煤礦采區(qū)三維地震勘探技術(shù)的應(yīng)用與效果分析

摘 要：近年來，隨著我國煤炭開采整合工作的持續(xù)推進(jìn)，煤礦企業(yè)所面臨的局面正在不斷改觀，無論是礦產(chǎn)資源開發(fā)規(guī)模還是集約化水平都得到了不同程度的提升。但是，在一些礦區(qū)和小煤窯生產(chǎn)區(qū)，留下了大量因無序開采而造成的采空區(qū)，對(duì)現(xiàn)代煤礦企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)帶來了消極影響。文章以此為視角，對(duì)煤礦采區(qū)三維地震勘探技術(shù)的應(yīng)用與效果進(jìn)行了分析，以期為相關(guān)工作提供借鑒信息。

關(guān)鍵詞：三維地震勘探技術(shù)；煤礦采區(qū)；應(yīng)用；效果分析

中圖分類號(hào)：P631.4

三維地震勘探技術(shù)概念的提出始于1970年，當(dāng)時(shí)的地球物理學(xué)家沃爾頓將其初步應(yīng)用到了地質(zhì)勘探中，到1975年，三維地震勘探技術(shù)被正式應(yīng)用到了油田開發(fā)勘探中。實(shí)際上，與二維地震勘探技術(shù)相比，三維地震勘探的數(shù)據(jù)量更大，也有更好的準(zhǔn)確性，有利于長期保存；此外，由于該項(xiàng)技術(shù)在偏移歸位和橫向分辨率方面都有明顯的優(yōu)勢，對(duì)復(fù)雜構(gòu)造與小構(gòu)造的勘探尤為適用[1]；更為重要的是，由于地震反射波對(duì)振幅能夠形成更理想的保真度，對(duì)地層巖性的相關(guān)研究也十分有利。綜合以上情況可以看出，三維地震勘探技術(shù)具有十分優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)技術(shù)合理性。尤其在當(dāng)前情況下，我國煤炭開采整合工作持續(xù)推進(jìn)，煤礦企業(yè)所面臨的局面正在不斷改觀，無論是礦產(chǎn)資源開發(fā)規(guī)模還是集約化水平都得到了不同程度的提升，對(duì)精細(xì)地質(zhì)勘探的要求越來越高，該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用前景異常廣泛。文章以此為視角，對(duì)煤礦采區(qū)三維地震勘探技術(shù)的應(yīng)用與效果進(jìn)行了分析，以期為高產(chǎn)高效礦井的建設(shè)和生產(chǎn)，提高煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益提供可供借鑒的信息。

1 采區(qū)地球物理特性與勘探原理

1.1 采區(qū)地球物理特性解析

煤層和煤系地層因?yàn)椴煌梢驅(qū)е滤鼈儠?huì)表現(xiàn)出不同的賦存狀態(tài)，可是在一般情況下，會(huì)呈現(xiàn)為層狀沉積與層狀展布。倘若煤層被開采之后，形成采空區(qū)，就會(huì)在原有應(yīng)力狀態(tài)遭到破壞的情況下，導(dǎo)致原有地層產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)和出現(xiàn)裂縫，甚至發(fā)生塌陷等情況。實(shí)際上，對(duì)開采后形成的采空區(qū)來說，主要表現(xiàn)為以下形式：（1）如果采面較大或者開采時(shí)間相對(duì)較長，采空區(qū)會(huì)在重力與地層應(yīng)力的影響下，導(dǎo)致頂板塌落，繼而形成冒落帶和裂隙帶或者彎曲帶等，這樣一來，采空區(qū)就會(huì)被上層塌落的松散物充填進(jìn)來，使其地球物理特征發(fā)生改變。當(dāng)然，在這一過程中，塌落帶上部地層的特性也可能發(fā)生變化；（2）由于開采時(shí)間較短并且在未放頂?shù)那闆r下，煤層頂板屬于塑形巖石裝填，保存完整，此時(shí)的采空區(qū)就以不充水或者充水的空洞的形式保存了下來。

1.2 采區(qū)勘探原理

借助三位地震勘探技術(shù)對(duì)煤礦采區(qū)進(jìn)行勘探，其目的在于以其目的物和周邊圍巖之間存在波阻抗的差異為背景，對(duì)反射波的能量強(qiáng)度大小和兩介質(zhì)之間波阻抗差異等問題進(jìn)行研究，以期獲得更為準(zhǔn)確和適宜開采的數(shù)據(jù)[2]。在正常的沉積地層起伏界面上，通常情況下，會(huì)產(chǎn)生相對(duì)連續(xù)的反射波。但是，當(dāng)煤礦采空區(qū)中的巖層被開采之后，原有的地質(zhì)結(jié)構(gòu)也就發(fā)生了變化（這在前文已經(jīng)提及）。這樣一來，在采空區(qū)的頂?shù)着c周邊地區(qū)就會(huì)產(chǎn)生和正常巖層有明顯差異的反射波[3]。即會(huì)出現(xiàn)諸如反射波無序、反射波中斷以及反射能量增強(qiáng)等狀況，在極為特殊的情況下，還會(huì)產(chǎn)生繞射波的情況。

2 三維地震勘探技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例

河南省某測區(qū)屬于隱伏式煤田，井田內(nèi)地勢相對(duì)平坦，在其表層大多屬于粘土或者砂互層沉積狀況，厚度有明顯變化，其結(jié)構(gòu)也顯得十分復(fù)雜。通過鉆探之后發(fā)現(xiàn)，其地層自下而上分別屬于古生界奧陶系、石炭系和中生界侏羅系與新生界第四系。在本次進(jìn)行的三維地震勘探中，主要任務(wù)在于控制測區(qū)內(nèi)2、15煤層的賦存形態(tài)，尤其對(duì)那些大于6米以上的斷層要加以特別控制。

在實(shí)際勘探工作中，工作區(qū)內(nèi)地表相對(duì)平坦。按照試驗(yàn)確定觀測系統(tǒng)分為八線8炮制，且每線60道接收，采取中間激發(fā)的形式。在原始記錄中，能夠確定目的層的反射波能量相對(duì)強(qiáng)，信噪比處于較高水平。其中，干擾波的分布為，一些頻率較高的隨機(jī)噪聲以及低頻的面波干擾等。此外，借助精細(xì)幾何庫編輯和反褶積以及濾波處理，對(duì)抽道集與速度進(jìn)行了掃描分析，并借助動(dòng)校正與疊后偏移處理，最終得到了品質(zhì)較高和高主頻的三維地震勘探數(shù)據(jù)。

在對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行解釋的過程中，通過測井曲線進(jìn)完成了數(shù)據(jù)之間的合成，同時(shí)，對(duì)目的層位完成了標(biāo)定分析，并針對(duì)采空區(qū)在地震剖面上顯示出來的特征，對(duì)其地震波三瞬參數(shù)和方差體等屬性參數(shù)進(jìn)行了分析。而在對(duì)采空區(qū)構(gòu)造放大顯示之后發(fā)現(xiàn)，采空區(qū)構(gòu)造的分辨較高，精度解釋也十分理想。尤其在0.78s處，此前一直連續(xù)出現(xiàn)的反射波在該處出現(xiàn)了第一次中斷，之后的能量變?nèi)跎踔料У内厔?，但是在與其對(duì)應(yīng)的下部卻出現(xiàn)了能量較強(qiáng)的延續(xù)波；進(jìn)一步的分析可知，借助方差體順層切片能夠得出如下結(jié)論：這一異常區(qū)域?qū)儆陂L方形的圈閉形狀，借助這些數(shù)據(jù)可以判定該區(qū)域?yàn)椴煽諈^(qū)，在其內(nèi)部存在一定的填充物。

3 三維地震勘探地質(zhì)效果分析

在以上勘探資料中顯示，一些主采煤層已被采空，因?yàn)檫@一區(qū)域采用了房柱式采煤，因此留下了大量煤柱，其中的大部分都未放頂，處于自然坍塌的狀況。當(dāng)然，這一區(qū)域的地層結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，其地球物理特征處于復(fù)雜的狀況。因此，在這種情況下，最終形成了能量較強(qiáng)、連續(xù)性較好的煤層反射波，但是，由于其他原因的影響，反射波能量會(huì)出現(xiàn)不同程度的減弱[4]。此外，更為明顯的，采空區(qū)在地震時(shí)間剖面上的反應(yīng)十分明顯，而煤層被采空的范圍和礦方資料的吻合較為理想。由此可以判斷，此次三維地震勘探取得了較好的效果。

從結(jié)果看，本次三維地震勘探工作取得了如下成果：全面查明了區(qū)內(nèi)新生界地層的厚度和基巖面的起伏狀態(tài)，對(duì)區(qū)內(nèi)煤層的賦存狀態(tài)形成了清晰的認(rèn)識(shí)，同時(shí)查明了區(qū)內(nèi)幅度大于6米的褶曲；更為理想的是，進(jìn)一步控制了煤層產(chǎn)狀和煤層露頭位置，對(duì)落差大于6米的斷層進(jìn)行重點(diǎn)勘探，對(duì)相關(guān)數(shù)量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。

在測區(qū)內(nèi)，經(jīng)三維地震勘探后發(fā)現(xiàn)了大量新的斷層，這些斷層占比達(dá)到了60%以上，需要引起相關(guān)部門的重視。此外，斷層的走向十分復(fù)雜，不但有北東向，也有東西向。而對(duì)新揭示的東西向斷層，原設(shè)計(jì)對(duì)其產(chǎn)生了較大的影響，根據(jù)新的三維地震勘探資料，該礦需要對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行重新修改，根據(jù)斷層的走向重新劃分出新的采區(qū)和綜合機(jī)械化采煤區(qū)以及炮采塊段與構(gòu)造復(fù)雜帶等，并以此為依據(jù)，選擇適當(dāng)?shù)牟擅悍椒?，合理布置巷道和確定配采方案等。這樣做的目的在于最大限度的避免因?yàn)樵O(shè)計(jì)缺陷給礦井投產(chǎn)帶來的負(fù)面影響，使之處于主動(dòng)的局面之中。此外，進(jìn)一步的優(yōu)化還能夠減少無效掘進(jìn)和降低萬噸掘進(jìn)率，獎(jiǎng)勵(lì)人力資源的使用數(shù)量，提升資源的回收率和開采率。

4 結(jié)束語

當(dāng)前，針對(duì)煤礦采取探測采空區(qū)的物探方法較為豐富，可是大部分將精力集中在重力與電磁法方面。但是，因?yàn)椴煽諈^(qū)和其上部地層往往屬于開采前的地層，其地球物理性質(zhì)會(huì)產(chǎn)生一些明顯變化，這樣一來，三維地震勘探技術(shù)就在這方面表現(xiàn)出了強(qiáng)大的優(yōu)勢。比如，借助三維地震勘探對(duì)技術(shù)能夠?qū)Σ煽諈^(qū)進(jìn)行精確的探測，以此取得相對(duì)理想的勘探效果。在本次進(jìn)行的三維地震勘探作業(yè)中，借助合理的技術(shù)方案和嚴(yán)格的野外施工措施，已經(jīng)取得了較好的原始數(shù)據(jù)；在對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)的處理，將會(huì)取得更好的地質(zhì)效果，能夠?yàn)槊旱V的礦井設(shè)計(jì)和采區(qū)布置等各提供有力的借鑒。

參考文獻(xiàn)：

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[3]霍軍鵬，周竹峰，王萬合.三維地震勘探技術(shù)在煤礦采空區(qū)探測中的應(yīng)用[J].科技論壇，2012（03）：45-46.

[4]李云霞.三維地震勘探技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用[J].煤炭工程，2007（02）：68-69.

作者單位：平頂山天安煤業(yè)股份有限公司勘探工程處，河南平頂山 467099