常永峰 范 創(chuàng) 張 勇

（山東能源棗礦集團(tuán)柴里煤礦，山東 滕州 277519）

1 引言

柴里煤礦3上605工作面處于一水平西翼六采區(qū)北部，工作面總體呈單斜構(gòu)造形態(tài)，傾角5～22°，平均11°。工作面走向長978～979m(因?yàn)楣ぷ髅嬖O(shè)計(jì)停采線有點(diǎn)傾斜)，傾向長73～170m，面積為121686m2。該工作面掘進(jìn)期間揭露斷層較多，其中F3605-3、F3605-10、F3605-2、F3605-4斷層，落差分別為21m、19m、10m、8m，對工作面布置影響較大，報(bào)廢巷道270m，先后修改三次設(shè)計(jì)，工作面可采儲(chǔ)量減小1/2，造成接續(xù)緊張。為探明工作面內(nèi)及周邊地質(zhì)情況，為工作面正常開采及下步周邊地質(zhì)分析提供可靠的技術(shù)保障，采用槽波和無線電波透視超前對3上605工作面及周邊地質(zhì)條件進(jìn)行探測。

2 主要內(nèi)容

2.1 槽波地震探測法

槽波地震勘探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，槽波地震勘探可以探查小斷層、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，具有探測距離大、精度高、抗干擾能力強(qiáng)、波形特征易于識(shí)別以及最終成果直觀的優(yōu)點(diǎn)，尤其在探測精度和距離上優(yōu)于其他煤礦井下勘探方法，是目前最有效的探測方法之一。

2.2 施工流程

（1）測量標(biāo)點(diǎn)。根據(jù)設(shè)計(jì)的炮點(diǎn)接收點(diǎn)的位置，由測量人員在運(yùn)輸巷非工作面一側(cè)煤幫進(jìn)行測量標(biāo)點(diǎn)，炮點(diǎn)以P1、P2……標(biāo)記，接收點(diǎn)以C1、C2……標(biāo)記，標(biāo)記位置要選擇在固定設(shè)施上。

（2）打孔。按照標(biāo)記位置打孔。炮孔和接收孔要求如下：

① 炮孔：深2m，直徑適宜炸藥即可，高度距底板1.5m，垂直煤壁。

接收孔:：深2m，高度距底板1.7m，垂直煤壁。

② 炮孔和接收孔盡量布置在煤層中。

③ 鉆孔將煤粉吹干凈。

（3）安裝檢波器與儀器。攜帶檢波器與儀器至施工處，按測點(diǎn)標(biāo)記位置及對照現(xiàn)場圖紙布置檢波器和儀器,由數(shù)據(jù)采集方對儀器和檢波器逐點(diǎn)檢查安裝質(zhì)量。采集無誤后所有設(shè)備同步，等待放炮。

（4）放炮采集。放炮人員需要和數(shù)據(jù)采集方配合完成，在采集人員同意且在設(shè)備準(zhǔn)備就緒后方可放炮。各個(gè)炮點(diǎn)一炮一放，逐點(diǎn)完成。采用同一批次瞬發(fā)2段雷管，礦用乳膠炸藥，每孔藥量150g（或1管）；坐底泥長度不少于1.5m，正向裝藥，不能炮藥分離；炮泥搗實(shí)至孔口，盡量保證起炮后不沖孔。

（5）收工。放炮時(shí)采集數(shù)據(jù)，全部炮點(diǎn)放完后，數(shù)據(jù)回放存儲(chǔ)，施工完成。

圖1 3上605工作面槽波透視勘探觀測系統(tǒng)示意圖

2.3 槽波透射法

2.3.1 方法原理

槽波透射法所用的有效波是從震源透過煤層傳至接收點(diǎn)的直達(dá)槽波信號(hào)。炮點(diǎn)與檢波點(diǎn)（接收點(diǎn)）布置在采區(qū)周圍不同巷道內(nèi)，根據(jù)槽波的有無、強(qiáng)弱來判斷在相應(yīng)的透射線扇形區(qū)內(nèi)有無構(gòu)造異常。

2.3.2 工程量

槽波透視分別在工作面運(yùn)輸巷和軌道巷施工：運(yùn)輸巷測線長度為1000m，道間距為10m，共布置100個(gè)測點(diǎn)，炮間距20m，共55炮，從里往外依次單個(gè)放炮；軌道巷測線長度為1000m，道間距為10m，共布置100個(gè)測點(diǎn)，炮間距20m，共50炮，從里往外依次單個(gè)放炮。如圖1。

2.4 槽波反射法

2.4.1 方法原理

槽波反射法有效波是反射槽波信號(hào)。槽波在煤層中傳播遇到了煤層中的不連續(xù)體，即遇到了地震波的波阻抗，識(shí)別出這些反射槽波信號(hào)就能直接判斷出煤層不連續(xù)的位置。

2.4.2 工程量

槽波反射分別在運(yùn)輸巷外幫和切眼外幫施工：運(yùn)輸巷外幫測線長度為1100m，道間距為10m，共布置110個(gè)測點(diǎn)，炮間距20m，共55炮；切眼外幫測線長度為130m，道間距5m，共布置26個(gè)測點(diǎn)，炮間距10m，共13炮，從里往外依次單個(gè)放炮。如圖2。

圖2 3上605工作面槽波反射勘探觀測系統(tǒng)示意圖

2.5 槽波地震數(shù)據(jù)處理

井下所采集的槽波地震數(shù)據(jù)需經(jīng)過專門處理才能轉(zhuǎn)化為直觀的槽波成果圖，顯現(xiàn)工作面內(nèi)的地質(zhì)異常體的分布特點(diǎn)。數(shù)據(jù)處理流程見圖3。

圖3 槽波處理流程圖

2.6 結(jié)果分析

結(jié)合槽波反射和透射的探測結(jié)果，分析探測范圍內(nèi)存在9處能量集中區(qū)域，分別為JDF1、JDF2、JDF3、JDF4、JDF5、JDF6、JDF7、JDF8、JDF9。根據(jù)探測結(jié)果及工作面揭露斷層分析，JDF1為面內(nèi)隱伏構(gòu)造；JDF2為3605-4斷層發(fā)育位置；JDF3為工作面內(nèi)煤層結(jié)構(gòu)變化范圍；JDF4為斷層3605-8主要發(fā)育區(qū)段；JDF5為隱伏的斷裂構(gòu)造；JDF6為斷層3605-12主要發(fā)育區(qū)段；JDF7為斷層3605-12主要發(fā)育區(qū)段；JDF8為斷層3605-10主要發(fā)育區(qū)段；JDF9為隱伏的斷裂構(gòu)造。見圖4。

圖4 3上605工作面槽波探測地質(zhì)解釋圖

3 無線電波透視法探測

3.1 方法原理

電磁波在地下巖層中傳播時(shí)，由于各種巖、礦石電性的不同，對電磁波能量吸收不同，低阻巖層對電磁波具有較強(qiáng)的吸收作用，當(dāng)波前進(jìn)方向遇到斷裂構(gòu)造所出現(xiàn)的界面時(shí)，電磁波將在界面上產(chǎn)生反射和折射作用，也造成能量的損耗。因此，在礦井下，電磁波穿過煤層途中遇到斷層、陷落柱或其他構(gòu)造時(shí)，波能量被吸收或完全被屏蔽，則在接收巷道收到微弱信號(hào)或收不到透射信號(hào)，形成所謂的透視異常。

3.2 施工布置與數(shù)據(jù)采集

在3上605運(yùn)輸巷共布置19發(fā)射點(diǎn)，對每個(gè)發(fā)射點(diǎn)在軌道巷接收11個(gè)實(shí)測場強(qiáng)值，在3605軌道巷共布置19發(fā)射點(diǎn)，對每個(gè)發(fā)射點(diǎn)在運(yùn)輸巷接收11個(gè)實(shí)測場強(qiáng)值。采用無線電波透視技術(shù)在運(yùn)輸巷和軌道巷內(nèi)分別發(fā)射和接收。

圖5 3上605工作面無線電透視CT現(xiàn)場探測布置

3.3 結(jié)果分析

采用無線電波透視CT軟件系統(tǒng)對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行反演，其結(jié)果以實(shí)測場強(qiáng)曲線圖、實(shí)測場強(qiáng)交會(huì)成像圖和SIRT法疊代CT成像圖表示。CT成像圖為煤巖層電磁波吸收系數(shù)值圖，綜合實(shí)測場強(qiáng)、吸收系數(shù)分布情況分析，各個(gè)異常區(qū)探測結(jié)果見圖6所示。

圖6 無線電波透視CT成像資料解釋圖

3.4 結(jié)論

（1）根據(jù)槽波探測結(jié)果分析,探測范圍內(nèi)存在9處能量集中區(qū)域,分別是JDF1、JDF2、JDF3、JDF4、JDF5、JDF6、JDF7、JDF8、JDF9；

（2）無線電波透視探測結(jié)果分析存在5個(gè)構(gòu)造異常區(qū)，分別是1#異常區(qū)、2#異常區(qū)、3#異常區(qū)、4#異常區(qū)、5#異常區(qū)；

（3）根據(jù)槽波探測和無線電波透視探測結(jié)合工作面巷道揭露斷層分析，JDF1為面內(nèi)隱伏構(gòu)造；JDF2為3605-4斷層發(fā)育位置；JDF3為工作面內(nèi)煤層結(jié)構(gòu)變化范圍；JDF4為斷層3605-8主要發(fā)育區(qū)段；JDF5為隱伏的斷裂構(gòu)造；JDF6為斷層3605-12主要發(fā)育區(qū)段；JDF7為斷層3605-12主要發(fā)育區(qū)段；JDF8為斷層3605-10主要發(fā)育區(qū)段；JDF9為隱伏的斷裂構(gòu)造。

4 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）利用槽波和無線電波透視兩種物探方法對復(fù)雜地質(zhì)條件區(qū)域進(jìn)行探測，互相印證，提高探測精度。

（2）探測結(jié)果與地質(zhì)資料分析相結(jié)合得出較為準(zhǔn)確的地質(zhì)資料。

（3）為工作面的正常開采及下步周邊工作面布置提供指導(dǎo)依據(jù)。

（4）為后續(xù)地質(zhì)分析及探查指明了方向。

5 應(yīng)用推廣情況

隨著礦井服務(wù)年限的延長，礦井生產(chǎn)區(qū)域向深部及構(gòu)造復(fù)雜零星塊段轉(zhuǎn)移，采用物探方法探測與鉆探、巷探等其他探測方法相比，具有低投入、高回報(bào)的優(yōu)點(diǎn)，多種探測方法應(yīng)用，更為準(zhǔn)確地解決了礦井對邊遠(yuǎn)及未開拓區(qū)域斷層構(gòu)造位置、落差、延展情況以及主采煤層可采范圍、厚度變化等缺乏前瞻性的問題，為采掘生產(chǎn)提供技術(shù)指導(dǎo)，極大地促進(jìn)了礦井的安全、高效生產(chǎn)，具有較好地推廣價(jià)值。