高家梁煤礦地質(zhì)超前預(yù)報實測研究

摘 要：文章介紹了采用礦井地質(zhì)探測儀進行地質(zhì)超前預(yù)報的基本原理及方法，并對高家梁煤礦受不同采動影響的巷道進行實測研究，探測結(jié)果為煤礦巷道加固等措施的實施提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：超前預(yù)報；地質(zhì)探測儀；破碎帶

煤炭井下開采過程中，經(jīng)常會遇到斷層破碎帶、溶洞、軟弱層等不良地質(zhì)體，易導(dǎo)致冒頂、片幫、突水、沖擊地壓等事故，給工作面安全開采構(gòu)成嚴(yán)重威脅[1]。如果能提前掌握前方地質(zhì)條件變化情況，將為采取有效措施提供依據(jù)，對防治相關(guān)地質(zhì)災(zāi)害具有重要意義[2-3]。文章介紹了采用礦井地質(zhì)探測儀進行地質(zhì)超前預(yù)報的方法，并對高家梁煤礦受不同采動影響的巷道進行現(xiàn)場探測。

1 地質(zhì)超前探測方法

1.1 探測儀器

礦井地質(zhì)探測儀是基于礦井震波運動學(xué)和動力學(xué)特征理論，通過對數(shù)學(xué)建模、反演算法、圖像處理、地質(zhì)解析等專項技術(shù)開發(fā)形成的探測技術(shù)方法，可用于解決井下采掘工作面前方及周圍未探明的構(gòu)造和影響范圍及巷道余煤（巖）厚度等的預(yù)測預(yù)報，能為煤礦開采過程中的安全科學(xué)施工提供有力支持。儀器采用先進電子技術(shù)與嵌入式操作系統(tǒng)，保證了地震數(shù)據(jù)信號的高保真采集及高分辨率信號解析處理，具有嵌入式Linux操作系統(tǒng)、信號動態(tài)范圍大、接收靈敏度高、各道信號采集同步、探測方法豐富、數(shù)據(jù)處理精深等優(yōu)點。適合于井下未探明的小構(gòu)造、斷層、采空區(qū)、陷落柱，巷道頂?shù)子嗝海◣r）厚度等超前探測，以及地面及地下工程地震勘探。本次探測使用KDZ113-4便攜式礦井地質(zhì)探測儀。

1.2 探測原理

探測采用單點自激自收探測方法，即反射波中偏移距為零的垂直反射形式。根據(jù)反射波原理，它是通過接受不同性質(zhì)斷面交界面的地震波垂直反射信號，來解析計算目的的層距或厚度的。

2 探測實例

2.1 現(xiàn)場地質(zhì)條件

高家梁井田位于鄂爾多斯市境內(nèi)，井田南北最長約14.09km，東西最寬約12.69km，面積約87.4178km2。井田內(nèi)共見可采煤層6層，即2-2上、2-2中、3-1、4-2中、5-1、6-2中煤層，目前主要開采2-2上、2-2中煤層。煤層頂?shù)装宥酁樯百|(zhì)泥巖、粉砂巖，局部為細(xì)砂巖，裂隙發(fā)育，其力學(xué)強度較低，且在水中還有崩解破壞現(xiàn)象。區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造相對簡單，地層波狀起伏，小褶曲構(gòu)造發(fā)育，局部有小斷層發(fā)生。

2-2上煤層厚度0.80～7.04 m，平均2.37 m。煤層結(jié)構(gòu)簡單，頂板巖性以砂質(zhì)泥巖、粉砂巖為主，局部為中砂巖；底板巖性主要為砂質(zhì)泥巖和粉砂巖，局部為泥巖、細(xì)砂巖。2-2中煤層厚度0.80～8.95m，平均3.15m。煤層結(jié)構(gòu)簡單，頂板巖性多為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，局部為細(xì)砂巖；底板巖性以砂質(zhì)泥巖、粉砂巖為主，局部為細(xì)砂巖、泥巖。工作面一般沿煤層走向布置，走向長度150～200m，傾向長度1000～1500m。工作面順槽采用矩形斷面形式，采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護；機頭硐室為直墻半圓拱形斷面形式，采用錨噴支護方式，同時配合金屬網(wǎng)和W型鋼帶進行支護。

2.2 地震波速測算

采用高精度震波探測技術(shù)，運用已知地質(zhì)構(gòu)造變化，反算出本礦井的地震波在巷道頂板中的傳播速度，為探測巷道未知區(qū)域的構(gòu)造變化提供數(shù)據(jù)條件。探測地點為2中回風(fēng)大巷h28測點往里95米處，巷道頂板為細(xì)砂巖。

2.3 探測結(jié)果

分別對20111工作面回風(fēng)順槽、20108工作面回風(fēng)順槽和2-2中203盤區(qū)右翼輔運大巷進行現(xiàn)場探測，探測結(jié)果如圖3～5所示。由圖可知，受一次采動影響時，在20111工作面回風(fēng)順槽中，波傳播到12.75ms和21.12ms時發(fā)現(xiàn)異常，則距離探測地點為36.33m和60.19m處為弱膠結(jié)破碎帶；受兩次采動影響時，在20108工作面回風(fēng)順槽中，波傳播到4.75ms時發(fā)現(xiàn)異常，其頂板內(nèi)異常位置為13.53m；在2中203盤區(qū)右翼輔運大巷中，波形傳播到9.72ms、14.34ms、22.59ms時發(fā)現(xiàn)異常，則距離探測地點為27.70m、40.86m和64.38m處為弱膠結(jié)破碎帶。

3 結(jié)束語

礦井地質(zhì)探測儀可有效地對煤礦井下不良地質(zhì)體（包括斷層、破碎帶、溶洞等）進行超前預(yù)報，對高家梁煤礦探測結(jié)果表明，礦區(qū)頂板地震波傳播速度為2.85m/ms，在2上順槽和2中大巷均出現(xiàn)了一定程度的破碎帶。

參考文獻

[1]羅利銳，劉志剛，閆怡沖.超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)的提出及其發(fā)展方向[J].巖土力學(xué)，2011，32（增1）：614-618.

[2]劉志剛，趙勇.隧道隧洞施工地質(zhì)技術(shù)[M].北京：中國鐵道出版社，2001.

[3]呂兆海，來興平.破碎圍巖條件下井巷工程綜合超前地質(zhì)預(yù)報實踐[J].物探與化探，2009，33（2）：229-229.

作者簡介：王建勇（1985-），男，內(nèi)蒙古鄂爾多斯人，本科學(xué)歷，采煤初級助理工程師，從事技術(shù)管理工作。