前言：本站為你精心整理了地震槽波勘探技術(shù)在開(kāi)采地質(zhì)中應(yīng)用范文，希望能為你的創(chuàng)作提供參考價(jià)值，我們的客服老師可以幫助你提供個(gè)性化的參考范文，歡迎咨詢。

摘要：為解決高山煤礦煤層厚度變化大、構(gòu)造較發(fā)育給瓦斯治理和工作面安全生產(chǎn)造成的難題，采用SUMMITⅡ型地震槽波儀，利用透射法對(duì)該礦1906工作面進(jìn)行了地震槽波勘探。結(jié)果證明：地震槽波技術(shù)適用于高山煤礦復(fù)雜地質(zhì)條件工作面的隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素探測(cè)，對(duì)礦井瓦斯治理和安全生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：槽波地震勘探；透射法；數(shù)據(jù)處理；煤厚；構(gòu)造

1槽波地震勘探原理

在煤系地層中，煤層相對(duì)于頂?shù)装鍘r石是一個(gè)低速夾層。當(dāng)在煤層中激發(fā)地震波，震波在波阻抗界面會(huì)發(fā)生全反射，縱波及橫波相互干涉形成槽波，提取其波速和傳導(dǎo)能力可以準(zhǔn)確判斷煤層賦存狀況。槽波地震勘探因其能量強(qiáng)、探測(cè)距離大被廣泛應(yīng)用于工作面內(nèi)斷層、陷落柱等隱伏地質(zhì)異常的探測(cè)以及煤層厚度探測(cè)[1-4]。

2工程應(yīng)用

2.1研究區(qū)概況

河南能源貴州公司高山煤礦于2012年投產(chǎn)，核定生產(chǎn)能力60×105t/a，設(shè)計(jì)服務(wù)年限37年，主采二疊系龍?zhí)督M4#和9#煤層。礦井地質(zhì)條件復(fù)雜，煤層賦存條件差，斷層較為發(fā)育，為煤與瓦斯突出礦井。1906工作面位于礦井運(yùn)輸下山西翼，南部為1904工作面采空區(qū)，北部和西部為實(shí)煤體，標(biāo)高+1032~+1068m。工作面走向長(zhǎng)約760m，傾向?qū)捈s150m，可采儲(chǔ)量約42×105t。1906回風(fēng)巷為沿空擴(kuò)巷，緊鄰1904運(yùn)輸巷。1906工作面所采煤層為二疊系龍?zhí)督M9#煤層，屬無(wú)煙煤，屬半暗－半亮型煤，煤層呈粉狀。工作面煤層傾角約23°，煤厚0.8~6.9m，平均3m。9#煤層直接頂為細(xì)砂巖或粉砂巖，直接底板為泥巖或粉砂質(zhì)泥巖。1906工作面地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，在運(yùn)輸巷掘進(jìn)過(guò)程中揭露1條落差3.6m、與巷道行的斷層。

2.2槽波地震觀測(cè)系統(tǒng)

為查明高山煤礦1906工作面煤厚變化情況、地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育特征及瓦斯危險(xiǎn)性等，采用透射槽波對(duì)1906工作面進(jìn)行探測(cè)。在1906工作面回風(fēng)順槽內(nèi)幫設(shè)計(jì)炮孔60個(gè)（S1位于聯(lián)巷口向里10m處），切眼內(nèi)幫布置炮孔6個(gè)，共設(shè)計(jì)炮孔66個(gè)，孔距均為10m。1906工作面運(yùn)輸順槽內(nèi)幫共設(shè)計(jì)檢波器孔29個(gè)（G1位于變坡點(diǎn)處），孔距18m，所有檢波器孔和炮孔均布置在煤層中。本次地震槽波勘探采用的炸藥作為震源，單孔藥量150g。透射槽波地震勘探觀測(cè)系統(tǒng)如圖1。

2.3地震數(shù)據(jù)處理

槽波數(shù)據(jù)處理時(shí)對(duì)煤礦井下采集的原始地震記錄進(jìn)行槽波的分離、提取和成像。根據(jù)煤層厚度選擇合適的頻率，在該頻率下提取槽波波速分析槽波質(zhì)量能夠?qū)γ汉窈蛿鄬拥鹊刭|(zhì)構(gòu)造進(jìn)行定量和定性描述。對(duì)于槽波透射數(shù)據(jù)的基本處理方式主要包括提取旅行時(shí)計(jì)算波速和波速層析成像兩方面內(nèi)容[5-6]。本次透射法槽波勘探實(shí)際施工66炮，采集有效地震記錄1914道，但整體數(shù)據(jù)質(zhì)量一般。如G15檢波點(diǎn)得到共接收點(diǎn)原始地震記錄，數(shù)據(jù)整體槽波震相較弱或不明顯，不利于透射數(shù)據(jù)的處理和分析（圖2）。對(duì)原始數(shù)據(jù)預(yù)處理的目的是為槽波數(shù)據(jù)的分析和處理做準(zhǔn)備，主要包括數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、加載觀測(cè)系統(tǒng)、刪除廢道、靜校正等。

2.4頻散分析

槽波的頻散特性是指不同頻率的槽波具有不同的傳播速度，煤厚變化、圍巖、夾矸以及構(gòu)造等都會(huì)影響槽波的頻散。因此，通過(guò)分析槽波的頻散特征，可以研究采煤工作面內(nèi)構(gòu)造發(fā)育情況以及煤厚變化情況[7]。本次數(shù)據(jù)處理利用高斯小窗函數(shù)，采用短時(shí)Fourier（即加伯轉(zhuǎn)換）變換將地震信號(hào)微分后從時(shí)間域轉(zhuǎn)換為頻率域來(lái)提取槽波信號(hào)的頻散曲線。G15檢波點(diǎn)地震槽波震相及不同質(zhì)量的頻散曲線見(jiàn)圖3。

2.5旅行時(shí)拾取與有效測(cè)區(qū)圈定

拾取槽波旅行時(shí)要選定適宜的頻率。例如在煤層厚度槽波地震勘探中，一般地140~200Hz的槽波對(duì)厚度小于1.5m的薄煤區(qū)有更好的分辨效果，而100~140Hz的槽波對(duì)2~6m的煤厚分辨更好。只有選取適宜的頻率來(lái)拾取槽波旅行時(shí)，才能達(dá)到更好的槽波數(shù)據(jù)處理結(jié)果。通過(guò)對(duì)原始地震記錄的時(shí)頻分析，本次探測(cè)選擇頻率為155Hz的槽波進(jìn)行層析成像。槽波傳播過(guò)程中受到破碎頂?shù)装搴偷刭|(zhì)構(gòu)造的影響會(huì)導(dǎo)致傳播質(zhì)量變化，將有效槽波射線上圖后可知本次槽波質(zhì)量整體較好，但在勘探區(qū)邊界（工作面兩端），由于射線密度較小，探測(cè)精度較低（圖4）。

2.6層析成像

層析成像是在不同方向投射穿過(guò)物體且攜帶物體內(nèi)部信息的物理信號(hào)，利用計(jì)算機(jī)反演計(jì)算技術(shù)，對(duì)物體內(nèi)部精細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行二維或三維成像。槽波速度層析成像就是對(duì)透射槽波的速度參數(shù)進(jìn)行層析成像，來(lái)重構(gòu)煤層的槽波速度場(chǎng)分布。槽波速度層析成像的處理流程包含預(yù)處理、加載初始模型、反演算法選擇、平滑處理、生成TomCat計(jì)算文件、Surfer成圖等。具體可分為T(mén)omCat反演計(jì)算和surfer成圖兩部分，利用Surfer強(qiáng)大的插值功能和繪圖能力，將TomCat計(jì)算得到離散的速度數(shù)據(jù)繪制成等值線圖，獲得1906工作面155Hz槽波速度分布圖（圖5）。利用槽波速度等值線成果圖，結(jié)合有關(guān)地質(zhì)信息，便可對(duì)測(cè)區(qū)地質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行解譯。

3成果解譯

3.1煤層厚度

槽波波速受到煤層厚度和頻率的影響，低頻槽波和高頻槽波分別對(duì)厚煤層和薄煤層分辨率更高，而在相同頻率下煤層厚度越大則槽波波速越低。在同一頻率下提取所有槽波波速進(jìn)行層析成像可得到槽波波速等值線圖，通過(guò)將波速與已經(jīng)揭露的煤層厚度進(jìn)行擬合可得到煤層厚度等值線圖[8]。圖6為1906工作面煤厚等值線圖，槽波預(yù)測(cè)煤厚分布圖顯示：1906工作面上半?yún)^(qū)段煤層厚度較為穩(wěn)定，平均煤厚約3m；下半?yún)^(qū)段煤層厚度變化較大，在有效測(cè)區(qū)范圍存在2處煤厚大于3.5m的厚煤區(qū)和2處煤厚小于1.5m的薄煤區(qū)。

3.2斷層發(fā)育

1906工作面僅在運(yùn)輸巷掘進(jìn)過(guò)程中揭露1條斷層，該斷層落差3.6m，走向與運(yùn)輸巷行，根據(jù)速度圖顯示斷層位置槽波質(zhì)量尚好，且未見(jiàn)明顯的槽波速度異常，預(yù)測(cè)該斷層向工作面內(nèi)部延伸不遠(yuǎn)。

3.3瓦斯治理關(guān)注區(qū)

煤層厚度及其變化、斷層發(fā)育、應(yīng)力集中等是控制或影響瓦斯富集的重要地質(zhì)因素，一般而言煤層厚度大瓦斯高，煤層厚度變化快易出現(xiàn)瓦斯梯度異常，槽波質(zhì)量較差的區(qū)域可能存在斷層及頂?shù)装迤扑榍闆r造成瓦斯賦存異常，槽波波速快而煤層厚度較大時(shí)可能存在應(yīng)力集中區(qū)而造成瓦斯偏高。本次綜合分析1906工作面槽波速度場(chǎng)、質(zhì)量場(chǎng)成果，結(jié)合工作面揭露的地質(zhì)信息，圈出了5處“瓦斯治理關(guān)注區(qū)”。其中，1#、2#和3#是槽波預(yù)測(cè)的煤厚較大區(qū)域；4#和5#處煤層厚度穩(wěn)定，但是槽波速度較高，分析可能為地應(yīng)力集中區(qū)，也是“瓦斯治理關(guān)注區(qū)”（圖7）。

3.4開(kāi)采風(fēng)險(xiǎn)區(qū)

瑞利波由于形成難度較大，本次地震槽波主要選取勒夫波進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。煤層頂?shù)装迤扑?、存在斷層及陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造或煤厚斷失等情況會(huì)導(dǎo)致槽波無(wú)法傳導(dǎo)或能量減弱而無(wú)法分辨等情況，因此可根據(jù)槽波質(zhì)量的好壞賦以不同顏色顯示，采用射線交匯的方法繪制該工作面的槽波質(zhì)量分布圖。槽波質(zhì)量分布圖（圖8）顯示，該工作面大部分區(qū)域槽波質(zhì)量較好，但在靠近切眼的范圍和外段的部分小區(qū)域槽波質(zhì)量較差。較差的槽波質(zhì)量多由構(gòu)造發(fā)育、圍巖破碎或煤厚突變等因素所致，這些區(qū)域開(kāi)采條件一般較差，存在不利于正常開(kāi)采的因素或一定的開(kāi)采風(fēng)險(xiǎn)。

4結(jié)論

（1）在同一頻率下煤層厚度和槽波波速具有負(fù)相關(guān)關(guān)系。利用槽波勘探數(shù)據(jù)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)1906工作面煤層厚度變化，圈定出煤厚大于3.5m厚煤區(qū)和煤厚小于1.5m的薄煤區(qū)各2處。（2）槽波的質(zhì)量、頻散曲線連續(xù)性受煤層穩(wěn)定性、圍巖破碎程度、斷層、陷落柱及巖漿巖體等因素影響。綜合槽波速度場(chǎng)、質(zhì)量場(chǎng)分析成果，結(jié)合工作面揭露的地質(zhì)信息，圈出了5處“瓦斯治理關(guān)注區(qū)”和5處開(kāi)采風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，保障了礦井安全生產(chǎn)。（3）受皮帶、風(fēng)筒、管道等工作面施工條件、煤層鉆孔穩(wěn)定性對(duì)檢波器安裝的影響，局部地區(qū)采集的槽波數(shù)據(jù)質(zhì)量較差，一定程度影響解譯效果。此外，瓦斯賦存機(jī)理復(fù)雜，影響因素較多，且該區(qū)系首次開(kāi)展槽波勘探，經(jīng)驗(yàn)不足，需進(jìn)一步開(kāi)展大量槽波勘探，總結(jié)規(guī)律，得到更有效的勘探成果。

作者:董良 單位:貴州豫能投資有限公司