利用地震属性技术解释煤层冲刷变薄带.pdf

1522020 年第 5 期 利用地震属性技术解释煤层冲刷变薄带 周玉华 程继东 周恒心 （兖州煤业股份有限公司济宁二号煤矿，山东 济宁 272071） 摘 要 济二煤矿 123上02 工作面 3上煤层存在冲刷变薄现象，影响到 3上煤层巷道掘进工程。利用 3上煤层反射波的振幅 和波形信息地震属性技术对煤层冲刷变薄范围进行了研究。研究结果表明，利用多种地震属性，能够准确圈定 3上煤层冲 刷变薄带的分布范围，为煤矿高效稳产提供了地质保障。 关键词 冲刷变薄带 地震属性 振幅 波形 中图分类号 P631.4 文献标识码 A doi10.3969/j.issn.1005-2801.2020.05.057 Using Seismic Attribute Technology to Explain the Thinning Zone of Coal Seam Scour Zhou Yu-hua Cheng Ji-dong Zhou Heng-xin （Yanzhou Coal Industry Co., Ltd., Jining No.2 Coal Mine, Shandong Jining 272071） Abstract The phenomenon of scouring thinning in coal seam of 3upper on the No.02 working face in Jining No.2 Coal Mine affects the tunneling project of No.3 coal seam. The seismic properties of reflection wave amplitude and wave of 3upper coal seam are studied. The results show that using various seismic properties, the distribution range of the scouring thinning zone can be accurately delineated, which provides a geological guarantee for the high efficiency and stable production of coal mine. Key words scour thinning belt seismic properties swing wave 收稿日期 2019-11-27 作者简介 周玉华（1968-），男，山东省莒县人，高级工程师， 从事矿井地质测量工作。 煤矿地质与防治水 济二煤矿 3上煤层为主要开采煤层，但是煤层 内冲刷变薄带比较发育，已成为制约煤层巷道掘进、 工作面布置的重要因素，严重影响到煤矿高效稳产。 为保障矿井高效开采，开采之前需要查明回采工作 面、接续工作面、巷道掘进前方冲刷变薄构造的分 布范围。 本文以 123上02 工作面工程实践为例，提出利 用地震属性技术，主要是 3上煤层反射波的振幅和 波形信息，结合矿井地质资料圈定 3上煤层冲刷变 薄带的分布范围，其分辨能力和可靠程度高于其他 传统地质手段。 1 概况 3上煤层以亮煤为主，暗煤次之，局部含一层泥 岩夹矸，煤层结构复杂。煤层厚度 1.082.50m，平 均为 1.81m。煤层顶板以厚层中细砂岩为主，直接 顶为粉砂岩， 煤层底板为泥岩。 煤层走向为近NE向， 整体呈一单斜构造，西北部高东南部低，煤层倾角 012，平均为 5。 济二煤矿十二采区于 2010 年进行过三维地震 勘探工作，其主要勘探目的层为 3上煤层和 3下煤层。 由于煤层的密度与速度和上下围岩具有较大差异， 是一个较好的反射界面，能够形成能量较强的煤层 反射波 T3S 波和 T3X 波，如图 1 所示。因此，煤 层反射波可以作为构造解释的依据，主要是解释断 层。同时，利用地震运动学信息解释了煤层冲刷变 薄带，但是限于当时的技术条件，其解释结果误差 较大。 123上02 工作面位于十二采区中部，钻孔补 9-12 和补 9-14 均未揭露煤层冲刷带，而在 3上煤层轨道 顺槽掘进过程中，揭露了煤层冲刷变薄现象，但是 其分布范围与三维地震解释结果有较大差异，对掘 进施工影响较大。图 1 为 123上02 工作面轨道顺槽 的地震剖面。 1532020 年第 5 期 图 1 123上02 工作面轨道顺槽地震剖面 图 1 中，矩形线框为 3上煤层冲刷变薄范围， 与正常区域的煤层反射波比较后可以发现，对应 3 上煤层的 T3S 波有以下变化（1）同相轴没有错断 即不存在时差；（2）振幅（能量）明显变弱；（3） 波形特征发生改变。 因此，利用地震波的运动学特征，即反射波的 时间空间关系（同相轴）不能解决煤层冲刷变薄 问题。从图 1 中可以看出，很难准确地从反射波同 相轴上判定正常煤层和冲刷变薄带的界限。 2 地震属性技术 煤层反射波中含有大量地质信息，无论是煤层 的构造或者岩性变化都会引起它们的变化，主要反 映在密度、速度及其他弹性参量的差异上。这些差 异导致了反射波在传播时间、振幅、波形等方面的 变化或异常。但是，对于煤层中的小构造异常和岩 性变化，用常规的人工识别方法往往是无能为力的。 地震属性是指从叠前和叠后地震数据中提取出 来的运动学、动力学和统计学地震特殊测量值。地 震属性技术是指提取、显示、分析和评价地震属性 的技术 [1]。在煤田地震勘探中，可以利用地震属性 的变化区分构造、进行煤层结构和岩性解释 [2-6]。 地震属性的类型很多，要根据解决的地质问题 来选择相应的地震属性。根据解决 3上煤层反射波 在冲刷变薄带的地震响应，本次选择了 T3S 波的振 幅和相干（波形相似性）特征。 3 煤层冲刷变薄带的解释方法 针对 T3S 波在冲刷变薄带的变化，提取了 3上 煤层反射波的属性参数，包括振幅和相干特征，得 到沿 3 上煤层反射波的振幅切片灰度图和相干切片 灰度图，如图 2 所示。 （a） 振幅 （b） 相干 图 2 3上煤层反射波地震属性切片 图 2（a）中的灰度表示 3上煤层反射波的振幅 （能量）变化。灰色表示反射波能量强，即煤层厚 度较大且稳定；黑色表示反射波能量变弱甚至消失， 即煤层厚度变薄以致完全被砂岩置换（煤层冲刷缺 失）。在 123上02 工作面中，可以确定煤层冲刷变 薄带 CSD1。 图 2（b）中的灰度表示 3上煤层反射波的相干 性（波形相似性）变化。黑色表示煤层厚度较大， 则反射波形稳定；灰色表示煤层厚度变薄以致完全 被砂岩置换 （煤层冲刷缺失） ， 则反射波形发生突变。 在 123上02 工作面中，同样可以确定煤层冲刷变薄 带 CSD1。 分析图 2 后可以看出，3上煤层冲刷变薄在地 震属性上有明显反应，振幅属性的灵敏度高于相干 属性。综合利用正常区域和冲刷变薄区域的地震属 性差异，同时结合矿井地质资料，得到 123上02 工 作面 3上煤层冲刷变薄带 CSD1 的分布范围，如图 3 1542020 年第 5 期 可在开关柜上手动控制设备，该工作方式主要适用 于检修设备。 4 组态王监控系统 在地面调度指挥中心采用工控机作为远程监控 系统，监控组态系统选用 KingView 6.55 组态软件。 4.1 组态王与 s7-300 通信 在组态王 6.55 中对井下 -312m 水平主排水泵 房、-650m 水平主排水泵房、三采区排水泵房、三 采区深部排水泵房进行了组态监控设计。组态王与 井下四个 PLC 主站之间采用串口通信，利用工程浏 览器设备中的“设备配置向导对 COM 进行设置， 每个 COM 选择对应的 PLC 厂商、型号，然后设定 IP 地址。运行期间组态王通过驱动程序与外部设备 交换数据，包括采集数据和发送数据指令。 4.2 组态监控界面 调度指挥中心主要是完成对 PLC 控制器的参数 传递与命令的传达，同时也是人机交互的主要核心 部分，实现数据的图形、曲线、报表等形式的存储 与展示，负责系统命令的执行、运行的监测、维护、 报警等任务。 采用组态王 KingView 6.55 所设计的组态画面 （上接第 151 页） 所示。 图 3 3上煤层的煤层冲刷变薄带 图 3 中，虚线为利用地震运动学信息解释的煤 层冲刷变薄带，实线为利用地震属性技术解释的煤 层冲刷变薄带，二者相差甚远。经 123上02 工作面 3上煤层轨道顺槽验证，后者的解释结果基本与矿井 地质资料相吻合。同时证明，利用地震属性技术可 以确定煤层冲刷变薄带的分布范围，其分辨能力和 可靠程度高于其他传统地质手段。 4 结论 煤层内冲刷变薄带是制约煤层巷道掘进、工作 面布置的重要因素。利用地震属性技术，结合矿井 地质资料，能够准确圈定煤层冲刷变薄带的分布范 围，减少了钻探和巷探工程量，提高了煤巷掘进速 度，为煤矿高效稳产提供了地质保障。 【参考文献】 ［1］ 崔若飞，李晋平，庞留彦，等 . 地震属性技术在 煤田地震勘探中的应用研究 [J]. 中国矿业大学学 报，2002，31（03）267-270. ［2］ 崔大尉，王一，田庆路，等 . 利用地震属性解释 煤层冲刷带 [J]. 物探与化探，2011，35（02） 234-237. ［3］ 曹杰 . 赵庄矿煤层冲刷带的解释方法研究 [J]. 华 北国土资源，2016（06）100-102. ［4］ 曾维望，常锁亮，陈强 . 利用地震资料预测煤层 古河道冲刷带[J].煤田地质与勘探， 2016， 44 （04） 136-141. ［5］ 李雪梅 . 三维地震勘探预测煤层冲刷带 [J]. 能源 技术与管理，2017，42（02）173-175. ［6］ 韩少明 . 地震勘探资料解释煤层冲刷带的应用效 果 [J]. 华北国土资源，2017（03）39-41. 主要包括两个整体界面，4 个 -312m 水平单台排 水泵监控画面，5 个 -650m 水平单台排水泵监控画 面，3 个三采区泵房单台排水泵监控画面，3 个三 采区深部泵房单台排水泵监控画面，一个 -312m 水 平报警设置界面、一个 -650m 水平报警设置界面、 1 个三采区泵房报警设置界面、1 个三采区深部泵 房报警设置界面等。 组态监控界面具体包括主排水泵启停状态、电 机及水泵轴承温度、电机定子温度、电机的电压、 电流、水泵出水压力、流量、真空度、仓位以及各 电动阀的吸合状态等参数。 5 结语 阳城煤矿排水自动化系统结合了计算机技术、 工业以太网技术、PLC 技术和组态王软件，实现了 对矿井两个水平主排水系统以及两个采区排水系统 的实时动态监控和管理。实践证明该系统稳定性及 可靠性较高，提高了劳动效率，取得了较好的经济 效益，为该矿数字化矿山建设打下了坚实的基础。 【参考书目】 ［1］ 陈子春，刘向昕 . 井下中央泵房水泵自动化控制 系统的研究与应用 [J]. 工矿自动化，2007（02） （下转第 158 页）