司馬礦安城斷層探測中井下綜合物探技術(shù)的運(yùn)用

姚占偉

摘要：隨著煤礦綜合機(jī)械化的不斷發(fā)展，對地質(zhì)工作的要求越來越高，司馬煤礦三采區(qū)膠帶巷掘進(jìn)前方存在一安城正斷層，為了提前更合理的設(shè)計巷道，保障安全生產(chǎn)，綜合利用地震波超前探測技術(shù)和礦井瞬變電磁法技術(shù)對巷道迎頭前方安城斷層及附近小型斷裂構(gòu)造的位置、富導(dǎo)水性做了進(jìn)一步探測，通過驗證情況分析認(rèn)為：利用地震波超前探測技術(shù)和礦井瞬變電磁法技術(shù)既可以探測巷道前方構(gòu)造的位置以及富導(dǎo)水性，又可以將兩種物探結(jié)論綜合分析，相互驗證，提高井下物探資料解釋的精度和可靠性。

關(guān)鍵詞：綜合物探；構(gòu)造異常區(qū)；富水性

一、技術(shù)原理

1.1礦井巷道震波超前探測技術(shù)（MSP）。MSP技術(shù)基于反射波地震勘探原理，利用礦井巷道空間布置激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)，地震波在指定的震源點(diǎn)（巷道的左或右側(cè)邊）作小量炸藥（錘擊）產(chǎn)生，地震波在地層中以球面波傳播，當(dāng)遇到波阻抗界面（斷層、巖石破碎帶和巖性變化等）時，一部分信號被反射回來，反射信號被高靈敏度檢波器所接收。在全空間波場條件下，巷道前方界面的反射波在時距規(guī)律、相位特征與巷道周邊界面具有明顯差異，這為利用地震反射波來探測前方構(gòu)造提供了有利條件。

1.2礦井瞬變電磁法技術(shù)。瞬變電磁法又稱時間域電磁法，它是利用不接地回線或接地線源（電極）向地下發(fā)送一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場的間歇期間，利用線圈或接地線源（電極）觀測二次渦流場的方法。當(dāng)存在構(gòu)造破碎帶（斷層、裂隙和陷落柱等）時，如果構(gòu)造不含水，則其導(dǎo)電性較差，局部電阻率值增高；如果構(gòu)造含水，由于其導(dǎo)電性好，相當(dāng)于存在局部低電阻率值地質(zhì)體，為以巖石導(dǎo)電性差異為物理基礎(chǔ)的電磁法探測方法提供了良好的地質(zhì)條件。

二、數(shù)據(jù)采集、處理、解釋

2.1礦井巷道震波超前探測

2.1.1現(xiàn)場觀測系統(tǒng)布置及技術(shù)參數(shù)

觀測系統(tǒng)：本次MSP采取同側(cè)后置，共布設(shè)24個炮點(diǎn)，2個檢波點(diǎn)，炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)同側(cè)布置，位于井下設(shè)施較少的同一側(cè)幫腰線上，檢波點(diǎn)布置在炮點(diǎn)后側(cè)遠(yuǎn)離迎頭的地方，總測線長69m。

技術(shù)參數(shù)：接收孔：采用三分量加速度傳感器，其中X方向?qū)χ^方向，Y與X正好垂直，而Z分量是沿幫向里的垂直方向，通過打氣筒向傳感器氣室中充入高壓空氣，保證驅(qū)動貼壁裝置與孔壁耦合。放炮孔：孔徑以礦用放炮煤電鉆為準(zhǔn)，藥量50g，下藥后用炮泥將炮孔封至孔口，雷管為礦用一段瞬發(fā)雷管正向起爆。儀器因素：采樣點(diǎn)數(shù)2048，采樣間隔200us。

2.1.2資料處理及解釋。數(shù)據(jù)處理時以后置檢波器點(diǎn)為相對坐標(biāo)零點(diǎn)，以膠帶巷正北為X正方向，Y正方向指向右?guī)徒⒆鴺?biāo)系，分別來確定接收點(diǎn)和激發(fā)點(diǎn)的相對坐標(biāo)。將現(xiàn)場采集到的物探數(shù)據(jù)在專業(yè)軟件（MSP2.0）平臺上進(jìn)行了處理和分析，其處理流程為：記錄解編——數(shù)據(jù)預(yù)處理（主要有頻譜分析、初至拾取、帶通濾波、振幅調(diào)整）——核心處理（主要有反射波提取、速度分析、深度偏移）——結(jié)果解釋（界面提?。?/p>

2.2礦井瞬變電磁法技術(shù)

2.2.1現(xiàn)場觀測系統(tǒng)布置及技術(shù)參數(shù)。觀測系統(tǒng)：在井下巷道迎頭實地觀察后，結(jié)合探測目的任務(wù)，選擇了更適于全面探測迎頭前方情況的U型觀測系統(tǒng)，其中每個U形觀測點(diǎn)在垂直方向上都觀測了5個方向，包括迎頭斜上45°、斜上30°、順層、斜下30°和斜下45°。

2.2.2資料處理及解釋。將井下采集的數(shù)據(jù)在礦井瞬變電磁處理解析軟件上進(jìn)行了數(shù)據(jù)圓滑、干擾校正、電阻率計算等處理和分析，在迎頭前方的立體空間中，發(fā)現(xiàn)三處相對低阻異常區(qū)。

根據(jù)瞬變電磁各個探測方向的結(jié)果，對迎頭附近頂?shù)装寮绊槍拥暮灾鹨环治鋈缦拢?/p>

頂板：根據(jù)頂板斜上30°和頂板斜上45°探測結(jié)果分析，迎頭頂板的左前方阻值相對較低，分析存在局部富水；正前方80～120m處也存在局部低阻，分析為局部弱富水；右方及右前方頂板視電阻率較高，含水性較差。

順層：順層探測結(jié)果表明，迎頭左方及左前方30～100m存在低阻異常區(qū)，可能為局部構(gòu)造導(dǎo)水；正前方及右方視電阻率較高，含水性較差。

底板：底板探測結(jié)果表明，迎頭底板的左方及左前方，視電阻率很低，反映出該部位底板的富水性較強(qiáng)；正前方80～100m處底板也存在低阻異常區(qū)，不過視電阻率值反映出該部位富水性較弱；右方及右前方視電阻率較高，含水性較差。

三、綜合物探成果

地震解釋的R1界面，在其附近瞬變電磁資料顯示沒有明顯低阻異常，因此，R1含水性較差，破碎程度較低，分析可能為落差較小的構(gòu)造或巖性較為破碎地段；地震解釋的R2界面，在其附近瞬變電磁資料顯示只有底板斜下30°，當(dāng)日迎頭前方60～100m有局部低阻異常，分析R2可能為局部富水的小型斷裂構(gòu)造，導(dǎo)通的可能性較??；地震解釋的R3界面，分析該界面應(yīng)該為安城正斷層，落差較大，破碎程度較高，在其附近瞬變電磁資料顯示該部位在頂板45°、頂板30°、底板30°、底板45°，當(dāng)日迎頭前方80～100m均存在相對低阻異常，分析認(rèn)為局部存在相對較弱的富水區(qū)，需要引起注意。瞬變電磁資料解釋的迎頭左前方40m以外的較強(qiáng)富水區(qū)，根據(jù)本次礦井地震資料及地面地震資料分析，可能為安城斷層和DX12陷落柱附近的構(gòu)造富水，由于該異常區(qū)阻值較低，富水性較強(qiáng)，需引起礦方注意。四、驗證情況

在當(dāng)日探測迎頭前方30米左右處，存在一小型斷裂構(gòu)造，與礦井巷道震波超前探測解釋的R1異常反射界面較為吻合。由于本次巷道是與水平方向成以+9度破頂前進(jìn)，R2異常反射界面在本次巷道掘進(jìn)過程中未得到驗證，預(yù)計該異常為煤層內(nèi)部存在小的破碎帶；R3異常反射界面與本次驗證情況較為相符，為安城斷層賦存區(qū)域，預(yù)計落差31米左右，比正常地段涌水量大。

結(jié)論：通過本次綜合物探技術(shù)在司馬礦井的運(yùn)用及驗證情況分析認(rèn)為，利用地震波超前探測技術(shù)和礦井瞬變電磁法技術(shù)既可以探測巷道前方構(gòu)造的位置以及富導(dǎo)水性，又可以充分發(fā)揮各種物探方法優(yōu)勢，使各種方法的解釋成果相互佐證、取長補(bǔ)短，提高井下物探資料解釋的精度和可靠性。為煤礦安全、高效生產(chǎn)及防治水工作提供準(zhǔn)確地質(zhì)資料。

參考文獻(xiàn)

[1]關(guān)民全等.山西潞安集團(tuán)司馬煤業(yè)有限公司三采區(qū)膠帶巷（里段）安城正斷層超前探測報告[R].河北邯鄲：中國煤炭地質(zhì)總局水文物測隊，2012.