槽波地震勘探在煤礦中的應(yīng)用

劉剛等

摘要：概述了槽波地震的勘探方法及基本原理。利用透射槽波勘探法和反射槽波勘探法來圈定構(gòu)造所在位置，為采場布置提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：槽波地震 勘探方法 試驗

1 槽波地震勘探方法及基本原理

如圖1所示，任何一個透射二次波，當(dāng)他的波速大于入射波速的條件下，只要入射角大于臨界角都可能產(chǎn)生全反射。當(dāng)多層介質(zhì)中有一個低速層時，其速度比上下圍巖低，它的頂界面都將是一個強(qiáng)反射面。

槽波地震勘探的物理前提是煤層具有槽導(dǎo)性。在煤系地層中，與圍巖相比煤層具有速度低、密度小的特點，煤與圍巖的密度、速度比值約為1：1.5～3.0之間，煤的密度一般為1.2～1.5g/cm3，縱波速為1400～2700m/s，橫波速為800～1600m/s，而煤層頂?shù)装宕蠖嗍菐r化程度較高的泥巖或灰?guī)r，它們的密度較大，通常2.2～2.8g/cm3，縱波速為1800～5000m/s，橫波速為1600～4000m/s，且多數(shù)速度值偏高。在地質(zhì)剖面中，煤層是一個典型的低速夾層，在物理上構(gòu)成一個“波導(dǎo)”。因此，許多煤層與頂?shù)装鍘r層界面均是高波阻抗。當(dāng)煤層中激發(fā)的體波包括縱波與橫波，激發(fā)的部分能量由于頂?shù)捉缑娴亩啻稳瓷浔唤d在煤層及其鄰近的巖石中（簡稱煤槽），不向圍巖輻射，在煤層中相互疊加、相長干涉，形成一個強(qiáng)的干涉擾動，即槽波。它以煤層為波導(dǎo)沿煤層向外傳播，因此槽波又稱煤層波或?qū)Рā?/p>

槽波勘探方法分為透射槽波勘探法和反射槽波勘探法：

1.1 透射勘探法

如圖2、3所示激發(fā)點（炮點）布置在工作面的一個巷道內(nèi)，數(shù)據(jù)采集站布置在工作面的另一個巷道內(nèi)，接收來自炮點的地震透射信息。主要用于探測煤層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和內(nèi)部異常，包括煤層厚度變化，夾矸石分布，大、小斷層，陷落柱，剝蝕帶，古河床沖刷，巖墻，老窯等，在某些情況下判斷煤層內(nèi)部壓力相對變化。透射法的探測距離是煤層厚度的300倍左右。

1.2 反射勘探法

如圖4、5所示，炮點和檢波器點布設(shè)在一條巷道里進(jìn)行探測，接收的是反射槽波信號。當(dāng)震源激發(fā)的槽波沿煤層向遠(yuǎn)處傳播中遇到不連續(xù)體，即遇到地震波的波阻抗（速度與密度的乘積）的分界面時，將產(chǎn)生反射槽波信號，利用布設(shè)在巷道壁或工作面壁上的檢波器，就可以接收到這些反射槽波信號。通過識別和分析這些反射槽波信號，就能直接判斷出煤層不連續(xù)體的所在位置。

反射法主要用于探測煤層內(nèi)的各種大、小正斷層和逆斷層以及侵入體和巖墻等。探測距離是煤層厚度的100倍左右。

2 現(xiàn)場試驗

2.1 完成工作量

截止2012年8月15日，已完成8次槽波試驗工作，試驗地點分別在張集礦1410（1）、1113（1）、1217（1）工作面，顧北礦1342（1）工作面，潘三礦1622（3）、12428工作面，測線總長3900m。2011年完成2400m，2012年完成1500m。其中11-2煤4個工作面、13槽煤1個工作面、8槽煤1個工作面。透射法在張集礦1410（1）工作面做過一次，其它7次均為反射法試驗。

2.2 試驗成果

2.2.1 透射法試驗

目前槽波地震勘探透射法試驗研究工作只在張集礦1140（1）工作面進(jìn)行一次，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集時間為2011年6月2日。實際有效記錄27炮，炸藥量為160g/炮。從現(xiàn)場實測槽波記錄看，激發(fā)炮藥量160g偏少。

依據(jù)CT成像圖圈定6個波速相對較高異常區(qū)，結(jié)合已知的地質(zhì)資料分析，1#、2#為煤厚變化引起，4#、6#為夾矸厚度變化反映，3#、5#為煤厚變化或斷層反映。經(jīng)工作面回采驗證，探測結(jié)果與實際基本一致。

2.2.2 反射法試驗

潘三礦1622（3）工作面

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集時間為2012年8月10日，沿1622（3）工作面軌道順槽外幫進(jìn)行，有效炮點30個，藥量330g/炮。（圖6）

依據(jù)槽波探測結(jié)果，F(xiàn)20-1斷層反應(yīng)明顯，與三維地震資料對比，槽波預(yù)測斷層位置較三維地震距離1622（3）軌道順槽近。

2.3 潘三礦12428工作面

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集時間為2012年8月13日，沿12428工作面運輸順槽里幫進(jìn)行，有效炮點24個，藥量220g/炮。（圖7）

此次試驗?zāi)繕?biāo)是F23斷層，確定其準(zhǔn)確位置。從資料處理圖上，可以看出F23斷層異常比較明顯，比原先位置稍有偏差，此面目前正在回采，回采到F23斷層處，將會對該斷層進(jìn)行全方位驗證。

4 試驗地質(zhì)效果

通過工作面揭露資料、三維地震資料及坑透資料對比可見，目前槽波試驗地質(zhì)效果良好。

反射法采集試驗數(shù)據(jù)較多、內(nèi)容豐富，在8槽、11槽和13槽煤都進(jìn)行過試驗，實驗表明對大于1/2煤厚的斷層都反映較明顯，探測距離目前可達(dá)到280m，探測距離非常理想。

透射法它對煤層變薄帶、夾矸變厚以及斷層反應(yīng)較明顯，探測工作面寬度大于240m。

參考文獻(xiàn)：

[1]張守恩，姜克富.地震槽波法探測煤礦井下小型地質(zhì)構(gòu)造.

[2]煤科院.地質(zhì)室.槽波地震法探測煤礦井下小構(gòu)造的模擬實驗.

[3]付英俊.談礦井地質(zhì)勘探的槽波地震法[J].科技促進(jìn)發(fā)展，2012（03）.