綜合物探在工作面地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)中的應(yīng)用

摘 要：為了降低采面隱伏構(gòu)造對(duì)煤炭開(kāi)采影響，針對(duì)5325綜采工作面地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜問(wèn)題，采用以無(wú)線(xiàn)電透視+槽波地震探測(cè)相結(jié)合的綜合物探技術(shù)對(duì)采面開(kāi)采范圍內(nèi)的煤體存在的構(gòu)造進(jìn)行探測(cè)，并詳細(xì)對(duì)各物探技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)布置方案、探測(cè)成果進(jìn)行探討分析，最終用鉆探方式對(duì)綜合物探進(jìn)行驗(yàn)證?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用發(fā)現(xiàn)5325綜采工作面內(nèi)有12條隱伏斷層、5個(gè)隱伏陷落柱、9個(gè)地質(zhì)異常體，探測(cè)到的隱伏構(gòu)造多發(fā)于在采面第2、第3回采階段。綜合物探成果現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用取得顯著成果，探測(cè)結(jié)果可在一定程度上指導(dǎo)采面煤炭生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：綜合物探;隱伏構(gòu)造;斷層;陷落柱;綜采工作面

斷層、陷落柱、褶曲等是煤炭開(kāi)采過(guò)程中常遇地質(zhì)構(gòu)造，同時(shí)也是良好的導(dǎo)水體[1-3]。因此，在煤炭開(kāi)采過(guò)程中精準(zhǔn)探測(cè)地質(zhì)構(gòu)造對(duì)確保生產(chǎn)安全具有重要意義。現(xiàn)階段礦井普遍采用物探+鉆探方式對(duì)回采工作面未采煤體內(nèi)存在的地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行探測(cè)，在一定程度上提升了礦井地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)對(duì)能力。各種物探技術(shù)有其自身特點(diǎn)及適應(yīng)范圍，文中就以6403綜采工作面為工程背景，采用無(wú)線(xiàn)電透視+槽波地震探測(cè)對(duì)采面地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行綜合探測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果顯著。

1 工程概況

某礦5325綜采工作面開(kāi)采3號(hào)煤層，回采巷道設(shè)計(jì)長(zhǎng)為2150m，由于受到區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響，采面分3段開(kāi)采，每段采面切眼斜長(zhǎng)分別為138m、185m、260m。主采的3號(hào)煤層賦存較為穩(wěn)定，厚度平均5.62m。采面巷道、切眼掘進(jìn)揭露多條斷層、多個(gè)陷落柱，采面內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育、分布較為復(fù)雜。前期三維地質(zhì)勘探探測(cè)結(jié)果存在一定的局限性，采面內(nèi)可能會(huì)有其他隱伏的小型構(gòu)造、富水體以及煤巖破碎帶等地質(zhì)異常區(qū)。因此，為了精準(zhǔn)掌握5325采面開(kāi)采范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造賦存情況，降低地質(zhì)構(gòu)造對(duì)采面生產(chǎn)影響，特在5325采面進(jìn)行綜合探測(cè)。

2 現(xiàn)場(chǎng)布置

2.1 布置方案

2.1.1 無(wú)線(xiàn)電透視探測(cè)布置方案

無(wú)線(xiàn)電透視是根據(jù)電磁波能量差異判定采面內(nèi)是否存在地質(zhì)構(gòu)造以及構(gòu)造類(lèi)型。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)采用型號(hào)為WKT-7型無(wú)線(xiàn)電透視儀、工作頻率為256kHz。在5325進(jìn)風(fēng)巷每隔50m布置一發(fā)射點(diǎn)，回風(fēng)巷每隔5m布置一接收點(diǎn)接收發(fā)出的電磁波信號(hào);回風(fēng)巷每隔50m布置一發(fā)射點(diǎn)，進(jìn)風(fēng)巷每隔5m布置一接收點(diǎn)。

2.1.2 槽波地震探測(cè)布置方案

在5325采面采用槽波地震探測(cè)時(shí)選用槽波透視法進(jìn)行探測(cè)，選用的SummitII槽波地震儀。在5325運(yùn)輸巷向3號(hào)煤層施工深度2m鉆孔，并裝入150g乳化炸藥，炮孔間距為20m;在回風(fēng)巷布置的檢波器孔深2m、孔徑55mm，共計(jì)布置104個(gè)檢波器孔、孔間距為20m。

2.2 探測(cè)結(jié)果

2.2.1無(wú)線(xiàn)電透視探測(cè)結(jié)果

在5325綜采工作面采用“雙發(fā)雙收”方式進(jìn)行無(wú)線(xiàn)電透視探測(cè)，具體得到的探測(cè)反演結(jié)果見(jiàn)圖1所示。綜合反演結(jié)果在采面共計(jì)圈定5個(gè)地質(zhì)異常帶，其中YC1綜合分析認(rèn)為是斷層、其余的4個(gè)異常帶綜合分析認(rèn)為是隱伏小型陷落柱。受到無(wú)線(xiàn)電透視局限性影響，得到的反演圖中異常帶多呈現(xiàn)矩形、條帶形分布，縱向分辨率較差，無(wú)法精準(zhǔn)確定探測(cè)到的斷層、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造在采面影響范圍。

2.2.2 槽波地震探測(cè)結(jié)果

在5325綜采工作面采用槽波透視法進(jìn)行探測(cè)，依據(jù)采集到的透射槽波能量差異，在得到探測(cè)范圍內(nèi)的槽波振幅后，采用以BPT、SIRT為主的CT層析成像發(fā)繪制出槽波能量衰減系數(shù)圖，從而推斷得到探測(cè)范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育情況，具體探測(cè)成果圖見(jiàn)圖2所示。

槽波能量衰減相對(duì)較為明顯區(qū)域?yàn)榈刭|(zhì)構(gòu)造異常帶，通過(guò)對(duì)于BPT、SIRT兩種分析方法反演結(jié)果，發(fā)現(xiàn)采用BPT、SIRT兩種方法分別在采面探測(cè)區(qū)內(nèi)共圈定11、13處地質(zhì)異常區(qū)。上述兩種分析方式均可圈定采面內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造異常區(qū)，但是無(wú)法準(zhǔn)確區(qū)域地質(zhì)異常區(qū)類(lèi)型。

2.3 物探成果綜合分析

根據(jù)無(wú)線(xiàn)電透視以及槽波探測(cè)成果，并結(jié)合回采巷道掘進(jìn)揭露地質(zhì)資料，在采面內(nèi)共圈定隱伏構(gòu)造17個(gè)，其中包含12條斷層、5個(gè)陷落柱，另外探測(cè)到有9個(gè)地質(zhì)異常體（主要為煤巖體破碎帶）。采面內(nèi)隱伏地質(zhì)構(gòu)造多在采面第2、第3回采階段，具體位置見(jiàn)圖3所示。

3 鉆探驗(yàn)證分析

5235綜采工作面開(kāi)采范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育復(fù)雜，礦井根據(jù)綜合物探確定的異常帶進(jìn)行鉆探，均驗(yàn)證了物探探測(cè)到的地質(zhì)異常帶?，F(xiàn)階段，采面已經(jīng)回采推進(jìn)160m，揭露1處地質(zhì)異常體，該異常體共有5條斷層，落差均在0.3～0.9m、斷距在1.5～2.3m，延伸范圍均在綜合物探圈定的范圍內(nèi);物探圈定的2～9號(hào)異常體經(jīng)鉆探發(fā)現(xiàn)為煤巖體破碎帶;探測(cè)到的5個(gè)陷落柱及斷層經(jīng)鉆探驗(yàn)證均存在，同時(shí)陷落柱及斷層均在物探圈定的異常區(qū)范圍內(nèi)發(fā)育。

綜合上述分析，采用無(wú)線(xiàn)電透視+槽波地震探測(cè)相結(jié)合的綜合物技術(shù)可充分發(fā)揮各探測(cè)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，從而對(duì)采面內(nèi)隱伏的地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行探測(cè)，且可精準(zhǔn)的探測(cè)地質(zhì)構(gòu)造異常體類(lèi)型、影響范圍。5235綜采工作面根據(jù)物探探測(cè)結(jié)果以及鉆探驗(yàn)證成果，對(duì)采面內(nèi)存在的地質(zhì)構(gòu)造異常帶提前采用注漿加固、強(qiáng)化頂板管理以及降低采高等措施，降低了地質(zhì)構(gòu)造對(duì)采面回采影響。

4 總結(jié)

①無(wú)線(xiàn)電透視技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)探測(cè)區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造類(lèi)型判定，但受到無(wú)線(xiàn)電透視技術(shù)應(yīng)用局限性影響，該技術(shù)無(wú)法準(zhǔn)確確定地質(zhì)構(gòu)造異常體范圍;而地震槽波探測(cè)可實(shí)現(xiàn)對(duì)探測(cè)區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造異常體影響范圍圈定，但無(wú)法判定異常體類(lèi)型。因此，將上述2中探測(cè)技術(shù)綜合使用，充分發(fā)揮各技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)探測(cè)區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造精準(zhǔn)探測(cè)，為采面生產(chǎn)提供精準(zhǔn)度較高的地質(zhì)資料;②將綜合物探技術(shù)應(yīng)用到5235綜采工作面開(kāi)采范圍內(nèi)煤體隱伏構(gòu)造探測(cè)中，共發(fā)現(xiàn)12條隱伏斷層、5個(gè)隱伏陷落柱及9個(gè)地質(zhì)異常體，采用鉆探技術(shù)均探測(cè)到物探確定的地質(zhì)異常體，表明礦井在5235工作面采用的綜合物探技術(shù)探測(cè)結(jié)果具有較強(qiáng)的可信度。

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作者簡(jiǎn)介：

李鵬（1987- ），男，山西省長(zhǎng)子縣人，2014年1月畢業(yè)于太原理工大學(xué)，采礦工程專(zhuān)業(yè)，本科，現(xiàn)為工程師。