第七章　瓦斯地质区划及瓦斯地质变量.pdf

1 瓦 斯 地 质 学瓦 斯 地 质 学 河 南 理 工 大 学河 南 理 工 大 学 7 瓦斯地质区划瓦斯地质区划 v1982年焦作矿业学院通过对湘、赣、豫三省瓦年焦作矿业学院通过对湘、赣、豫三省瓦 斯地质调查，提出了“瓦斯－地质区划论”斯地质调查，提出了“瓦斯－地质区划论” q7.17.1煤与瓦斯突出级别划分煤与瓦斯突出级别划分 1.1.按煤层突出区域特征按煤层突出区域特征按煤层突出区域特征按煤层突出区域特征 普突一个井田内每个采区均有突出危险性。普突一个井田内每个采区均有突出危险性。 局突一个井田内个别采区具有突出危险性局突一个井田内个别采区具有突出危险性 7 瓦斯地质区划瓦斯地质区划 2.2.按突出严重程度和分布范围按突出严重程度和分布范围按突出严重程度和分布范围按突出严重程度和分布范围 发生或具有突出危险地段，按强度分特大型、大型、次发生或具有突出危险地段，按强度分特大型、大型、次 大型、中型、小型大型、中型、小型 突出点突出点 井田范围内突出点井田范围内突出点 稀、突出强度小及无稀、突出强度小及无 特大型突出，以小型特大型突出，以小型 突出为主突出为主 井田范围内突出点密集、突出强井田范围内突出点密集、突出强 度大及特大型突出部位度大及特大型突出部位 突出带突出带 始突深度大，具有突始突深度大，具有突 出危险范围小，突出出危险范围小，突出 点稀，强度小点稀，强度小 井田始突深度以下大面井田始突深度以下大面积积范围范围存存 在在突出危险，具有突出危险煤层突出危险，具有突出危险煤层 多多，，频率频率大，强度大，或特大型大，强度大，或特大型 突出突出 井井 田田 尚未尚未发生过发生过 突出突出的的煤煤 田、矿区、田、矿区、 井田或井田井田或井田 内内块块段段 煤田内煤田内仅仅个别矿区或个别矿区或 矿井突出，突出强度矿井突出，突出强度 小，始突深度大小，始突深度大 煤田内煤田内多数多数矿区发生突出，突出矿区发生突出，突出 矿井密集，突出强度大，始突深矿井密集，突出强度大，始突深 度小度小 煤田煤田 或矿或矿 区区 突突 出出 区区 一一般般突出突出严重突出严重突出 非非突出突出 突出突出 严重程度严重程度 分布分布级级别别 7 瓦斯地质区划瓦斯地质区划 q7.27.2瓦斯分布和突出分布不均衡性瓦斯分布和突出分布不均衡性 v豫豫西各西各煤田瓦斯分布煤田瓦斯分布呈明显条呈明显条 带带状状分布，分布，由由南南向北增向北增大。大。 v陕渑陕渑、、宜洛宜洛、、临汝临汝、、平顶山平顶山一一 线线为为低低瓦斯区。瓦斯区。 v禹县北禹县北部，部，登封登封、、偃龙偃龙、、新安新安 以以北北为为高高瓦斯区。瓦斯区。 v太行山东麓的安阳太行山东麓的安阳、、鹤壁鹤壁、焦、焦 作突出严重。作突出严重。 豫豫西西煤田瓦斯煤田瓦斯 与与煤质分带煤质分带图图 7 瓦斯地质区划瓦斯地质区划 q7.37.3瓦斯－地质区划论瓦斯－地质区划论 1.1.基本观点基本观点基本观点基本观点 （（1））瓦斯分布和突出分布瓦斯分布和突出分布是不是不均均衡的衡的，具有分区分，具有分区分 带特点。带特点。 （（2）这种）这种分区分带分区分带与与地质地质条件关系条件关系密密切切，，并受并受地质地质 因素制约因素制约。。 （（3））瓦斯突出分布具有分瓦斯突出分布具有分级控制级控制特点，特点，不同级不同级别突别突 出区域出区域影响因素不同影响因素不同，突出，突出预测的预测的地质地质指标应指标应 分分级使用级使用。。 7 瓦斯地质区划瓦斯地质区划 2.2.基本原则基本原则基本原则基本原则 区划区划是将影响是将影响瓦斯瓦斯赋存赋存和瓦斯突出和瓦斯突出的各种的各种地质地质因素进行因素进行 对对比比分分析析，，找找出出空间上空间上和和时间上的异同时间上的异同点，按一点，按一定标志进行定标志进行 综合综合，划分，划分不同级不同级别区域，别区域，联联系系瓦斯瓦斯赋存赋存和突出区，和突出区，找找出出二二 者联者联系系。。 （（1））瓦斯地质区划瓦斯地质区划是是针针对一对一定定区域区域进行进行。。 （（2））采区采区统统一一的的划分划分标标准准（（瓦斯、地质瓦斯、地质指标指标一一致致））。。 （（3））瓦斯地质瓦斯地质单元边界确单元边界确定（定（构造边界等构造边界等））。。 （（4））瓦斯地质区划瓦斯地质区划应与应与瓦斯地质瓦斯地质图同时进行图同时进行。。 7 瓦斯地质区划瓦斯地质区划 q7.47.4应用实例应用实例 内内蒙古自治蒙古自治区煤区煤变变质及瓦斯分带质及瓦斯分带图图 煤种及瓦斯分带界线省界线 市 镇 低沼气矿 井 高沼气矿井 国 界 嘉峪关 阿拉善右旗 银川 渤海湾 包头 呼市 张家口 承德 赤峰 通辽 白城 西乌旗 东乌旗 齐齐哈尔 牙克石 满洲里 低 变 质 中 及 高 变 中 质 变 低 质 低 瓦 斯 带 带 斯 瓦 瓦 斯 带 低 二连 煤煤 变变 质质 程程 度度 瓦瓦 斯斯 分分 带带 1.1.对省对省对省对省 区区区区 进行进行瓦瓦进行进行瓦瓦 斯地质区划斯地质区划斯地质区划斯地质区划 7 瓦斯地质区划瓦斯地质区划 2.2.对矿区对矿区对矿区对矿区 煤田煤田煤田煤田 进行进行进行进行 瓦斯地质区划瓦斯地质区划瓦斯地质区划瓦斯地质区划 影响影响瓦斯瓦斯赋存赋存、分布、分布 因素因素主主要要是是围围岩透气岩透气性、性、 煤层煤层厚厚度。度。 选取勘探选取勘探和和开开采采阶阶段段 的的瓦斯瓦斯含量含量作为瓦斯地质作为瓦斯地质 区划区划指标指标。。 湖湖南南白沙白沙矿区矿区 瓦斯区划瓦斯区划图图 7 瓦斯地质区划瓦斯地质区划 3.3.对井田对井田进行进行瓦斯地质区划瓦斯地质区划对井田对井田进行进行瓦斯地质区划瓦斯地质区划 褶皱构造褶皱构造发发育育，煤层，煤层剖剖面和面和平平面面变形讨变形讨论。论。 褶皱褶皱程度程度取决于岩取决于岩层层形变形变程度，程度，剖剖面面变形变形数数可可以以 反映某反映某一一剖剖面面上上煤煤（（岩岩））层层的的变形变形程度，程度，但但不不能很好能很好 地地反映研究反映研究区内煤区内煤（（岩岩））层层在在三三维维空间上的空间上的变形变形特征特征 。。虽然虽然不同不同剖剖面面上的上的变形变形系数系数可可以以显显示横示横向上向上褶皱复褶皱复 杂杂程度程度的的变化变化，，但但对对总体变形总体变形程度程度的的反映反映是是较粗略较粗略的的 。。因因此此，，我们我们重点重点讨讨论论平平面面变形变形系数的系数的有有关关问题问题。。 7 瓦斯地质区划瓦斯地质区划 平平面面变形变形系数系数平平面面变形变形系数系数K K p p / 321 LLhLK p 80 70 60 50 40 L1 L2 L3 Kp值计算方法示意值计算方法示意图图 式式中中 Kp平平面面变形变形系数系数；； h相邻等相邻等高线的标高高线的标高差差，，m；； L1靠近计算单元靠近计算单元中中心心的的等等高线在高线在 单元单元内内的的实际长实际长度，度，m；； L2靠近计算单元靠近计算单元中中心心的的等等高线在高线在 单元单元内内的的割割线线长长度，度，m；； L3计算单元计算单元中中心处两心处两条条等等高线间高线间 的平的平距距，，m。。 7 瓦斯地质区划瓦斯地质区划 底板等高线 199500 199500 199500 41000 40000 N - 100 - 200 - 300 - 400 0.75 1.00 2.00 3.00 0.75 1.00 1.25 1.00 鸦 雀 鸦 岩 扭 转 带 鱼 塘 角 扭 折 带 F1 构 造 带 Kp等值线 6号号煤层煤层底板底板等等高线高线及及Kp等值等值线线 7 瓦斯地质区划瓦斯地质区划 采采用用“滑动窗口滑动窗口法法”计算计算了每一个了每一个网格网格（（200m200m）） 交交点点上的上的Kp值值，采，采用用0.25的间的间距距，，勾绘勾绘了了6号号煤层煤层Kp等值等值 线线。。从从Kp等值等值线线和突出点分布和突出点分布情况来看情况来看，，6号号煤层突出危险煤层突出危险 性性随随Kp值值增高增高而而增增大。大。除除井田中部以井田中部以断裂断裂为主为主的的F1构造构造带带需需 单单独独分分析析外外，，几乎所几乎所有突出点有突出点都落都落在在Kp值值大大于于1.0的的范围范围 内，内，1.0的的等值等值线线所圈所圈定的定的范围范围可可预测预测为突出危险区域。为突出危险区域。 6号号煤层突出严重，突出分布煤层突出严重，突出分布与与构造复杂构造复杂程度程度表现表现出出明明 显的显的一一致致性，性，已已发生发生的的167次突出次突出都都集中集中在在井田内三个井田内三个构造构造 破坏破坏带。带。 7 瓦斯地质区划瓦斯地质区划 4.4.其它瓦斯地质区划指标其它瓦斯地质区划指标其它瓦斯地质区划指标其它瓦斯地质区划指标 （（1））倾角倾角标标准差准差反映反映煤层煤层倾角倾角变化变化大小，大小，不不褶褶曲曲发发育育情况情况 2 1 1 1 XX n S i n i v − − ∑ S-倾角倾角标标准差；准差； Xi-每一个每一个测测量量点点的的倾角倾角；； -统计单元统计单元平平均均倾角倾角；； n-观观测测点个点个数数。。 X （（2））煤煤厚厚标标准差准差反映反映煤层煤层厚厚度度变化变化大小大小 2 1 1 1 m n i mim SS n S ∑ − − Sm-煤煤厚厚标标准差；准差； Sm-每一个每一个测测量量点点的的煤煤厚；厚； -统计单元统计单元平平均煤均煤厚；厚； n-观观测测点个点个数数。。 mS 7 瓦斯地质区划瓦斯地质区划 （（3））揉揉皱皱系数系数 KL0---揉揉皱皱系数系数；； m2 ---二二类类煤煤结结构厚构厚度度；； m3-4---统计单元统计单元平平均均倾角倾角；； M---煤层煤层总厚总厚度。度。 M mm KL 4 32 0 5 . 0 − M mm KL 432 0 5 . 0 − （（4））小小断断层密度层密度 统计单元统计单元内，内，单单位面位面积积或或长长度度上上小小断断层层条数条数，，反映反映裂隙裂隙构造构造发发 育育程度。程度。 （（5））煤煤厚变厚变异系数异系数 m m S C S m m m m S S − − 测点煤厚， ； 测点平均煤厚， ； 7 瓦斯地质区划瓦斯地质区划 q7.5 7.5 瓦斯地质变量瓦斯地质变量 1.什么什么是是瓦斯地质瓦斯地质变量变量 某某一瓦斯地质一瓦斯地质现象现象可取可取不同数不同数值值的的变量变量。。 按性质按性质可可分分定定性性变量变量、、定定量变量量变量 1定定性性变量变量没没有有量量的的概念概念，，只只是是某某种种属属性性的的描述描述。。如如煤煤 层层顶顶、、底板底板岩岩性性；；地质地质时时代代等等。。常常用用二二态态变量变量来表来表示示即即 用用“0”和和“1”来表来表示某示某种种属属性性的的“有有”和和“无无”。。 2定定量变量量变量如如煤层煤层厚厚度、瓦斯度、瓦斯成份成份、煤层、煤层埋藏埋藏深度深度等等 7 瓦斯地质区划瓦斯地质区划 2. 瓦斯地质瓦斯地质变量选取变量选取 目目的的挑挑选选与与瓦斯瓦斯赋存赋存或瓦斯突出或瓦斯突出直接直接或或间间接接关关联联的的变量变量。。 注注意意 1选取变量选取变量时时，，开开始始尽尽可能可能多多选选，，避免漏掉避免漏掉有有用用信息信息，，然然 后后用数用数学学方法方法筛筛选选。。 2瓦斯地质分瓦斯地质分析析筛筛选选和和数数学学方法方法筛筛选变量选变量不不一一致致时时，，应应具具 体体分分析析和和变变换换，，尽尽可能可能保证保证数数学学方法选方法选上上瓦斯地质分瓦斯地质分析析 筛筛选选出出的的变量变量。。 7 瓦斯地质区划瓦斯地质区划 3.常常用的数用的数学分学分析析方法方法 1回归回归分分析析一一元元线线性性回归回归、、多多元元线线性性回归回归 用用来来研究某研究某一一变量变量与与其它若干其它若干变量变量之之间关系间关系，，可可以以确确定定一个一个变量变量如如 何随其它何随其它变量变变量变动而动而变变动动。。 2判判别分别分析析 在在一一准准则则下，下，用数用数学学方法方法找找出出若干若干变量变量的的一个或一个或几几个个线线性性组组合合，，根根 据据未未知样知样本本的多的多变量变量观观测测值值将将一个一个样样本本或一或一群群个个体体划划归几归几个个已知已知母母 体体之之一一的多的多元元分分析析方法方法。。 3因因子子分分析析 研究研究一一组组变量变量之之间的间的相相关关性。性。 7 瓦斯地质区划瓦斯地质区划 4数数量化量化理论理论ⅠⅠ 数数量化量化理论理论ⅠⅠ、、 ⅡⅡ、、 ⅢⅢ、、、、ⅣⅣ相相当当于于回归回归分分析析、、 判判别分别分析析、、因因子子分分析析、、聚聚类类分分析析。。 数数量化量化理论理论解解决决若干若干定定性性变量变量可可兼顾兼顾若干若干定定量变量量变量 的的变化变化与与某某一一变量变量之之间的关系间的关系。。 定定性性变量变量与定与定量变量量变量转转换换。。 目目前前相相对对成成熟熟的的瓦斯地质瓦斯地质数数学学模模型型法法是是基基于于数数量化量化理论理论ⅠⅠ 的的瓦斯地质瓦斯地质变量变量分分析的析的具具体体应用应用。。