅值相对减小，伽玛伽玛曲线的幅值相对增大。煤体结构类煤体结构类型型曲线形态（变化特征）曲线形态（变化特征）视电阻率电位视电阻率电位人工伽玛人工伽玛自然伽玛自然伽玛声波时差声波时差井径井径类原生结类原生结构煤构煤幅值增高，界面陡幅值增高，界面陡直，峰顶圆滑直，峰顶圆滑高幅值，峰顶高幅值，峰顶一般近似水平一般近似水平锯齿状锯齿状低幅值异常，低幅值异常，多呈近似缓波多呈近似缓波状状高幅值，峰顶高幅值，峰顶一般波浪状一般波浪状一 般 与 围 岩一 般 与 围 岩一 致 或 略 有一 致 或 略 有起 伏 近 似 一起 伏 近 似 一直线直线

14、类过渡煤类过渡煤与与类相比幅值略有类相比幅值略有降低，多呈微台阶降低，多呈微台阶状或微波浪状状或微波浪状与与类相比幅类相比幅值略有增高值略有增高幅值变化不明幅值变化不明显显与与类相比幅类相比幅值略有增高值略有增高与与 类 相 比类 相 比幅 值 略 有 增幅 值 略 有 增高高类构造煤类构造煤曲线幅值明显降低，曲线幅值明显降低，上、下台阶状，凸上、下台阶状，凸形或箱形。党全层形或箱形。党全层为构造煤时，多数为构造煤时，多数界面呈缓波状界面呈缓波状大多数幅值明大多数幅值明显增高显增高幅值变化不明幅值变化不明显显幅值明显增高，幅值明显增高，峰顶多呈参差峰顶多呈参差状或大的波浪状或大的波浪状状井 径

15、 曲 线 明井 径 曲 线 明显 增 大 ， 个显 增 大 ， 个别 变 为 方 块别 变 为 方 块状状不同煤体结构类型测井曲线形态不同煤体结构类型测井曲线形态5 5、测井曲线解释煤体结构测井曲线解释煤体结构判识方法判识方法 1 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、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。值和基本形态在区域上及层域上的变化规律。 2 2、在上述掌握和了解的基础上将需要分

16、析的层点测井曲线与同一煤、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，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。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 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、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

17、位要分析其影响因素，保证判识结构的准确性。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 4、将需要分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、将需要分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。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

18、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、煤层受力状态分析四、煤层受力状态分析 印支运动印支运动（早二叠世末（早二叠世末三叠纪末）三叠纪末）最大主压应力轴方向介于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。燕山运动燕山运动（早侏罗世（

19、早侏罗世晚白垩世）晚白垩世）喜马拉雅运动喜马拉雅运动（古近纪（古近纪新近纪）新近纪）新构造期新构造期（第四纪）（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 1、

20、构造应力场演化构造应力场演化曲率计算方法曲率计算方法 曲率取值曲率取值构造曲率与应力分布对应关系构造曲率与应力分布对应关系23/2|zK =(1+z )ax(,)FBIAJEGCHKMKKKK2 2、构造曲率分析构造曲率分析 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。斜形态，负曲率值反映向斜形态。 五、煤与瓦斯突出指标体系五、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、曲率值等发生煤与瓦斯突出点的瓦斯、构造煤、曲率值等煤层甲烷煤层甲烷含量（含量（ad）/m3t-1煤层煤层位置位置危险区危险区无突出危险无突