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摘要:工作面內(nèi)斷層發(fā)育不僅嚴(yán)重影響了煤炭資源的高效回采，而且給煤礦安全生產(chǎn)帶來了潛在威脅。本文在介紹槽波探測(cè)技術(shù)理論的基礎(chǔ)上，采用射線模擬方法對(duì)槽波探測(cè)工作面內(nèi)部的射線密度進(jìn)行了研究，證明了透射槽波探測(cè)構(gòu)造發(fā)育情況的可行性。最后采用透射槽波對(duì)1905N工作面進(jìn)行了探測(cè)，查明了工作面斷層發(fā)育情況。透射槽波探測(cè)技術(shù)能夠有效探查工作面內(nèi)部的斷層發(fā)育，為礦井安全開采提供有效技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞:透射槽波;斷層;射線模擬

隨著我國煤炭工業(yè)的不斷進(jìn)步，井下回采工作面規(guī)模越來越大，地質(zhì)條件也越來越復(fù)雜，要實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)，就需要在采前對(duì)工作面的地質(zhì)條件進(jìn)行精準(zhǔn)探測(cè)。針對(duì)工作面內(nèi)小斷層、陷落柱、煤層變薄區(qū)和采空區(qū)等地質(zhì)構(gòu)造，槽波探測(cè)技術(shù)具有探測(cè)距離大、精度高、探測(cè)效果直觀的特點(diǎn)，是目前最有效的構(gòu)造探測(cè)手段。

1概括

內(nèi)蒙古福城礦業(yè)有限公司位于寧夏回族自治區(qū)銀川市東南，井田位于鄂爾多斯地臺(tái)西緣賀蘭山褶皺帶中段東側(cè)的新上海廟礦區(qū)，含煤地層為本區(qū)含煤地層為石炭～二疊系，共含煤12層，可采煤層主要為石炭系太原組上部的9#煤，全區(qū)發(fā)育良好。9#煤層分為上、下兩個(gè)分層。其中9上煤層平均厚度1．35m，9#煤層平均厚度3．58m，9上煤與9#煤分層界限為砂巖，厚0．05～0．27m。煤層頂?shù)装鍘r性以泥巖和灰?guī)r為主，粉砂巖次之，砂質(zhì)泥巖零星分布。1905N工作面走向長1760m，傾斜長172．5m。煤層總體厚度4．24m，煤層傾角平均26°。掘進(jìn)期間探測(cè)區(qū)域內(nèi)揭露小斷層較多，其中落差最大的一條斷層揭露于XXX，斷層斷距2．8m，走向NE，傾向NW，傾角20°～25°。受該斷層影響，巷道揭露全巖長度較長，且該斷層有可能向回風(fēng)延展，貫穿工作，將對(duì)回采造成較大影響。為了指導(dǎo)工作面下一步的改造，實(shí)現(xiàn)正?；夭?，需對(duì)斷層的產(chǎn)狀、影響范圍及其他可能存在的地質(zhì)異常體進(jìn)行探測(cè)。

2槽波探測(cè)方法及類型劃分

槽波探測(cè)是利用在煤層中激發(fā)和傳播的導(dǎo)波探查煤層不連續(xù)性的一種地球物理方法，是地震勘探的一個(gè)分支［1］。槽波探測(cè)可以探查小斷層、陷落柱、煤層分叉與變薄帶、采空區(qū)及廢棄巷道等地質(zhì)異常，具有探測(cè)距離大、精度高、抗干擾能力強(qiáng)、波形特征易于識(shí)別、最終成果直觀的優(yōu)點(diǎn)，尤其在探測(cè)精度和距離上優(yōu)于其他煤礦井下勘探方法，是目前最有效的探測(cè)方法之一［2］。槽波探測(cè)主要有透射法(圖1)和反射法(圖2)。槽波透射探測(cè)方法是在工作面巷道兩側(cè)同時(shí)布置檢波器和爆破點(diǎn)，一次激發(fā)，兩側(cè)巷道同時(shí)接收地震數(shù)據(jù)，根據(jù)槽波信號(hào)的能量衰減情況，探測(cè)工作面內(nèi)的構(gòu)造分布范圍。槽波反射法是在單條巷道的同一側(cè)布置炮點(diǎn)和檢波器，探測(cè)巷道側(cè)幫200m范圍內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造。

3槽波探測(cè)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

3．1槽波探測(cè)過程

本次槽波探測(cè)在1905N工作面回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷采煤幫布置檢波點(diǎn)和炮點(diǎn)，采用20m的炮距和10m的道距，回風(fēng)巷布置檢波點(diǎn)150個(gè)，炮點(diǎn)75個(gè)，回風(fēng)巷布置檢波點(diǎn)150個(gè)，炮點(diǎn)75個(gè)，共布置檢波點(diǎn)300個(gè)，炮點(diǎn)150個(gè)，測(cè)線長度共計(jì)3000m。槽波探測(cè)過程采用YTZ－3無纜式遙測(cè)地震儀，每臺(tái)儀器配備長30m測(cè)線1條，檢波器3道。投入YTZ－3地震儀110臺(tái)，檢波器310道，檢波器采用SN4．60Hz縱波檢波器。每個(gè)炮眼深度2．5m，裝藥200g，施工前后歷時(shí)2d(布置炮眼1d，井下探測(cè)1d)。采集了質(zhì)量較高的透射槽波數(shù)據(jù)，透視射線密度高，并覆蓋了整個(gè)探測(cè)區(qū)域。

3．2槽波探測(cè)結(jié)果

井下采集結(jié)束后，原始數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)提取、觀測(cè)系統(tǒng)配置等一系列預(yù)處理過程后形成單炮記錄，選取s80炮進(jìn)行數(shù)據(jù)分析(圖3)，圖中有三組波，即縱波、橫波和槽波。槽波振幅能量對(duì)構(gòu)造反映明顯。槽波振幅能量強(qiáng)的區(qū)域表示煤層正常，無構(gòu)造發(fā)育，槽波振幅能量衰減或者缺失區(qū)域表示煤層中構(gòu)造發(fā)育。對(duì)槽波數(shù)據(jù)進(jìn)行頻散分析(圖4)后得出，該區(qū)4m煤層厚度槽波埃里相的主頻為100～200Hz，速度為1000m/s［3］。對(duì)全部數(shù)據(jù)按照槽波主頻100～200Hz濾波后，進(jìn)行槽波CT成像。利用每條射線上槽波振幅能量衰減值不同，采用ART算法，反演出工作面煤層中物性差異情況。如圖5所示，圖5為1905N工作面槽波地震勘探能量衰減CT成像圖。圖中藍(lán)色區(qū)域代表槽波能量正常穿透區(qū)，該區(qū)域槽波能量相對(duì)較強(qiáng)，表明工作面內(nèi)部煤層正常;紅黃色區(qū)域代表槽波能量低，穿透區(qū)或未能穿透，該區(qū)域槽波能量相對(duì)較弱，表明工作面內(nèi)部可能有較大的構(gòu)造存在。結(jié)合該區(qū)的相關(guān)地質(zhì)背景分析，在1905N工作面內(nèi)解釋了貫穿工作面的F2斷層。后經(jīng)回采驗(yàn)證，槽波解釋斷層與回采揭露斷層位置一致［4］。

4結(jié)論

4．1煤礦井下透射槽波探測(cè)技術(shù)可以有效探測(cè)工作

面內(nèi)部的斷層發(fā)育情況，其探測(cè)成果能夠?yàn)槊旱V工作面安全回采提供有利的地質(zhì)保障。

4．2透射槽波

CT成像技術(shù)能夠?qū)ぷ髅鎯?nèi)部的斷層發(fā)育情況實(shí)現(xiàn)較為準(zhǔn)確的成像，其成像結(jié)果對(duì)煤層變化區(qū)域反映較好，該方法具有良好的市場(chǎng)推廣前景。

參考文獻(xiàn):

［1］胡國澤，滕吉文，皮嬌龍，等．井下槽波地震勘探———預(yù)防煤礦災(zāi)害的一種地球物理方法［J］．地球物理學(xué)進(jìn)展，2013，28(01):439－451．

［2］程建遠(yuǎn)，李淅龍，張廣忠，等．煤礦井下地震勘探技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展展望［J］．勘探地球物理進(jìn)展，2009，32(02):96－100+111+79．

［3］劉天放，潘冬明，李德春，等．槽波地震勘探［M］．徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1994．

［4］姬廣忠，程建遠(yuǎn)，胡繼武，等．槽波衰減系數(shù)成像方法及其應(yīng)用［J］．煤炭學(xué)報(bào)，2014，39(S2):471－475．

作者:王勇 韓文沖 劉碩 蘇曉云 單位:內(nèi)蒙古福城礦業(yè)有限公司 中煤科工集團(tuán)西安院有限公司