三維地震勘探技術(shù)在煤礦防治水患中的應(yīng)用

[摘 要]每個(gè)礦井水患的產(chǎn)生條件、形成機(jī)理以及防治技術(shù)都是不一樣的，探索和研究新的的水患防治技術(shù)，對(duì)實(shí)現(xiàn)礦井安全高效生產(chǎn)具有重要意義。本文結(jié)合四川古敘礦區(qū)石屏一礦工程實(shí)際，采用三維地震勘探等多種防治水技術(shù)，綜合治理水患并取得明顯成效。

[關(guān)鍵詞]三維地震勘探；防治水患；水文動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：TD 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）23-0001-01

1、前言

石屏一礦為古敘礦區(qū)第一對(duì)規(guī)?；ㄔO(shè)的大型礦井，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力120萬(wàn)噸/年，設(shè)計(jì)建設(shè)工期40個(gè)月，由于多種因素（主要是水災(zāi)事故）的影響，致使投產(chǎn)日期一再推遲，一直到2012年8月才正式竣工投產(chǎn)。從2008年至2011年，先后出現(xiàn)過(guò)四次較大的水患事故。水患不僅給石屏一礦造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，這些損失包括直接經(jīng)濟(jì)損失、設(shè)備損失和誤工損失，總計(jì)至少損失了三千多萬(wàn)元，還使礦井建設(shè)進(jìn)度推遲三年以上。因此，探索防治水患的綜合治理技術(shù)意義重大。為了治理水患，石屏一礦采取了三維地震勘探等多項(xiàng)技術(shù)，取得很好的效果，現(xiàn)以石屏一礦其中一次采用三維地震勘探技術(shù)防治水患為例加以說(shuō)明。

2、石屏一礦水文地質(zhì)概況

（1）地形、地貌及河流

石屏井田位于古藺復(fù)式背斜北翼水文地質(zhì)單元的東段，石亮河與萬(wàn)家河之間的河間地塊.。區(qū)內(nèi)河流屬山溪小河，溝谷縱橫，平面上呈樹枝狀展布。地形坡度比較大，地表水逕流較為暢通，河水湍急，兩岸切割較強(qiáng)烈。

（2）與采掘活動(dòng)相關(guān)的直接充水含水層

石屏一礦的主要運(yùn)輸巷道均設(shè)置于龍?zhí)督M下部的茅口組灰?guī)r中，茅口組巖溶含水層無(wú)法避免的成為了對(duì)礦井有直接充水影響的含水層。

3.三維地震勘探防治水患技術(shù)

3.1地震地質(zhì)條件及工作方法

（1）淺層地震地質(zhì)條件

井田位于四川盆地與云貴高原的過(guò)渡地帶，主要為構(gòu)造剝蝕地貌，山巒疊嶂，溝谷縱橫，地形崎嶇。地震測(cè)區(qū)內(nèi)總體地形南高北低，金堂溝自西向東貫穿于整個(gè)測(cè)區(qū)中部，形成“V”字型地貌。測(cè)區(qū)內(nèi)地形條件差，地表植被發(fā)育，地表地質(zhì)情況復(fù)雜，對(duì)地震勘探的激發(fā)及接收均不太有利，淺表層地震地質(zhì)條件較差。

（2）中、深層地震地質(zhì)條件

本次三維地震勘探的目的層是龍?zhí)督MC13、C19、C25煤層。除C13外煤層較穩(wěn)定，全區(qū)可采。

3.2.觀測(cè)系統(tǒng)選擇

（1）道間距選擇

根據(jù)采樣定理，時(shí)間上的采樣間隔應(yīng)滿足。本區(qū)保存的地震信號(hào)最高頻率=300Hz，則ms，因此采樣間隔選為1ms。但為了不產(chǎn)生空間假頻，地震信號(hào)沿測(cè)線方向空間采樣間隔要小于、等于視波長(zhǎng)的一半。結(jié)合試驗(yàn)資料分析，本區(qū)接收道距采用5m，完全滿足采樣定理要求。

（2）檢波點(diǎn)線距選擇

檢波點(diǎn)線距選擇與地下數(shù)據(jù)點(diǎn)網(wǎng)格密度、勘探精度直接相關(guān)。本區(qū)三維地震勘探檢波點(diǎn)線沿傾向方向排列，取道距的4倍即20m線距，保證對(duì)斷層落差5m，波幅大于20m褶曲，直徑大于20m陷落柱及采空區(qū)的探測(cè)精度。

（3）炮點(diǎn)網(wǎng)格密度

炮點(diǎn)網(wǎng)格密度由接收排列道數(shù)、縱橫向疊加次數(shù)、縱橫向炮點(diǎn)移動(dòng)道間距決定。本次施工采用排列道數(shù)N=80道接收，縱向疊加次數(shù)=5，則縱向炮點(diǎn)距40m。在橫向CDP網(wǎng)格距為10m的情況下，橫向炮點(diǎn)距40m。則本區(qū)炮點(diǎn)網(wǎng)格密度為40m×40m，CDP網(wǎng)格為2.5m×10m。

（4）覆蓋次數(shù)選擇

三維地震勘探的總覆蓋次數(shù)由縱向疊加次數(shù)與橫向疊加次數(shù)的乘積決定。依據(jù)本區(qū)道間距、檢波點(diǎn)線距及炮點(diǎn)網(wǎng)格的選擇，構(gòu)成縱向疊加次數(shù)=5次，橫向疊加次數(shù)=4次，則三維地震勘探總的覆蓋次數(shù)為20次。保障了三維地震勘探記錄的信噪比。

（5）排列長(zhǎng)度的確定

1）最大炮檢距的確定

根據(jù)煤炭地震勘探的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，最大炮檢距Xmax大致等于最深目的層深度時(shí)，就可以保證一個(gè)排列范圍內(nèi)完整地記錄煤層反射波，確認(rèn)多次反射波及其它相干噪音。最大炮檢距的計(jì)算公式為：Xmax=（0.7～1.5）×h。在探測(cè)目的層埋深約300～600m的情況下，炮檢距可以在210～900m之間變化。但為了提高縱橫向勘探精度，保證完整記錄淺、中、深層反射波，在充分分析試驗(yàn)資料的基礎(chǔ)上，石屏區(qū)三維地震勘探的最大炮檢距選擇為475m。

2）最大非縱距的選擇

最大非縱距限定值可用下式計(jì)算：YmaxV×（2×t0×δt）/ 2 / Sinψ。式中：ψ：地層傾角；V：平均速度；t0：雙程反射時(shí)間。一般情況下，δt為有效視周期的1/8即可滿足對(duì)資料質(zhì)量的要求。本次施工采用80m偏移距，最大非縱距為170m，滿足以上要求。

3.3測(cè)網(wǎng)布置

本次三維地震勘探的地下控制面積為1.70km2，測(cè)區(qū)基本為一向北西傾的單斜構(gòu)造，地層傾角為10？～25？，為了使地下反射層及構(gòu)造能正確成像歸位，在確定地表施工面積時(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)鑲邊面積，確保地質(zhì)勘探面積完全位于滿覆蓋面積內(nèi)。鑲邊長(zhǎng)度γ用如下公式計(jì)算：γ=Z×tanΨ ，其中：Z為目的層埋深（m）；Ψ為目的層傾角（°）。當(dāng)煤層最大埋深Z為400m時(shí)，γ值約為186m，所以在控制區(qū)的下傾方向鑲邊180m。加上附加段200m，在控制邊界外400m布線即可。因此三維地震施工面積為3.98km2。全區(qū)共布設(shè)三維地震線束27束。線束垂直于地層走向。檢波線140條，炮線135條，生產(chǎn)物理點(diǎn)3513個(gè)，試驗(yàn)物理點(diǎn)55個(gè)，總物理點(diǎn)3568個(gè)。

4、資料處理

三維地震資料處理一般可分為預(yù)處理、常規(guī)處理、特殊處理、和成果顯示四個(gè)部分。結(jié)合本區(qū)特點(diǎn)和煤田三維地震處理經(jīng)驗(yàn)，依據(jù)試處理資料的分析，確定了本次資料處理的流程。根據(jù)本區(qū)地形高差變化大、干擾因素多、勘探精度要求高的特點(diǎn)，資料處理中的主要思路是，以靜校正和去噪為重點(diǎn)，全力保障同相疊加，在努力提高資料信噪比的前提下提高分辨率，采用高精度三維一步法偏移技術(shù)，實(shí)現(xiàn)反射界面及各種地質(zhì)異常體正確的聚焦歸位，保證地質(zhì)信息位置的準(zhǔn)確性。為資料解釋提供了高質(zhì)量的三維立體數(shù)據(jù)體。為此在資料處理中充分發(fā)揮了人機(jī)交互處理方便、靈活、適時(shí)及有效的試驗(yàn)和質(zhì)量控制手段，以全三維處理技術(shù)，努力挖掘三維數(shù)據(jù)采集獲得的豐富信息，通過(guò)精心試驗(yàn)，選擇有針對(duì)性模塊，合理搭配，優(yōu)選參數(shù)，取得波組特征清晰，信噪比高、分辨率高、構(gòu)造合理的三維資料處理成果。

5、結(jié)語(yǔ)

采用三維地震勘探技術(shù)防治煤礦水患在西南地區(qū)為首次應(yīng)用，此技術(shù)為礦井安全提供了保障。到2012年12月，采用此技術(shù)不僅為礦井減少經(jīng)濟(jì)損失4500余萬(wàn)元，而且減少了巷道維修量，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工人勞動(dòng)環(huán)境，有較好的推廣及應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 四川省古藺縣川南煤田石屏一礦三維地震勘探報(bào)告，四川省煤田地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院，2009年11月

作者簡(jiǎn)介

寧望輔（1964），男，本科，重慶市，采煤高級(jí)工程師，現(xiàn)就職于重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，主要從事采礦專業(yè)相關(guān)教學(xué)與科研工作.