礦井採區應力分布的地震預測方法研究

《礦井採區應力分布的地震預測方法研究》是依託中國礦業大學，由陳同俊擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：礦井採區應力分布的地震預測方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳同俊
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

近年來，煤礦採區動力災害造成了大量的人員及財產損失。現有研究認為，煤礦採區動力災害主要受煤層及其上方關鍵層的應力非均勻分布控制。本次以煤層及其上方關鍵層為研究目標，結合方位各向異性分析、層速度反演、礦井彈性波CT及方位各向異性分析、岩樣測試和岩石物理隨機模擬等技術和方法，綜合預測煤礦採區應力分布。預測主要包括採區垂向應力分布和採區水平應力分布等兩部分。對於採區垂向應力分布的預測來說，主要結合AVO反演、測井曲線約束層速度反演、岩樣彈性波速度與應力關係測試和岩石物理隨機模擬等技術進行。對於採區水平應力分布的預測來說，主要結合方位AVO的方位各向異性分析、礦井彈性波CT及方位各向異性分析和岩石物理隨機模擬等技術進行。通過上述兩個方面的預測，最終獲得礦井採區垂向應力分布和水平應力分布，為煤礦採區衝擊礦壓和煤與瓦斯突出等動力災害的有效防治，提供可靠的應力分布資料。

結題摘要

近年來，煤礦採區動力災害造成了大量的人員及財產損失。現有研究認為，煤礦採區動力災害主要受煤層及其上方關鍵層的應力非均勻分布控制。本次以煤層及其上方關鍵層為研究目標，結合密度和層速度反演、礦井地震波CT 及方位各向異性分析、岩樣測試、地質力學仿真模擬和岩石物理隨機模擬等技術和方法，綜合研究煤礦採區應力分布的地震預測技術。首先，根據採區測井曲線和應力分布控制要素的特點，研究高質量聲波曲線生成技術和採區關鍵層定量評價技術。其次，分別從孔隙壓力預測、速度與應力關係、零偏移距剖面反演和垂向應力分布的仿真模擬等幾個方面研究採區垂向應力分布預測技術。通過對比多種孔隙壓力預測方法，發現Flemings法的預測效果最好。通過實驗測試，發現岩樣速度與應力呈冪函式關係，並且關係曲線受圍壓影響。AVO反演可以獲得零偏移距剖面，但非煤地層的反演效果較差，不能直接用於速度體和密度體反演。在上述研究的基礎上，通過地質力學建模，仿真模擬高精度的採區垂向地應力分布。再次，分別從採區構造煤分布、方位各向異性分析和水平應力分布的地質力學仿真模擬等幾個方面研究採區水平應力分布。通過將機器學習算法和地震屬性相結合，可以獲得高精度的構造煤厚度確定性預測。將Monte Carlo隨機模擬和地震屬性相結合，可以獲得高精度的構造煤厚度非確定性預測。通過方位AVO等方位各向異性分析，可以獲得最大水平主應力方位在採區中的準確分布。在上述研究基礎上，通過地質力學建模，仿真模擬高精度的採區水平應力分布。最後，利用礦井地震波CT和微震監測探測工作面高應力區，並通過Monte Carlo隨機模擬和點過程空間統計研究斷層與高應力區的相關關係。研究發現，斷層與高應力區正相關，實例工作面中兩者的相關半徑約20m。總之，本次研究探索了一套切實可行的採區地應力分布預測技術，達到了預期的研究目標。但由於地震解析度的限制，精細構造及岩性對地應力分布的影響有待繼續深入研究。