煤礦生產(chǎn)中槽波反射法勘探的應(yīng)用

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摘要：槽波是煤層中傳播的導(dǎo)波，槽波勘探技術(shù)是地震勘探技術(shù)的一個范疇，它是將地震勘探技術(shù)應(yīng)用于煤礦井下的礦井物探新技術(shù)，槽波勘探技術(shù)將地震儀直接安放在煤礦回風(fēng)順槽和運(yùn)輸順槽的巷道中，在煤層中激發(fā)和接收地震波來研究煤層中的地質(zhì)構(gòu)造問題。槽波勘探技術(shù)具有信號能量強(qiáng)、信噪比高、探測距離長、分辨率和精度高等優(yōu)點(diǎn)，在煤礦隱蔽致災(zāi)因素探測方面正發(fā)揮越來越重要作用，結(jié)合工程案例說明槽波反射法探測斷層的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：槽波；反射法；斷層

1地質(zhì)概況

山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)蒲縣萬家莊煤礦開采二疊系山西組2號煤層。煤層厚度1.4~1.5m，有1~2層夾矸。在掘進(jìn)運(yùn)輸大巷、軌道大巷、回風(fēng)大巷過程中揭露斷層F39、F35和F34。見圖1。F39斷層落差8.2m，傾角35°，F(xiàn)35斷層落差9.6m，傾角45°，F(xiàn)34斷層落差10m，傾角35°。該三個斷層的揭露，給煤礦生產(chǎn)安排帶來很大的困擾，甚至不知道工作面巷道如何布置。礦方為了查清楚F39、F35和F34斷層走向和延伸情況，為工作面巷道設(shè)計(jì)布置提供地質(zhì)技術(shù)支撐，于是礦方委托本單位實(shí)施了本次槽波反射法勘探工程。

2槽波反射法勘探原理

與光波在光纖中傳播類似，槽波在煤層中的傳播具有很好的穿透性。當(dāng)工作面內(nèi)煤層巖性單一、穩(wěn)定時(shí)，槽波能夠穿透大部分工作面范圍，能量衰減緩慢。當(dāng)槽波在傳播過程中遇到斷層、陷落柱、采空區(qū)等異常地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，槽波能量會發(fā)生改變。就斷層而言，當(dāng)斷層斷距小于煤層厚度時(shí)，煤層沒有被完全斷開，槽波部分能量能穿過煤層。若斷層斷距大于煤層厚度，煤層被完全斷開，則槽波無法穿透到達(dá)另一盤，而被斷層反射回來。安裝在炮點(diǎn)同一側(cè)的檢波器就接收到反射槽波信號。就該項(xiàng)目來說，我們在回風(fēng)順槽中激發(fā)的槽波在煤層中傳播過程中，如果存在斷層，槽波能量被斷層反射回來，安裝在回風(fēng)順槽中的檢波器就接收到了反射槽波信號。我們分析接收到的反射槽波信號，就可解決煤層中的斷層問題。

3槽波反射法勘探工程設(shè)計(jì)及觀測系統(tǒng)

礦井物探的工程施工離不開井下巷道，該礦首采工作面回風(fēng)順槽已經(jīng)掘進(jìn)500多米，我們利用首采工作面510m回風(fēng)順槽設(shè)計(jì)了槽波巷道側(cè)幫反射法勘探工程。以回風(fēng)順槽起點(diǎn)為原點(diǎn)，以回風(fēng)順槽的延伸方向?yàn)閄軸正向，建立了槽波數(shù)據(jù)采集觀測系統(tǒng)。見圖2。觀測系統(tǒng)沿回風(fēng)順槽布設(shè)檢波器51道，編號為R1~R51,道間距10m，布設(shè)炮點(diǎn)25炮，編號為S1~S25，炮間距20m，測線長度510m。18個槽波數(shù)據(jù)采集站下井采集數(shù)據(jù)，每個采集站3道，其中一個采集站是放炮記錄采集站。

4工程施工

數(shù)據(jù)采集采用中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司自主研究開發(fā)的節(jié)點(diǎn)式槽波地震儀（YTZ-3），采樣間隔0.25ms，記錄長度2s。炮孔深度為2.5m，方向垂直于煤壁，炸藥采用礦用乳化炸藥，藥量為200g，雷管采用瞬發(fā)雷管，每個激發(fā)點(diǎn)放炮，所布設(shè)檢波器接收點(diǎn)均接收。施工過程中，首先按設(shè)計(jì)在巷道中標(biāo)記好炮點(diǎn)、檢波器點(diǎn)位置，數(shù)據(jù)采集前打好炮孔。按炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)標(biāo)記位置布設(shè)儀器和檢波器。檢波器安裝在煤層的錨桿上，檢波器之間用測線連接，并連接到數(shù)據(jù)采集站。打開數(shù)據(jù)采集站電源，數(shù)據(jù)采集站處于待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)設(shè)置的采集時(shí)間到后，數(shù)據(jù)采集站自動轉(zhuǎn)為數(shù)據(jù)采集狀態(tài)，采集數(shù)據(jù)并自動保存數(shù)據(jù)。測線布置完成后，由具有井下放炮資質(zhì)的爆破人員負(fù)責(zé)裝炮，裝炮時(shí)，用炮竿將炸藥送到孔底，并用炮泥封堵0.5m以上，確保放炮時(shí)不被沖出，能量向煤層中傳播。放炮采用逐一放炮形式，所有檢波器都接收。待所有激發(fā)點(diǎn)放炮完畢，回收全部設(shè)備并清點(diǎn)整理后帶上地面，結(jié)束井下數(shù)據(jù)采集工作。本次槽波反射法勘探共采集有效數(shù)據(jù)24炮，檢波器布設(shè)51道，測線長度共計(jì)510m。采樣間隔0.25ms，記錄長度2s，從采集數(shù)據(jù)來看，原始數(shù)據(jù)質(zhì)量較好。見圖3。

5槽波數(shù)據(jù)處理及取得成果

槽波數(shù)據(jù)處理采用中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司自主研究開發(fā)的槽波數(shù)據(jù)處理專用軟件GeoCoal軟件。通過對采集數(shù)據(jù)的波場分析、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)處理以及水平疊加偏移成像，將成像結(jié)果結(jié)合礦區(qū)采掘平面圖進(jìn)行地質(zhì)解釋，見圖4。本案例最終解釋三條斷層分別命名為CH-F1、CH-F2和CH-F3，見圖4槽波地質(zhì)解釋圖。由于三條大巷揭露斷層F39、F35和F34，位置相近，傾向基本一致，斷層落差相近，故推斷是一條斷層在三條大巷的揭露表現(xiàn)。而槽波解釋斷層CH-F1就在該斷層的延伸線上，故CH-F1解釋為揭露斷層F39、F35和F34的延伸，走向基本平行于回風(fēng)順槽走向，即北偏東15°方向左右，推斷斷層落差8~10m，煤層被完全斷開，傾向35°~45°。離回風(fēng)順槽距離25~35m不等。CH-F2斷層和回風(fēng)順槽揭露的斷層的延伸基本吻合，結(jié)合采掘揭露信息，槽波解釋推斷斷層落差1.3m左右，傾角30°左右，走向北偏西11°左右。槽波的地質(zhì)解釋得到了揭露斷層的驗(yàn)證。CH-F3斷層推斷為大斷層CH-F1旁由于構(gòu)造應(yīng)力牽引作用形成的小斷層。

6結(jié)論

該工程案例槽波勘探取得了較好的效果，勘探成果為礦方下一步巷道設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)，通過對該礦槽波工程實(shí)例分析，得出以下結(jié)論：（1）槽波反射法勘探是將震源激發(fā)點(diǎn)和檢波器接收點(diǎn)布置在同一巷道內(nèi)，探測巷道側(cè)幫一定區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造，這在煤礦生產(chǎn)中具有很強(qiáng)的實(shí)用性。（2）只要觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，數(shù)據(jù)采集技術(shù)參數(shù)正確，槽波反射法勘探不需要雙巷道的形成，利用單巷道采用槽波反射法探測采煤區(qū)隱蔽地質(zhì)構(gòu)造方面具有一定的優(yōu)勢，地質(zhì)效果良好。（3）展望未來，槽波反射法勘探在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用會越來越廣泛。

參考文獻(xiàn)：

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作者：王會林 趙護(hù)林 單位：山西省煤炭地質(zhì)144勘查院