寺河矿区煤储层裂隙定量研究

陈黎明

(山西省煤炭地质114 勘察院，山西 长治 046011)

1 井田概况

寺河井田位于太行山南端，沁水盆地南侧。开采煤层为3号，15号无烟煤。采用倾斜长壁大采高自然冒落后退式综合机械化采煤方法对煤层进行回采，一次性采全高。

2 裂隙分形研究方法

傅雪海等人(2001年)基于分形几何中的盒维数对裂隙面密度进行了分形维数计算。胡耀青等人(2002年)研究煤体的渗透性与裂隙分维的关系时提出:在一定尺度范围内，煤体的裂隙条数与分形维数D 具有非线性相干关系，从而更进一步说明了分形维数可作为裂隙随尺度变化的重要参考指标。

3 寺河矿区煤储层裂隙定量分析研究

据理论表明，分形几何中的盒维数是裂隙面密度分形维数计算的理论基础，假如Rn空间中子集F 有下盒计数与上盒计数，分别由下式给出:

则F 的盒计维数为:

实际研究表明:基于盒维数的计算方法可适用于任意的n 维空间，上式中Nr(F)是覆盖为F，半径为r 的闭球列的最小个数。

对裂隙的观测统计方法可概述为如下:1)在煤剖面上选择小于揭露煤层总厚度的正方形网格(设边长为L0)，统计该网格内裂隙长度不小于边长L0的条数;2)继续划分分形网格时，以a1(其中a1=L0/2)为尺度把网格划成4 个正方形网格(其中边长为L0/2)，并且在每一个网格中将长度不小于L0/2 的裂隙进行统计，最后把统计总数作为该尺度下的裂隙的总数目;3)依此类推，约4 次～5 次(即r=20 cm)划分后，井下煤面观测统计结束，随后进行室内观测统计，室内统计时仍然按照上述规则;4)依此类推，约4 次～5 次划分后，当分形网格边长小于5 mm 以后，将煤粒放在扫描电镜下进行观测，统计方法与室内观测基本类似，当然有时只需要统计1/10 个网格即可。

寺河矿区3号，15号煤中宏观裂隙至显微裂隙统计如表1、表2 所示，由统计表3 可以看出:寺河矿区长度大于100 mm 的裂隙，长度介于1.56 mm～100 mm 之间的裂隙，长度小于1.56 mm 的裂隙均表现出一定的分形特征，裂隙分形维数随裂隙的发育程度变高而增大;总体来说，15号煤裂隙较3号煤裂隙发育程度高，研究范围内除1.56 mm～100 mm 之间的裂隙3号煤层较发育外，其他均以15号煤较发育;3号煤宏观裂隙较发育，15号煤显微裂隙较发育。

表1 寺河矿区3号煤储层裂隙统计表

表2 寺河矿区15号煤储层裂隙统计表

表3 寺河矿区煤储层裂隙分形维数

4 结语

1)寺河矿区3号，15号煤层普遍发育一组或两组内生割理。2)对寺河矿区的裂隙分形研究表明，寺河矿区长度大于100 mm的裂隙，长度介于1.56 mm～100 mm 之间的裂隙，长度小于1.56 mm 的裂隙均表现出一定的分形特征，裂隙分形维数随裂隙的发育程度变高而增大。3)总体来说，15号煤裂隙较3号煤裂隙发育程度高，研究范围内除1.56 mm～100 mm 之间的裂隙3号煤层较发育外，其他均以15号煤较发育。4)3号煤宏观裂隙较发育，15号煤显微裂隙较发育。

［1］申明剑，马 玲，底楷潮.郭沟煤矿勘探区水文地质条件研究［J］.价值工程，2013(14) :315-318.

［2］邓建民.保利金庄煤矿矿井地质条件研究［J］.能源技术与管理，2013(4) :102-104.

［3］方爱民，侯泉林，琚宜文，等.不同层次构造活动对煤层气成藏的控制作用［J］.中国煤田地质，2005，17(4) :15-20.

［4］樊生利.沁水盆地南部煤层气勘探成果与地质分析［J］.天然气工业，2001，21(4) :35-38.

［5］冯 虎，刘刚芝，黄 雷，等.水力压裂优化设计研究及应用［J］.油气井测试，2008(1) :5-8.

［6］张剑鸿.芦河煤业矿井区域地质分析［J］.科技传播，2013(10) :96，131.

［7］吉俊阁，吕 云.韩城矿区三和煤矿开采技术条件分析［J］.陕西煤炭，2008(6) :11，27-28.

［8］王 健.庄底煤业有限公司矿井地质及煤层特征分析研究［J］.山西煤炭管理干部学院学报，2013(4) :58-59，62.

［9］尹小兵.鄯善县红湖煤矿矿井地质特征分析［J］.新经济，2014(1) :140-142.

［10］刘红军.长平矿井地质构造特征与瓦斯赋存规律分析［J］.煤炭工程，2005(4) :50-51.

［11］仲 涛，安俭俭，张广君.南屯煤矿矿井地质与水文地质条件的分类评价［J］.煤矿开采，2007(3) :25-26.