弱固结地层特厚煤层综放开采覆岩破坏及水害防控研究

为解决多重含水层下弱固结特厚煤层水害防治问题,本文采用类比分析法、数值模拟法和相似模拟法,研究了灵东煤矿采空区下Ⅱ3特厚煤层顶分层开采的覆岩破坏特征,分析了导水裂缝带发育特征,提出了“物探+钻探”的方式提前疏放导水裂缝带内含水层的控水采煤方法。研究结果表明,位于Ⅱ3特厚煤层上覆的Ⅱ2特厚煤层回采时,覆岩破坏呈现“阶梯式”垮塌特征,Ⅱ3特厚煤层顶分层回采时,在工作面初次来压后,覆岩呈现出与Ⅱ2-1煤层层间岩层同步协调弯曲下沉的现象;预计导水裂缝带未波及Ⅱ2-1煤层采空区,采用“音频电透视+瞬变电磁”探测得出一含、二含(1)的采空区的富水异常区,重点针对富水异常区进行钻孔探测,兼顾非富水异常区,最终实现了首采工作面的安全回采。

煤层气储层可改造性评价——以郑庄区块为例

我国煤层气资源探明率与动用率“双低”,导致煤层气增产显著放缓,已经成为制约我国煤层气产业发展的瓶颈问题。常规煤储层评价较少考虑煤储层的可改造性潜力,导致发现的优质储量偏少,已发现的储量动用率偏低,因此,迫切需要开展煤储层可改造性评价研究。以沁水盆地南部郑庄区块为例,系统开展了岩心与大样物理模拟实验、测井与地震反演分析等;通过对比分析典型井储层地质特征与微地震水力压裂裂缝监测结果,指出影响煤储层可改造性的关键地质因素为煤体结构、宏观煤岩类型、煤层构造变形、煤层地应力、煤层与顶底板的抗拉强度之差,建立了煤储层可改造性综合定量评价模型;并对郑庄区块煤储层可改造性进行了评价分区,其结果得到了区内千余口产气井的验证。研究成果可用于指导尚未动用储量区的煤层气建产和已动用储量区的开发方案优化调整,根据不同区块储层地质特点选择适应性的工程技术与改造方案,以实现地质工程一体化,是我国煤层气“增储上产”的关键。

基于地震沉积学的含煤岩系沉积相及其演化分析

为了探究含煤岩系聚煤前后沉积相及其演化特征,运用地震沉积学解释技术,通过基于最小等时单元地层切片的地震属性优选法及单井层序地层的岩性与微相划分标定法,建立了敏感属性与岩性、沉积相的对应关系,对沁水盆地中裕地区山西组2号煤层聚煤前后沉积相及其演化进行了研究。研究结果表明:中期旋回作为该区的最小等时研究单元,以短期旋回作为控制进行切片可以研究四-五级序界面内的沉积现象;均方根振幅属性可以作为沉积相平面展布特征预测的敏感属性;山西组2号煤层聚煤前为下三角洲沉积环境,聚煤后为上三角洲沉积环境,并识别出了分流河道、天然堤、泛滥盆地和泥炭沼泽等沉积微相及其空间分布。

煤层气封存单元及其地震-地质综合识别方法初探

煤层含气性与渗透性的空间分布具有强烈的非均一性,基于地质选区理论预测的富集有利区控制精度不能完全适应煤层气开发的空间尺度需求。为将稀疏的钻孔测井资料和空间密集采样的地震资料有机结合起来,实现区块尺度下煤层气富集高产区的精细预测,引入煤层气封存单元的概念,并对其构成要素和基本特征进行了讨论;提出基于地震地质综合研究,识别区块尺度下煤层气封存单元的研究思路和方法。初步研究表明:在煤层气地质理论指导下,以煤层气封存单元的封堵层(带)为研究对象,运用以地震属性分析、地震反演为核心的地震综合解释技术,将构造、围岩岩性及其组合、聚煤前后沉积微相等封堵层(带)构成要素作为主要研究内容,可以实现对煤层气封存单元的识别与划分。

基于地震沉积学方法的煤层厚度预测

为获得中裕地区的精细煤厚资料,基于相控沉积理论,借助地震沉积学在地层岩性识别及沉积相带划分等方面的优势,提出利用地震沉积学方法预测煤厚的思路。通过对研究区山西组2~#煤层聚煤前后沉积相带分布及其演化与煤厚相关性分析,实现对2~#煤层厚度的预测。结果表明:研究区2~#煤层聚煤前为下三角洲沉积环境,聚煤后为上三角洲沉积环境。后期构造及聚煤后沉积环境对煤厚变化影响较小,而聚煤前沉积环境及其相带分布对煤厚变化起控制作用。煤厚预测结果与钻孔揭露吻合较好,最大绝对误差厚度为0.24 m,最大相对误差为9.19%,精度相对较高,证实了该方法的可行性。

基于地震沉积方法的煤系岩性及其沉积演化特征分析

为了清晰地揭示潘庄地区山西组主采3号煤层顶底板岩性及其沉积演化特征,基于地震沉积方法,建立了高分辨率等时地层格架,利用地层切片技术提取及优选敏感地震属性组合,并通过井点不同层序内岩性及沉积信息与地震属性实施层位配置关系进行敏感属性的标定,实现对山西组煤系地层成煤前后不同时期内岩性展布及其沉积演化特征的精细揭示。结果表明:山西组自下至上可划分为3个中期旋回,分别对应Sq_(10)、Sq_(11)和Sq_(12)三个四级层序;潘庄地区中期旋回可作为区域沉积研究的基本单元;最大波峰振幅、平均反射强度及均方根振幅可作为最优属性实施沉积岩性研究;山西组3号煤层聚煤前后岩性呈现渐变特征,砂质沉积逐渐增多,泥质沉积逐渐减少,总体呈现由下三角洲平原到上三角洲平原的缓慢过渡。

厚煤层综放开采底板破坏特征研究

为研究厚煤层综放开采工作面底板破坏特征,运用滑移线场理论,构建了靠近工作面超前支承压力影响的底板破坏深度计算模型,采用数值模拟分析了不同推进度下的覆岩破坏特征,采用瞬变电磁法,开展煤层底板破坏深度探测工作。研究结果表明,在考虑超前支承压力影响下工作面煤层底板最大破坏深度为28.15 m,在工作面达到充分采动时,上覆岩层破坏形态呈现出马鞍形,而煤层底板破坏呈现出勺形,采用瞬变电磁法获取的煤层底板破坏深度为35 m,且工作面回采后未出现异常突水现象,研究结果确保了工作面的安全回采。

基于三维数值模拟及矿井瞬变电磁法的导水构造探测研究

导水构造隐秘性较强,是煤矿水害事故中的重大隐患,导水构造的有效探测对预防煤矿突水意义重大。基于目标层段煤系岩层地电特征及前期三维地震探测成果,建立了导水构造三维地质模型,运用Maxwell软件进行三维数值模拟以揭示区域导水构造的电磁响应特征;利用矿井瞬变电磁方法进行了掘进巷道左侧帮及巷道掘进面方向的数据采集,通过对数据进行适应性处理、反演计算和综合解释,明确了巷道左侧帮及巷道掘进面前方SF32导水断层的空间位置。结果表明,SF32导水断层在距巷道左侧帮45~50 m处呈东西向展布,延伸至掘进面左前方40 m区域时出现了向北西方向的转向。最终通过钻孔验证了该导水断层的方位,修正了前期三维地震勘探所解释该断层的空间位置,证明了该方法的准确性和有效性。

浅层低信噪比地震数据处理方法研究与应用

浅层地震资料具有目的反射层较浅,覆盖次数较低,地表干扰较强,信噪比与分辨率较低等特点,要获得高质量的浅层地震解释剖面一直是数据处理的一大难题。本文针对其难点,研究出一套以叠前组合去噪技术、自适应预测反褶积技术、各向异性动校正与高精度速度分析、Kirchhoff叠前时间偏移成像等关键技术为核心的处理方法,应用效果表明基于本套处理方法得出浅层地震解释剖面中断层的成像效果可以满足后期精细化地质解释的要求。

基于三维数值模拟的复杂构造地区槽波精细探测研究

为了查明六家煤矿E1N_(4)6-7工作面构造分布和煤厚变化情况,保证矿井安全生产,根据E1N_(4)6-7工作面实际地质特征开展了三维数值模拟工作,在分析工作面槽波及频散特征的基础上开展了工作面透射槽波研究。研究结果表明,采用交错网格有限差分GPU并行法对基于实际地质特征的三维多岩层断裂模型实施弹性波场数值模拟,可揭示落差3 m断层的槽波能量变化;采用“全息采集”方式布设观测系统,可最大限度地接收有效槽波信号。透射槽波探测结果显示,E1N_(4)6-7工作面共存在3处断层和1处煤厚变薄区,共4处地质异常。工作面回采实际揭露情况与此次槽波探测结果吻合良好,验证了该方法的可靠性。研究为精细探测构造复杂地区的微小断层奠定了基础。

井震联合煤系沉积微相及其演化特征预测

为实现对聚煤前后沉积微相及其演化特征的精细预测,运用井震联合方式,以地质统计学和平面差值算法为工具,利用基于地层切片的属性解释技术,以层序内砂地比信息作为沉积微相的表征参数,建立敏感属性与岩性、沉积微相的对应关系,对鄂尔多斯盆地东缘沙曲地区山西组3+4#煤层聚煤前后沉积微相及其演化特征进行精细预测。结果表明:研究区山西组可以划分为两个中期基准面旋回和若干短期基准面旋回,而中期基准面旋回是井震统一尺度研究的基础;平均反射强度和最大波峰属性可以作为聚煤前最优属性组合,弧长和最大波谷属性可以作为聚煤后最优属性组合;山西组3+4#煤层聚煤前为下三角洲平原沉积环境,聚煤后为上三角洲平原沉积环境。

近距离煤层垂向采空区高静储瞬态充水模式与解危技术

榆神府矿区侏罗纪煤田垂向层序上赋存多个煤层,当下层煤开采时,面临上部近距离采空区积水威胁,基于垂向采空区充水模式的综合解危技术是下层煤安全回采的关键。通过分析煤层顶板岩性组合、含隔水层以及导水裂缝带发育高度特征,形成了近距离煤层垂向采空区高静储瞬态充水模式,认为基岩风化带水、火烧区水、第四系萨拉乌苏组松散层潜水以及大气降水是浅层采空区的直接或间接补给水源,在上部煤层采空区中形成较高水位的静储量;近距离煤层下层煤开采时,导水裂缝带沟通上部采空区,高静储积水以瞬间溃入形式进入下层煤回采工作面。针对高静储采空区积水威胁,提出了“近距离煤层充水模型建立—采空区积水范围探测与积水量预计—垂向采空区积水解危—疏控效果评价”4阶段解危模式,形成了解危成功的判别标准,即当钻孔疏放量等于动态补给量时,可认定采空区静储量积水已基本疏放完毕,采空区积水威胁解除。该成果在神木惠宝煤矿成功应用,对类似条件下的矿井具有借鉴意义。