基于地震信息的煤与瓦斯突出预测与评价方法研究

摘要

在我国，46％的煤矿属于高瓦斯矿井。瓦斯含量大，煤层透气性低，开采前的瓦斯抽放难度大，加之我国煤田构造十分复杂、地应力大，采掘时极易发生瓦斯突出现象。随着矿井开采深度的逐渐增加，我国发生煤与瓦斯突出灾害的次数和程度一直居高不下，已经成为导致煤矿特大恶性事故的头号杀手。
　　论文从瓦斯地质学基础出发，结合岩石物理学知识，阐述不同煤体结构的弹性参数特征和测井响应特征，总结并归纳了煤田常用的经验公式。以阳泉矿区煤系地层特征为基础，构建了瓦斯突出煤层的三维地质模型，进行了地震数值模拟，获得三维正演地震数据体。通过对理论地震记录、地震属性、波阻抗进行定量分析，得到“利用多种地震岩性信息可以提高构造煤的分辨能力，确定构造煤的分布范围”的结论。
　　论文提出了基于地震信息的煤与瓦斯突出预测与评价方法。利用地震信息评价影响煤层瓦斯赋存和突出的主要地质因素。在此基础上，制定了多因素评价指标的分类准则，引入了瓦斯突出危险系数G和瓦斯突出危险指数R，并以瓦斯突出危险指数R值的大小作为评价指标。
　　论文对阳泉矿区新景矿佛洼区、芦南二区进行了煤与瓦斯突出危险性的预测与评价。在三维地震资料处理时，抽取角度道集，生成角度叠加数据体，作为EI反演的输入数据。同时结合宽方位采集的特点，抽取了六个方位角道集，生成方位叠加数据体，为各向异性技术提供基础数据。在目标区预测工作中，联合EI反演和AI反演结果，创建煤体结构比例因子P值，以P>5作为界限，预测了构造煤的分布；借助概率神经网络技术融合地震属性、AI反演和EI反演的结果，对煤层及其顶底板的孔隙度进行计算；利用方位各向异性技术，对煤层的裂隙发育密度和发育方向进行了预测；结合测井资料，利用AI反演和地震属性技术，获得煤层顶底板岩性信息、构造信息和煤层褶曲/倾角信息，并预测了煤层厚度。然后，对影响煤与瓦斯突出的多种地质因素进行量化及危险性分类。根据不同目标区的实际地质及回采情况，择优选取影响因素进行预测，计算瓦斯突出危险系数G和瓦斯突出危险指数R，并作为最终评判标准。最后，用实际瓦斯监测数据验证了预测结果，验证效果良好。
　　因此，基于地震信息的煤与瓦斯突出预测与评价方法对于煤矿瓦斯防治具有重要意义。
　　该论文有图131幅，表30个，参考文献155篇。

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变量注释表

1绪论

1.1研究背景和意义(Background and Research Significance)

1.2 影响煤与瓦斯突出的地质因素(Geological Functions Effecting Coal and Gas Outburst)

1.3 国内外研究现状(Research Reviews)

1.4 研究目标和内容(Research Objective and Contents)

1.5主要创新点(Innovations)

2 瓦斯地质学基础

2.1影响瓦斯赋存的地质条件(Geological Conditions Effecting Gas Reservation)

2.2 控制煤与瓦斯突出的地质因素(Geological Functions Controlling Coal and Gas Outburst)

2.3本章小结(Summary of the Chapter)

3 岩石物理基础

3.1基础理论(Theoretical Basis)

3.2岩石物理学常用公式(Common Equations in Rock Physics)

3.3 煤系地层的岩石物性(Physical Properties of Rocks in Coal-bearing Strata)

3.4 本章小结(Summary of the Chapter)

4 岩性地震勘探方法

4.1地震属性技术(Seismic Attribute Technique)

4.2各向异性技术(Seismic Anisotropy Technique)

4.3地震反演技术(Seismic Inversion Technique)

4.4概率神经网络反演技术(PNN Inversion Technique)

4.5利用测井资料计算地应力(Calculating in-situ stress by log data)

4.6基于地震信息的煤与瓦斯突出预测与评价方法(Predicting and evaluating method of the coal and gas outburst based on seismic information)

4.7 本章小结(Summary of the Chapter)

5瓦斯突出煤层的地震模拟研究

5.1瓦斯突出煤层模型的设计(Model Design of the Gas Outburst Coalbed)

5.2瓦斯突出煤层的地震数值模拟(Seismic Simulated of the Gas Outburst Coalbed)

5.3本章小结(Summary of the Chapter)

6煤与瓦斯突出预测\评价应用实例

6.1研究区概况(Geological Background in Researching Area)

6.2 地震资料采集与主要处理流程(Seismic Data Acquisition and Main Processing Flow)

6.3 基于宽方位观测系统的应用实例(Case Based on Wide Azimuth Geometry System)

6.4 基于窄方位观测系统的应用实例(Case Based on Narrow Azimuth Geometry System)

6.5本章小结(Summary of the Chapter)

7 结论与展望

7.1研究成果(Research Results)

7.2 创新点(Innovations)

7.3 不足及展望(Potential Problems and Prospects)

参考文献

作者简历

学位论文数据集