槽波反射法勘探在煤礦生產(chǎn)中的應用

王會林，趙護林

（山西省煤炭地質(zhì)144勘查院，山西洪洞041600）

1 地質(zhì)概況

山西煤炭進出口集團蒲縣萬家莊煤礦開采二疊系山西組2 號煤層。煤層厚度1.4～1.5m，有1～2 層夾矸。在掘進運輸大巷、軌道大巷、回風大巷過程中揭露斷層F39、F35和F34。見圖1。

圖1 斷層位置示意圖

F39斷層落差8.2m，傾角35°，F(xiàn)35斷層落差9.6m，傾角45°，F(xiàn)34斷層落差10m，傾角35°。該三個斷層的揭露，給煤礦生產(chǎn)安排帶來很大的困擾，甚至不知道工作面巷道如何布置。礦方為了查清楚F39、F35和F34斷層走向和延伸情況，為工作面巷道設計布置提供地質(zhì)技術支撐，于是礦方委托本單位實施了本次槽波反射法勘探工程。

2 槽波反射法勘探原理

與光波在光纖中傳播類似，槽波在煤層中的傳播具有很好的穿透性。當工作面內(nèi)煤層巖性單一、穩(wěn)定時，槽波能夠穿透大部分工作面范圍，能量衰減緩慢。當槽波在傳播過程中遇到斷層、陷落柱、采空區(qū)等異常地質(zhì)構造時，槽波能量會發(fā)生改變。就斷層而言，當斷層斷距小于煤層厚度時，煤層沒有被完全斷開，槽波部分能量能穿過煤層。若斷層斷距大于煤層厚度，煤層被完全斷開，則槽波無法穿透到達另一盤，而被斷層反射回來。安裝在炮點同一側的檢波器就接收到反射槽波信號。就該項目來說，我們在回風順槽中激發(fā)的槽波在煤層中傳播過程中，如果存在斷層，槽波能量被斷層反射回來，安裝在回風順槽中的檢波器就接收到了反射槽波信號。我們分析接收到的反射槽波信號，就可解決煤層中的斷層問題。

3 槽波反射法勘探工程設計及觀測系統(tǒng)

礦井物探的工程施工離不開井下巷道，該礦首采工作面回風順槽已經(jīng)掘進500多米，我們利用首采工作面510m 回風順槽設計了槽波巷道側幫反射法勘探工程。以回風順槽起點為原點，以回風順槽的延伸方向為X軸正向，建立了槽波數(shù)據(jù)采集觀測系統(tǒng)。見圖2。

圖2 槽波數(shù)據(jù)采集觀測系統(tǒng)

觀測系統(tǒng)沿回風順槽布設檢波器51 道，編號為R1～R51, 道 間 距10m，布 設 炮 點25 炮，編 號 為S1～S25，炮間距20m，測線長度510m。18個槽波數(shù)據(jù)采集站下井采集數(shù)據(jù)，每個采集站3道，其中一個采集站是放炮記錄采集站。

4 工程施工

數(shù)據(jù)采集采用中煤科工集團西安研究院有限公司自主研究開發(fā)的節(jié)點式槽波地震儀（YTZ-3），采樣間隔0.25ms，記錄長度2s。炮孔深度為2.5m，方向垂直于煤壁，炸藥采用礦用乳化炸藥，藥量為200g，雷管采用瞬發(fā)雷管，每個激發(fā)點放炮，所布設檢波器接收點均接收。

施工過程中，首先按設計在巷道中標記好炮點、檢波器點位置，數(shù)據(jù)采集前打好炮孔。按炮點、檢波點標記位置布設儀器和檢波器。檢波器安裝在煤層的錨桿上，檢波器之間用測線連接，并連接到數(shù)據(jù)采集站。打開數(shù)據(jù)采集站電源，數(shù)據(jù)采集站處于待機狀態(tài)，當設置的采集時間到后，數(shù)據(jù)采集站自動轉為數(shù)據(jù)采集狀態(tài)，采集數(shù)據(jù)并自動保存數(shù)據(jù)。測線布置完成后，由具有井下放炮資質(zhì)的爆破人員負責裝炮，裝炮時，用炮竿將炸藥送到孔底，并用炮泥封堵0.5m 以上，確保放炮時不被沖出，能量向煤層中傳播。放炮采用逐一放炮形式，所有檢波器都接收。待所有激發(fā)點放炮完畢，回收全部設備并清點整理后帶上地面，結束井下數(shù)據(jù)采集工作。

本次槽波反射法勘探共采集有效數(shù)據(jù)24 炮，檢波器布設51 道，測線長度共計510m。采樣間隔0.25ms，記錄長度2s，從采集數(shù)據(jù)來看，原始數(shù)據(jù)質(zhì)量較好。見圖3。

圖3 第22炮原始數(shù)據(jù)記錄

5 槽波數(shù)據(jù)處理及取得成果

槽波數(shù)據(jù)處理采用中煤科工集團西安研究院有限公司自主研究開發(fā)的槽波數(shù)據(jù)處理專用軟件GeoCoal軟件。通過對采集數(shù)據(jù)的波場分析、數(shù)據(jù)預處理、數(shù)據(jù)處理以及水平疊加偏移成像，將成像結果結合礦區(qū)采掘平面圖進行地質(zhì)解釋，見圖4。

本案例最終解釋三條斷層分別命名為CH-F1、CH-F2和CH-F3，見圖4 槽波地質(zhì)解釋圖。

圖4 槽波地質(zhì)解釋圖

由于三條大巷揭露斷層F39、F35和F34，位置相近，傾向基本一致，斷層落差相近，故推斷是一條斷層在三條大巷的揭露表現(xiàn)。而槽波解釋斷層CH-F1就在該斷層的延伸線上，故CH-F1解釋為揭露斷層F39、F35和F34的延伸，走向基本平行于回風順槽走向，即北偏東15°方向左右，推斷斷層落差8～10m，煤層被完全斷開，傾向35°～45°。離回風順槽距離25～35m不等。

CH-F2斷層和回風順槽揭露的斷層的延伸基本吻合，結合采掘揭露信息，槽波解釋推斷斷層落差1.3m左右，傾角30°左右，走向北偏西11°左右。槽波的地質(zhì)解釋得到了揭露斷層的驗證。

CH-F3斷層推斷為大斷層CH-F1旁由于構造應力牽引作用形成的小斷層。

6 結論

該工程案例槽波勘探取得了較好的效果，勘探成果為礦方下一步巷道設計提供了科學依據(jù)，通過對該礦槽波工程實例分析，得出以下結論：

（1）槽波反射法勘探是將震源激發(fā)點和檢波器接收點布置在同一巷道內(nèi)，探測巷道側幫一定區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構造，這在煤礦生產(chǎn)中具有很強的實用性。

（2）只要觀測系統(tǒng)設計合理，數(shù)據(jù)采集技術參數(shù)正確，槽波反射法勘探不需要雙巷道的形成，利用單巷道采用槽波反射法探測采煤區(qū)隱蔽地質(zhì)構造方面具有一定的優(yōu)勢，地質(zhì)效果良好。

（3）展望未來，槽波反射法勘探在煤礦生產(chǎn)中的應用會越來越廣泛。