寺河礦W2303工作面槽波地震探測分析

焦運(yùn)磊

摘 要：以寺河礦W2303回采工作面為工程背景，在分析槽波地震探測技術(shù)原理的基礎(chǔ)上，對(duì)槽波地震探測技術(shù)在W2303回采工作面的應(yīng)用情況進(jìn)行分析，并將槽波地震探測結(jié)果與坑探及鉆探結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，坑探、鉆探結(jié)果與槽波地震探測劃定的異常區(qū)范圍一致，表明了槽波地震探測技術(shù)可以對(duì)回采面異常帶進(jìn)行有效勘探。

關(guān)鍵詞：煤礦;地質(zhì)構(gòu)造;槽波地震探測

中圖分類號(hào)：P631.44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）17-0068-03

Abstract： Based on the engineering background of W2303 mining face in Sihe Mine and the analysis of the principle of trench wave seismic detection technology， the application of trench wave seismic detection technology in W2303 mining face was analyzed， and the results of trench wave seismic detection were compared with those of pit exploration and drilling. The results show that pit exploration and drilling knot are formed. The results are consistent with the anomaly zones delineated by channel wave seismic exploration， which indicates that channel wave seismic exploration technology can effectively explore the anomaly zones of mining face.

Keywords： coal mine;geological structure;trench wave seismic detection

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷快速發(fā)展，煤礦機(jī)械化的開采水平已經(jīng)顯著提升，地質(zhì)構(gòu)造是影響煤礦回采工作面或者掘進(jìn)工作面快速推進(jìn)重要因素，掌握煤礦井下地質(zhì)構(gòu)造的賦存狀況尤為重要，而地震勘探是煤礦井下勘探地質(zhì)構(gòu)造的一個(gè)重要手段。地震勘探的技術(shù)種類較多，其中以槽波地震探測的應(yīng)用最為廣泛[1，2]。寺河礦W2303工作面回采巷道掘進(jìn)期間遇到的地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜。為了探明回采區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造的具體位置、參數(shù)，保證回采工作面的安全生產(chǎn)，在回采工作面回采巷道中采用槽波地震勘探技術(shù)。

1 槽波地震探測技術(shù)原理

槽波地震探測技術(shù)是地球物理方法，屬于地震勘探技術(shù)的一個(gè)重要分支，基本原理是利用在井下激發(fā)的并在煤層中傳播的地震波，對(duì)區(qū)域內(nèi)的不連續(xù)物進(jìn)行探測。利用槽波地震探測技術(shù)既可以實(shí)現(xiàn)對(duì)勘探區(qū)內(nèi)斷層、褶皺、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造的勘探，又可以實(shí)現(xiàn)對(duì)煤層分叉、廢棄巷道、回采采空區(qū)等的勘探[3]。槽波地震探測技術(shù)具有勘探范圍廣、勘探精度高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在煤礦井下地質(zhì)勘探中得到廣泛應(yīng)用。相對(duì)于坑透等勘探技術(shù)，槽波地震探測在探測范圍以及探測精度上都有明顯的優(yōu)勢。槽波地震探測技術(shù)根據(jù)發(fā)射點(diǎn)與接收點(diǎn)的位置關(guān)系可以分為透射法、反射法和聯(lián)合法。

1.1 透射法

透射法是將震波發(fā)出的槽波信號(hào)透過煤層傳輸至接收點(diǎn)。炮點(diǎn)以及接收點(diǎn)分別布置在勘探區(qū)周邊不同巷道內(nèi)，根據(jù)接收點(diǎn)接收到的槽波信號(hào)的強(qiáng)弱、有無，對(duì)槽波經(jīng)過的扇形區(qū)的地質(zhì)異常區(qū)域進(jìn)行探測[4]。同樣，也可以通過對(duì)接收到的透射槽波信號(hào)進(jìn)行分析，為反射法運(yùn)用時(shí)取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、解釋提供一定的參考。透射法探測的范圍可以達(dá)到煤層厚度的數(shù)百倍。由于炮點(diǎn)發(fā)出的槽波能量在煤層中受到束縛，當(dāng)槽波傳播過程中遇到地質(zhì)異常點(diǎn)時(shí)（如斷層的落差大于煤層厚度，使得煤層不連續(xù)），接收點(diǎn)可能接收不到槽波信號(hào)，若能接收到信號(hào)，則表明探測區(qū)域內(nèi)地質(zhì)異常點(diǎn)的影響較小，或者不存在地質(zhì)異常點(diǎn)。在煤礦井下的一條巷道內(nèi)布置炮點(diǎn)，釋放能量，在煤層中形成地震波，在探測范圍對(duì)應(yīng)的另一條巷道內(nèi)布置接收點(diǎn)，接收來自炮點(diǎn)的地震波。透射法對(duì)探測區(qū)域的地質(zhì)解釋主要是依靠接收點(diǎn)接收到的L波進(jìn)行的。

1.2 反射法

反射法主要用于對(duì)回采工作面或者掘進(jìn)工作面前方的斷層進(jìn)行探測。當(dāng)探測區(qū)域內(nèi)的煤層被斷層斷開時(shí)，由于斷層上下盤兩側(cè)的波阻不同，因此，斷層就會(huì)形成一個(gè)反射體。反射法就是利用接收點(diǎn)接收到反射體反射回的槽波信號(hào)對(duì)地質(zhì)異常進(jìn)行解釋。反射法接收點(diǎn)接收到的主要是R型槽波，對(duì)地質(zhì)異常點(diǎn)進(jìn)行解釋。炮點(diǎn)發(fā)出的槽波經(jīng)過斷層反射后，接收點(diǎn)中的檢波器主要接收一小部分受到激發(fā)的R型槽波，地質(zhì)異常點(diǎn)的波阻抗越大，槽波的反射越明顯。地質(zhì)異常點(diǎn)的波阻抗與巖層的性質(zhì)、破碎程度等密切相關(guān)，可以根據(jù)接收到的反射的槽波輕度來對(duì)地質(zhì)異常點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行一定量的判別。

1.3 聯(lián)合法

顧名思義，聯(lián)合法是透射法以及反射法兩種方法的結(jié)合，可以對(duì)工作面內(nèi)的地質(zhì)異常進(jìn)行勘探、接收，聯(lián)合法具體示意圖如圖1所示。

2 槽波地震探測技術(shù)在W2303工作面中的應(yīng)用

2.1 工作面概況

晉城煤業(yè)集團(tuán)寺河礦W2303工作面長1 357m，傾向長276～296m，煤層為3#煤層，煤厚6m左右，為穩(wěn)定可采煤層，采用一次采全高采煤工藝、全部垮落法對(duì)頂板進(jìn)行管理。工作面內(nèi)可能存在隱伏性小斷層，節(jié)理、裂隙發(fā)育，牽引褶曲、煤層產(chǎn)狀急劇變化，煤體破碎，煤層變薄等地質(zhì)異?，F(xiàn)象。因此，為了進(jìn)一步查明W2303工作面內(nèi)部的地質(zhì)異常區(qū)域，保障工作面安全開采，采用槽波地震探測技術(shù)對(duì)落差大于煤厚1/2的斷層、直徑較大的陷落柱以及構(gòu)造破碎帶的發(fā)育情況進(jìn)行勘探，保證工作面的正常安全回采。

2.2 施工設(shè)計(jì)

本次探測在兩條巷道進(jìn)行，一發(fā)一收，分兩段施工：第1段為W2303工作面切眼向外290～1 300m，23031巷、23033巷發(fā)射點(diǎn)各23個(gè)，發(fā)射點(diǎn)間距40m;接收點(diǎn)各177個(gè)，接收點(diǎn)間距5m;第2段為W2303工作面切眼向外0～750m，23031巷、23033巷發(fā)射點(diǎn)各19個(gè)，發(fā)射點(diǎn)間距40m;接收點(diǎn)各150個(gè)，接收點(diǎn)間距5m。具體布置見表1及表2。

2.3 槽波數(shù)據(jù)分析

在對(duì)槽波數(shù)據(jù)進(jìn)行分量切割、觀測系統(tǒng)載入、濾波、壞道剔除等初步處理后，根據(jù)槽波的振幅進(jìn)行拾取，并對(duì)振幅衰減系數(shù)進(jìn)行分析，根據(jù)振幅衰減系數(shù)迭代計(jì)算成圖即為能量衰減系數(shù)CT成像，為本次槽波勘探進(jìn)行地質(zhì)解釋的主要依據(jù)。針對(duì)本次槽波資料特點(diǎn)，以槽波能量衰減系數(shù)CT成圖（見圖2）進(jìn)行異常劃分，最終本次W2303工作面的槽波探測結(jié)果共圈定5個(gè)異常區(qū)，即YC1至YC5。

①本次W2303工作面槽波透射勘探，共探測出5個(gè)異常區(qū)，對(duì)YC1區(qū)域進(jìn)行分析，判斷其為陷落柱。

②圖中YC4和YC5區(qū)域槽波能量衰減劇烈，形成多片狀連接的異常區(qū)域。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況綜合分析，預(yù)計(jì)在該區(qū)域構(gòu)造復(fù)雜交錯(cuò)，構(gòu)造主要以斷層為主（兩側(cè)巷道均有揭露），同時(shí)不排除存在陷落柱的可能。

③在整體槽波探測區(qū)域中，YC3至YC5區(qū)域能量衰減反應(yīng)最為突出，預(yù)計(jì)該區(qū)域由于構(gòu)造復(fù)雜交錯(cuò)，致使煤體應(yīng)力集中，破碎相對(duì)嚴(yán)重，望礦井加強(qiáng)關(guān)注，并采取相關(guān)防范措施。

具體的槽波探測異常區(qū)推斷描述如表3所示。

3 探測驗(yàn)證

為了進(jìn)一步對(duì)槽波地震探測結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，采用無線電坑透技術(shù)對(duì)W2303工作面進(jìn)行探測，坑透成果圖具體如圖3所示。

通過對(duì)圖2及圖3進(jìn)行對(duì)比分析可知：槽波與坑透成果圈定的異常和坑透異常在工作面位置關(guān)系及異常區(qū)范圍上，基本吻合，因此，可以確定所圈定各異常的可靠程度較高。在回采工作面回采推進(jìn)鉆探過程中，對(duì)圈定的異常區(qū)進(jìn)行鉆孔驗(yàn)證，結(jié)果也表明，在圈定的YC1區(qū)域探測出直徑為7m的陷落柱，但不含水，周邊較為破碎;在圈定的YC2區(qū)域探測出構(gòu)造破碎帶;在圈定的YC3區(qū)域探測出落差為3m的正斷層;在圈定的YC4區(qū)域探測出落差為1.6m的逆斷層;在圈定的YC5區(qū)域探測出落差為2m的逆斷層。鉆探結(jié)果也與槽波探測結(jié)果較為接近，表明槽波探測結(jié)果可以指導(dǎo)礦井生產(chǎn)。

4 結(jié)論

寺河礦W2303工作面采用槽波透射法進(jìn)行探測，探測測線長度為1 350m。經(jīng)過數(shù)據(jù)分析和處理，本次槽波探測共圈定出5處異常區(qū)域，并采用無線電坑透及鉆孔鉆探等方式對(duì)探測出的地質(zhì)異常帶進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明，槽波探測結(jié)果與無線電坑透、鉆探結(jié)果較為接近，槽波探測可以對(duì)礦井生產(chǎn)起到良好的指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)：

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