Resumen de la investigación y principales avances
1.2.1 Historia de la investigación extranjera
Análisis del hundimiento causado por 1.2.1.1
Según la información de Guo Deyong et al (2002, 2003). ), en la década de 1960, Zienkwicz (1977), Goodman (1968), Desai y otros introdujeron el elemento finito en la investigación geológica. En la década de 1970, académicos como Elliott (1974), Ferm et al. (1978), Horne et al. (1978) y Hylbert (1977) notaron la relación entre la sedimentación y la estabilidad del techo e introdujeron la teoría de la sedimentología en el estudio de la sedimentación. estabilidad del techo. A principios de la década de 1980, Petranoff (1980), Bunnell (1982) y otros intentaron clasificar las condiciones de los techos desde una perspectiva sedimentológica, mientras que Houseknecht et al (1982) relacionaron aún más las condiciones sedimentarias con las explosiones de carbón y gas y los cambios en las vetas de carbón. Truman y Horne (1982) han comenzado a intentar utilizar este tipo de resultados de investigación para guiar la producción: los principales factores geológicos sedimentarios que afectan la estabilidad de los estratos de los techos de las minas de carbón incluyen techos convexos erosionados, superficies deslizantes, rayones, lutitas arenosas intercaladas y capas delgadas. vetas de carbón del techo, etc. Se encontró que el espesor y la litología de las formaciones rocosas del techo de las minas de carbón varían mucho tanto vertical como lateralmente. Durante el proceso de extracción del carbón, en la sección de transición entre la arenisca de Laoding y el esquisto, a menudo se producen colapsos de techos, presión y estallidos de vetas de carbón. T.V.Petranoff (1980) y H.H.Damberger (1980) señalaron que la calidad del techo de veta de carbón depende de la relación intrínseca entre varios tipos de rocas, estructuras sinsedimentarias, intensidad de compactación en las primeras etapas de deposición y características estructurales posteriores. La mayoría de las características del techo pueden estar relacionadas con la sedimentación o procesos tempranos de compactación, y los movimientos tectónicos posteriores han mejorado estas características tempranas. En 1982, el académico estadounidense C.D. Elifrits aplicó la tecnología de sistemas de información geográfica (SIG) al colapso del piso de las minas de carbón, siendo pionero en la aplicación de SIG en desastres en minas de carbón.
En la década de 1990, V.R. Shear-Albin (1993) creía que la mayoría de los problemas de control encontrados en las minas de carbón subterráneas se pueden atribuir a la sedimentación o intensidad de compactación temprana y posterior estructura de las rocas circundantes de las minas. vetas de carbón. Entre ellos, la mayoría de las características del techo se manifiestan en rasgos sedimentarios y estructurales. Al mismo tiempo, en áreas mineras con estructuras geológicas complejas, a menudo se utiliza tecnología de detección instrumental, como el uso de radar geológico para detectar estructuras geológicas y anomalías geológicas frente al frente de trabajo. Los geólogos de la ex Unión Soviética prestaron más atención al uso de diversos parámetros geológicos para predecir cambios geológicos antes de la minería, como el estudio de las características físicas y químicas del carbón para predecir fallas y el análisis de la deformación estructural utilizando datos geológicos estadísticos. La antigua República Federal de Alemania utilizó el análisis del origen tectónico y métodos sísmicos de onda continua para analizar y predecir la estabilidad de la estructura delante del frente de trabajo y la estabilidad del tejado en la región del Ruhr, y logró buenos resultados.
1.2.1.2 Introducir la tecnología de análisis sísmico.
En las décadas de 1970 y 1980, el atributo sísmico más utilizado en la investigación sísmica de petróleo era el atributo instantáneo basado en la amplitud. En la década de 1990, la tecnología de atributos sísmicos logró un gran avance, pasando del cálculo del atributo de evento instantáneo de un solo canal a la extracción del atributo de evento de ventanas de tiempo complejas de múltiples canales para generar atributos de volumen sísmico. El ámbito de aplicación de la tecnología de atributos sísmicos también ha evolucionado desde la simple detección de anomalías de amplitud hasta la detección de cambios en el frente de fluido a lo largo del tiempo.
En 1994, Amoco Petroleum Company desarrolló un algoritmo de coherencia tridimensional que puede utilizarse para caracterizar fallas y formaciones. En la 65ª Reunión Anual de la SEG en 1995, Amoco Petroleum Company anunció una tecnología de procesamiento de interpretación para describir las características estratigráficas y de fallas, a saber, la tecnología de volumen de coherencia. El surgimiento de la tecnología de volúmenes de coherencia ha causado grandes repercusiones en la comunidad geofísica y se considera una revolución en el campo de los datos sísmicos tridimensionales, especialmente en términos de procesamiento e interpretación de datos, ha profundizado la comprensión geológica de las personas sobre los volúmenes de datos tridimensionales. .
Durante 1995 ~ 1996, Bahorich y Farmer separaron la tecnología de coherencia sísmica de otras técnicas de procesamiento de datos sísmicos, presentaron la coherencia de fase a los geofísicos como un atributo sísmico independiente y señalaron que esta tecnología El algoritmo de coherencia correspondiente es particularmente efectivo en la detección de estructuras geológicas, destacando cambios sutiles en los estratos subterráneos.
Durante este período, Mikes S. Bahorich publicó un artículo sobre volúmenes de datos coherentes, utilizando volúmenes de datos coherentes tridimensionales para explicar fallas y zonas de cambio litológico en imágenes discontinuas de datos sísmicos. Kenneth A. Ortmann utilizó volúmenes de datos coherentes tridimensionales para estudiar el movimiento de torsión de la estructura terrestre, ampliando los campos de aplicación de los volúmenes de datos coherentes. La compañía de software de interpretación sísmica Schlumberger-GeoQuest también ha lanzado al mercado software correspondiente a la tecnología de volumen de coherencia, acelerando la aplicación y popularización de la tecnología de volumen de coherencia.
Marfurt et al. propusieron los resultados de su investigación en 1998 y 1999 respectivamente (Li Zengxue, 1994), discutiendo el método de cálculo coherente de los atributos sísmicos tridimensionales y el ángulo de buzamiento estructural basado en un algoritmo de coherencia similar. Marfurt et al. mejoraron el algoritmo coherente hasta cierto punto basándose en los algoritmos coherentes C1, C2 y C3 originales.
1.2.2 Progreso de la investigación nacional
1.2.2.1 Análisis geológico tradicional
Algunos académicos nacionales parten del entorno de depósito de los estratos carboníferos y analizan las vetas de carbón. y sus Sobre la base de las condiciones de deposición del techo, de acuerdo con diferentes modos de deposición, se estableció la relación entre el modo de deposición regional y la estabilidad del techo, y se predijo con éxito la estabilidad del techo. Ge Daokai (1994), (2000) y Meng Zhaoping (2002) llevaron a cabo experimentos de simulación similares sobre la influencia de la secuencia sedimentaria y los cambios de espesor de los cuerpos de arena del techo en el hundimiento del techo, propusieron un modelo geológico de estabilidad del techo y señalaron que la influencia de la estabilidad del techo en los techos con vetas de carbón Las propiedades dependen esencialmente de las características de las subfases sedimentarias, y la distribución espacial del entorno de depósito original del techo y el piso controla la calidad general del techo del rebaje. Se propone realizar un estudio detallado sobre la estabilidad del techo de veta de carbón a partir de los factores geológicos que afectan la estabilidad del techo y combinando los métodos de investigación de la mecánica de rocas y la ingeniería minera.
Basado en el método de análisis geológico de ingeniería, Yu Shuangzhong (1994) y Peng Xiangfeng (1997) propusieron un nuevo método para evaluar la estabilidad de las rocas circundantes en túneles de minas de carbón: primero, seleccione la resistencia de la roca y los planos estructurales. y resistencia al agua Los cuatro principales factores que influyen son la influencia del macizo rocoso y el estado de tensión in situ de la roca original, y luego estos cuatro indicadores se integran en un diagrama de clasificación. Ding Shuli (1998) y otros establecieron un método de investigación de análisis de factor único y evaluación integral: basado en algunos factores o variables independientes que pueden reflejar de forma independiente la estabilidad técnica de una determinada sección de roca (cuerpo) en un área determinada, como la Resistencia a la compresión uniaxial de la roca. Los resultados de la evaluación de estos factores individuales se analizan utilizando información obtenida de los datos de perforación, como el espesor de la capa, el grado de desarrollo de la fractura, la litología, el entorno de la formación rocosa, la integridad del núcleo, la tasa de recuperación del núcleo, etc. Puede debilitar efectivamente la influencia de varios factores técnicos, factores naturales y factores humanos, de modo que los resultados del análisis final puedan reflejar con mayor precisión la situación real de la estabilidad de ingeniería de la roca del techo. Meng Zhaoping y Cheng (2007) analizaron las condiciones de estrés in situ en el área minera de Huainan. A través de mediciones de tensión in situ, análisis teóricos y cálculos de simulación numérica, se discutió la distribución de tensiones de la roca circundante de la cámara circular y la distribución de estabilidad de la superficie de trabajo del techo bajo diferentes presiones laterales, y la estabilidad de la superficie de trabajo. Se obtuvo la superficie del techo y las placas inferiores y la relación entre la estabilidad de la superficie de trabajo del techo y la placa inferior. La conclusión está estrechamente relacionada con el coeficiente de presión lateral.
Xu Dongqiang (1999, 2000) y otros propusieron un método de teoría de bloques para analizar la estabilidad del techo del yacimiento. A través de una investigación detallada en el sitio de las superficies estructurales, utilice la proyección del plano rojo o el método de análisis vectorial para determinar la aparición de superficies estructurales dominantes en el tajeo y determinar la estabilidad de los bloques cortados por las superficies estructurales dominantes.
1.2.2.2 Progresos en el análisis cuantitativo de la estabilidad del techo
Desde la década de 1970, algunos investigadores en mi país han comenzado a utilizar métodos matemáticos y métodos de ingeniería mecánica de macizos rocosos dirigidos a la estabilidad del techo. Las operaciones de simulación combinadas con computadoras se utilizan para evaluar y predecir cuantitativamente la estabilidad de los techos con vetas de carbón. Tu Min (1995) utilizó el método de agrupamiento difuso para analizar la estabilidad del techo con vetas de carbón. Yang Shuangsuo et al. (1997) utilizaron el método de elementos finitos para analizar y clasificar cuantitativamente la estabilidad del techo del rebaje. Zhang Shuguang et al. (2000) aplicaron el método de elementos discretos para analizar la estabilidad del techo. Por ejemplo, la estabilidad del techo se predice y analiza estableciendo modelos de delaminación horizontal y de juntas ortogonales y detectando la deformación de todo el techo.
Cao Qingkui y Cai Zhenyu (2004) utilizaron el modelo gris ponderado para evaluar la estabilidad del techo de veta de carbón. A través del análisis de casos, propusieron un método de evaluación integral de correlación ponderada gris que combina el método de ponderación subjetiva y el método de ponderación objetiva, que puede. reflejan mejor las condiciones geológicas del techo de la veta de carbón Las características grises del techo de la veta de carbón hacen que los resultados de la evaluación sean objetivos y razonables. Wen Xiaohong y Yang Xiaodong (2004) propusieron un método que combina el análisis de un solo factor y la evaluación secundaria difusa; estabilidad del techo de la veta de carbón y seleccionar racionalmente factores geológicos de un solo factor que puedan reflejar la estabilidad de la veta de carbón. Los factores no solo pueden hacer un uso completo de los resultados de exploración existentes, sino que también pueden considerar razonablemente varios factores para juzgar la calidad integral del techo. . El método es simple, flexible y preciso. Xia Yucheng y Fan Huairen (1998), Zhu Baolong, Xia Yucheng (2001), Ling Biaocan et al (2003) propusieron el uso de redes neuronales artificiales para evaluar cuantitativamente las estructuras mineras. A través de la construcción, el aprendizaje y la capacitación de redes, se obtuvo un modelo de evaluación. y luego calcular y extrapolar. Li Zengxue, Liu Haiyan et al (2004) propusieron la aplicación de un proceso de jerarquía analítica para evaluar la estabilidad del techo con vetas de carbón. Después de determinar el peso de los factores influyentes, el área de estudio se dividió en áreas integrales. De acuerdo con las condiciones sedimentarias, las características de desarrollo estructural y las características mecánicas de la roca, se realiza la superposición compuesta según el peso de los factores básicos y finalmente se completa una evaluación cuantitativa.
1.2.2.3 Investigación sobre tecnología de exploración geofísica
(1) Aplicación de métodos de exploración geofísica
Desde la década de 1960, los métodos de exploración geofísica minera se han vuelto cada vez más sofisticado, cuanta más gente le presta atención. Como medición de tensión in situ del macizo rocoso, detección magnética y de gravedad de alta precisión, diversos métodos de ondas, tomografía de campo eléctrico de CC, medición infrarroja radiactiva, televisión de pozo y registro a prueba de explosiones, detección de frecuencia de dipolo magnético, método geoeléctrico, etc. En los últimos años, con la mejora de la tecnología informática, el nivel de modernización de diversos instrumentos de prueba ha mejorado continuamente. La aplicación de probadores de ondas acústicas con tamaño pequeño, alta sensibilidad, gran cantidad de almacenamiento de información, operación simple y funciones potentes ha brindado una gran comodidad para el monitoreo de la estabilidad del techo con veta de carbón.
La exploración sísmica de yacimientos de carbón tiene ventajas obvias en la detección de estructuras geológicas, pero comenzó tarde en mi país. Después de mediados de la década de 1980, la tecnología de exploración sísmica digital 2D de alta resolución, madura y en auge, se ha utilizado ampliamente en la exploración de carbón. Wei (1998) propuso un método de procesamiento de datos para la estratificación precisa de la velocidad del macizo rocoso utilizando datos de pruebas acústicas de pozo, y analizó y demostró la tecnología de tomografía a través de modelos teóricos y datos de pruebas acústicas reales. Wang Hongtu et al. (1989) utilizaron el método de prueba de ondas acústicas de la tensión del macizo rocoso in situ para determinar el alcance de la zona suelta en el macizo rocoso de una mina en Sichuan. Xu Dongqiang et al. (1999) utilizaron tecnología de prueba de ondas acústicas para predecir con éxito el espesor de la zona de aflojamiento del techo y la ubicación y el espesor de la zona de fractura en el estudio de la estabilidad del techo del cuerpo mineral refractario en la mina de oro Jinchangyu. Guo et al. (1999) utilizaron tecnología de detección de ondas acústicas para detectar el grado de daño y el rango de influencia de las voladuras en los pilares de las minas, lo que proporcionó una base para estudiar la estabilidad de los pilares de las minas. Wang Hui y Huang Dingcheng (2000) utilizaron tecnología de tomografía sísmica para detectar con precisión la estabilidad del macizo rocoso y localizar planos estructurales débiles basándose en la teoría de la estructura del macizo rocoso y las características de propagación de las ondas sísmicas en planos estructurales débiles. Wu et al. (2000) utilizaron tecnología de detección de ondas acústicas de rocas para medir el círculo suelto de la roca circundante en el túnel de la mina de carbón Luling en la provincia de Huaibei, y clasificaron la estabilidad de la roca circundante, lo que proporcionó una base para el futuro soporte del túnel. Diseño de la mina de carbón Luling.
(2) Aplicación de la tecnología de interpretación de información sísmica
A mediados de la década de 1990 se aplicó la tecnología sísmica 3D que detecta eficazmente estructuras pequeñas. En los últimos años, se han valorado y desarrollado la tecnología de atributos sísmicos y la tecnología de volumen de coherencia/varianza para la interpretación estructural fina basada en información sísmica tridimensional.
Las técnicas de coherencia/varianza de volumen explotan las similitudes entre señales sísmicas adyacentes para describir la heterogeneidad lateral de la estratigrafía y la litología, particularmente en la identificación de fallas y la comprensión de las arenas que están estrechamente relacionadas con la distribución del cuerpo del yacimiento. Después del procesamiento de coherencia del volumen de datos sísmicos tridimensionales utilizando el algoritmo de coherencia/varianza, se puede obtener el volumen de datos de coherencia/varianza tridimensional correspondiente. La división del tiempo de coherencia/varianza tridimensional se aplica a la interpretación estructural y a la interpretación de la litología, lo que puede ayudar a los intérpretes a comprender rápidamente las características generales de distribución espacial de las fallas y otras estructuras en toda el área de trabajo, acelerando así la interpretación, mejorando la precisión de la interpretación y acortando el tiempo. El ciclo de exploración.
Las discusiones nacionales sobre tecnologías relacionadas llegan relativamente tarde y básicamente aprenden, absorben y digieren resultados avanzados extranjeros. La industria petrolera comenzó a utilizar la tecnología de carrocería coherente en 1996, con buenos resultados.
She Deping y Cao Hui (1998) publicaron los resultados de la investigación de volúmenes de datos coherentes, propusieron el método de producción de volúmenes de datos coherentes, discutieron la aplicación de volúmenes de datos coherentes tridimensionales en la interpretación de datos reales y demostraron que la tecnología de volúmenes de datos coherentes es eficaz, rápido y no requiere intervención manual. La investigación de Du Wenfeng (1998) demostró que la aplicación de la tecnología de volumen coherente en la interpretación de fallas, la delineación de irregularidades y la detección de túneles puede explicar fallas pequeñas con una caída de aproximadamente 3 m, lo cual es más intuitivo y rápido que los métodos de interpretación convencionales.
Por la cantidad de datos de varianza, hay pocos resultados de investigación actuales. La investigación de Lin Jiandong (2000) muestra que la tecnología de varianza puede satisfacer mejor los requisitos de la construcción de minas, explicar con precisión las fallas con una pequeña caída en los estratos carboníferos, dar con mayor precisión la dirección de ocurrencia y extensión de las zonas de falla y descubrir anomalías geológicas más pequeñas. . Chang Suoliang (2003) y otros utilizaron la tecnología de cuerpos de variación para explorar eficazmente la capacidad de identificar automáticamente pequeñas fallas, pilares de hundimiento y otras anomalías geológicas. La tecnología geofísica se ha convertido en un medio indispensable para la producción minera de carbón eficiente y de alto rendimiento. En los últimos años, la tecnología de atributos sísmicos ha recibido gran atención por parte de la comunidad geofísica. El estudio de los atributos sísmicos se ha convertido en uno de los contenidos de investigación importantes en el procesamiento e interpretación de datos sísmicos. El desarrollo de la tecnología de atributos sísmicos en mi país comenzó a mediados y finales de la década de 1980 y su objetivo principal es aplicar atributos sísmicos a la descripción de yacimientos. Guo y Meng Zhaoping (2006) introdujeron el método de aplicar tecnología de atributos sísmicos para predecir la litología del techo de vetas de carbón. Utilizando gráficos cruzados y métodos de análisis relacionados, se analizó la relación entre los atributos sísmicos del pozo y la litología de la veta de carbón, y se optimizaron los atributos sísmicos. La red neuronal se utiliza para identificar los atributos sísmicos adquiridos, y luego se aplican y predicen, logrando buenos resultados de aplicación.
Los atributos sísmicos se refieren a la forma geométrica, las características cinemáticas y las características estadísticas de las ondas sísmicas obtenidas mediante la transformación matemática de datos sísmicos previos o posteriores al apilamiento. Es una característica cuantitativa descriptiva de los datos sísmicos que representa un subconjunto de toda la información contenida en los datos sísmicos originales. Actualmente hay más de 20 atributos sísmicos ampliamente utilizados y constantemente se extraen nuevos atributos a partir de datos sísmicos. La información proporcionada por un solo atributo sísmico es a menudo unilateral, lo que requiere una comprensión más profunda y detallada de muchos atributos sísmicos complejos e interrelacionados.
Hasta el momento, no existe un estándar unificado para clasificar los atributos de los terremotos, y diferentes estudiosos han propuesto diferentes clasificaciones de atributos. Combinados con las características de la exploración sísmica de yacimientos de carbón, los atributos sísmicos se pueden dividir en ocho categorías según las características cinemáticas/dinámicas: tiempo, amplitud, frecuencia, fase, forma de onda, correlación, atenuación de absorción y velocidad. Existen muchos tipos de atributos sísmicos y los atributos sísmicos correspondientes deben seleccionarse de acuerdo con los problemas geológicos a resolver.
(3)Tecnología de inversión sísmica
Desde la década de 1970, los geofísicos han propuesto muchos métodos de inversión sísmica. La inversión sísmica tiene un significado físico claro y es un método determinista para predecir la litología, y ha logrado efectos geológicos significativos en aplicaciones prácticas.
La inversión sísmica es un proceso que utiliza datos sísmicos observados en la superficie para obtener imágenes (resolver) la estructura espacial y las propiedades físicas de los estratos subterráneos bajo las limitaciones de leyes geológicas conocidas y datos de perforación y registro. Es una tecnología especial de procesamiento e interpretación sísmica para invertir la impedancia (o velocidad) de las ondas de formación.
La inversión sísmica suele referirse a la inversión de la impedancia de las ondas. La tecnología de inversión de impedancia de onda es uno de los medios importantes para la exploración sísmica litológica. Con base en las condiciones favorables de alta resolución vertical de los datos de registro del pozo, se llevó a cabo una inversión limitada de los datos sísmicos cerca del pozo. Sobre esta base, se invirtieron los datos sísmicos entre pozos para inferir la distribución plana de los cambios litológicos de los estratos de carbón. conectando así los datos de registro de pozos conocidos con alta resolución vertical y los datos sísmicos observados continuamente para lograr ventajas complementarias, mejorando en gran medida la resolución vertical y lateral de los datos sísmicos tridimensionales y la exploración de las condiciones geológicas subterráneas (Li, <. /p>
Los métodos de inversión sísmica se basan en diferentes supuestos del modelo medio, incluidos los métodos de inversión discreta directa y los métodos de inversión de estimación continua de ecuaciones de onda basados en diferentes campos de investigación, métodos de inversión en el dominio del tiempo y métodos de inversión en el dominio de la frecuencia; método de implementación, se puede dividir en tres categorías, a saber, inversión recursiva, inversión basada en modelos e inversión de atributos sísmicos, según las diferentes soluciones, existen métodos de inversión directa, métodos de inversión iterativos y métodos de inversión de búsqueda. En la geofísica de exploración, los métodos de inversión no lineal han logrado grandes avances, además de algunos métodos de inversión no lineal tradicionales, como el método de gradiente, el método de Newton y el método de Monte Carlo, algunos métodos de inversión heurística, como el recocido simulado, el algoritmo genético y la red neuronal artificial. , análisis de wavelets, etc.
Con la aparición de las computadoras paralelas, existe un requisito previo para el desarrollo de métodos de inversión no lineal que requieren una gran cantidad de tiempo de computación.
La inversión de impedancia de onda es un proceso que utiliza datos sísmicos reales e información de registro y perforación geológica como limitaciones para resolver la estructura geológica y las propiedades físicas del yacimiento. Es un medio necesario para la predicción y descripción del yacimiento. Los perfiles sísmicos ordinarios de alta resolución no pueden distinguir los yacimientos delgados, mientras que la tecnología de inversión de impedancia de onda restringida por el registro complementa la falta de un ancho de banda sísmico limitado con información rica de alta frecuencia y componentes completos de baja frecuencia de los datos de registro, integrando información geológica y de registro. , se obtienen datos de impedancia de onda de alta precisión.
El software de inversión sísmica actual incluye principalmente: PARM del Ministerio Ruso de Geología y Recursos Minerales, ROVIM de la empresa francesa CGG, ANNLOG de la Universidad Youshi de China, STRATA de la empresa canadiense Hampson-Russell y JA -HIJO de la empresa holandesa JASON, el “Estado Islámico” de Dinamarca. Cada uno de estos software tiene sus propias características. STRATA es el software de inversión más utilizado y es muy conveniente de usar. Los geólogos y geofísicos pueden realizar trabajos de inversión directamente.
1.2.2.4 Método de predicción de información de múltiples fuentes
En 1982, el académico estadounidense C.D. Elifrits aplicó la tecnología del sistema de información geográfica (SIG) al colapso del suelo en minas de carbón de sala y pilar. Aplicación pionera de SIG en la prevención y control de desastres en minas de carbón. Desde finales de la década de 1980, los académicos chinos también han introducido la tecnología SIG y han seguido ampliando su alcance de aplicación, incluyendo principalmente la predicción de la estabilidad del techo de las vetas de carbón, la predicción de la irrupción de agua en las minas de carbón, la detección de columnas de colapso kárstico, etc. y logró ciertos resultados. La introducción de la tecnología GIS proporciona nuevas ideas y medios para la predicción de la estabilidad de los techos con vetas de carbón.