朱 明

（潞安環(huán)能股份有限公司王莊煤礦，山西 長(zhǎng)治 046031）

槽波地震勘探技術(shù)是最受關(guān)注和最具有發(fā)展前景的一種地球物理探測(cè)方法，其利用在煤層中激發(fā)的地震波，向煤層四周擴(kuò)散傳播過程中遇見介質(zhì)會(huì)發(fā)生能量反射，形成能量干涉，當(dāng)遇見斷層、陷落柱等地質(zhì)異常，會(huì)發(fā)生槽波狀態(tài)及能量衰減程度的改變，進(jìn)而對(duì)煤層中存在的地質(zhì)異常進(jìn)行解釋[1,2]。槽波地震勘探技術(shù)以其探測(cè)距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、探測(cè)結(jié)果易解譯等特點(diǎn)受到煤炭工作者的青睞[3]。王莊煤礦處于潞安礦區(qū)中東部，年生產(chǎn)能力達(dá)800萬t/a，主采二疊系山西組3#煤層，隨著采煤活動(dòng)的不斷擴(kuò)展，礦井地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度不斷加深，斷層、陷落柱、破碎帶等地質(zhì)異常發(fā)育，采用合理的勘探技術(shù)對(duì)煤層中覆存的地質(zhì)異常進(jìn)行探測(cè)和解譯，是預(yù)防王莊煤礦地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的重要手段。本文以王莊煤礦9102工作面為例，采用槽波地震勘探技術(shù)對(duì)工作面內(nèi)地質(zhì)異常進(jìn)行探測(cè)，以便為工作面安全生產(chǎn)和提高開采效率提供地質(zhì)資料。

1 槽波地震勘探的工作原理

在地質(zhì)剖面中，煤層是一個(gè)典型的低速夾層，在物理上構(gòu)成一個(gè)“波導(dǎo)”。煤層中激發(fā)的部分能量由于頂?shù)捉缑娴亩啻稳瓷浔唤d在煤層及鄰近的巖石(簡(jiǎn)稱煤槽)中，形成能量干涉，槽波地震勘探就是利用在煤層中激發(fā)和傳播的導(dǎo)波以探查煤層不連續(xù)性的一種地球物理方法[3,4]。槽波地震勘探技術(shù)按照震源與檢波器之間位置關(guān)系，分為透射法和反射法兩類，本文主要介紹透射法的工作原理。透射法測(cè)量，震源與檢波器布置在不同巷道內(nèi)，即在一條巷道內(nèi)激發(fā)，另一條巷道中接收透射槽波，根據(jù)透射槽波的有無或強(qiáng)弱，來判斷震源與接收排列間射線覆蓋的扇形區(qū)域內(nèi)煤層的連續(xù)性[3]。當(dāng)遇見斷層或者陷落柱等地質(zhì)異常，煤層波導(dǎo)會(huì)部分阻斷，從而在透射槽波能量有一定程度的衰減，然后利用CT成像技術(shù)，可以清晰地圈定地質(zhì)異常的位置。

根據(jù)王莊煤礦已有地質(zhì)資料進(jìn)行分析，理論預(yù)測(cè)9102工作面的地球物理特征為：平均煤厚6.60m，圍巖密度2.6g/cm3，煤層密度1.32g/cm3。通過Love型槽波計(jì)算，可以得出9102工作面含煤模型中槽波的埃里相群速度約為800m/s，頻率為140Hz，煤層中心處能量最強(qiáng)。

2 槽波地震數(shù)據(jù)采集及處理

2.1 槽波參數(shù)選擇及觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

9102工作面平均順槽長(zhǎng)度為3088m，走向長(zhǎng)度260m，本次勘探范圍為9102工作面距離切眼1000m范圍。根據(jù)已有槽波地震勘探經(jīng)驗(yàn)、9102工作面槽波地震勘探參數(shù)驗(yàn)證和井下環(huán)境噪聲分析，確定9102工作面槽波勘探基本采集參數(shù)：炸藥量為200g，炮孔深度為2.0m，封孔炮泥1.0m，炮點(diǎn)布置在距巷道底板1.0～1.5m處，采樣時(shí)間長(zhǎng)度為4s。為了保證勘探精度及勘探的詳細(xì)程度，充分考慮現(xiàn)有條件及地質(zhì)任務(wù)，確定觀測(cè)系統(tǒng)，見圖1：（1）9102風(fēng)巷布置檢波點(diǎn)，間距為10m，共100道，編號(hào)為J1～J100；（2）9102運(yùn)巷布置炮點(diǎn)（激發(fā)點(diǎn)），間距20m，共52炮，編號(hào)為P0～P51。

2.2 資料采集及原始數(shù)據(jù)分析

本次采用YTC9.6槽波地震儀，檢波器采用SN4G-10Hz高靈敏度檢波器，采樣間隔0.25ms，記錄時(shí)長(zhǎng)4s。在處于煤層中間的錨桿上，使用轉(zhuǎn)接頭將檢波器固定在錨桿上（注意：錨桿須要在煤層中），并且安置方向既平行于煤層走向，又平行于煤側(cè)壁，且保證所有檢波器方向一致。對(duì)照《煤田地震勘探規(guī)范》（DZ/T 0300-2017）、《地震勘探爆炸安全規(guī)程》（GB12950-1991）等評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，9102工作面槽波地震勘探設(shè)計(jì)52炮，實(shí)際有效炮點(diǎn)49個(gè)，其中P7、P13、P43炮點(diǎn)不具備放炮條件，49個(gè)炮點(diǎn)均取得了原始槽波數(shù)據(jù)，除了勘探范圍的兩側(cè)邊界外，其他勘探區(qū)域地震射線覆蓋較為密集，檢波點(diǎn)和激發(fā)點(diǎn)各項(xiàng)精度指標(biāo)均符合規(guī)范要求。

對(duì)原始地震記錄進(jìn)行分析，可得9102運(yùn)巷內(nèi)P18炮、P32炮和P46炮出現(xiàn)槽波能量變化不連續(xù)現(xiàn)象，發(fā)生槽波缺失，推斷在這三點(diǎn)附近可能存在地質(zhì)異常阻隔了槽波的傳遞，導(dǎo)致槽波能量衰減。通過對(duì)9102工作面透射槽波勘探結(jié)果進(jìn)行頻散分析，通過多次濾波技術(shù)，得出工作面煤層的典型頻散曲線-Love型槽波頻散曲線，見圖2，槽波的埃里相群速度約為800m/s，頻率約為140Hz，煤層中心位置處能量最強(qiáng)。

3 槽波地震勘探成果解釋

依據(jù)love型槽波頻散曲線提供的埃里相振幅值，構(gòu)建2D視衰減系數(shù)模型（包含介質(zhì)吸收作用和地質(zhì)構(gòu)造等引起的散射作用），依據(jù)槽波能量成像結(jié)果，并結(jié)合已有地質(zhì)資料做地質(zhì)解釋，并標(biāo)定異常位置及規(guī)模。王莊煤礦9102工作面槽波能量成像的地質(zhì)解釋成果見圖3和圖4，9102工作面內(nèi)存在三個(gè)異常區(qū)，分別標(biāo)定為YC-1、YC-2、YC-3異常，結(jié)合井下現(xiàn)場(chǎng)記錄及掘進(jìn)期間地質(zhì)資料分析，具體解釋如下：

（1）YC-1異常。推斷該異常區(qū)為陷落柱，異常長(zhǎng)軸直徑約135m，短軸直徑約80m，距離切眼位置820m左右，距離9102運(yùn)巷約88～175m，影響范圍135m×80m。

（2）YC-2異常。推斷該異常區(qū)為煤層厚度變化或煤巖層破碎引起的，異常臨近9102運(yùn)巷，橫向延伸約210m，縱向延伸約25m，距離切眼位置400m左右。

（3）YC-3異常。推斷該異常區(qū)為煤層厚度變化或煤巖層破碎引起的，該異常臨近9102風(fēng)巷，橫向延伸約300m，縱向延伸約105m，距離切眼位置460m左右。

（4）由于在切眼位置未布置炮點(diǎn)，使得該探測(cè)區(qū)的邊界區(qū)域所采集到的有效槽波地震數(shù)據(jù)較少而形成盲區(qū)，因而對(duì)右側(cè)邊界區(qū)域形成的異常不作解釋。在后期數(shù)據(jù)處理過程中，參考工作面回采地質(zhì)資料再做進(jìn)一步分析。

圖3 9102工作面透射槽波能量CT成果及地質(zhì)綜合解釋圖

圖4 9102工作面透射槽波勘探地質(zhì)成果圖

4 結(jié) 論

9102工作面槽波地震勘探結(jié)果獲得了質(zhì)量較高的CT成像圖，探測(cè)范圍內(nèi)圈定、解釋了3處地質(zhì)異常區(qū)，并對(duì)地質(zhì)異常特征進(jìn)行了相關(guān)描述，達(dá)到了預(yù)期物理探測(cè)目的，并且通過實(shí)際槽波地震數(shù)據(jù)的處理和解釋，構(gòu)建了王莊煤礦槽波地震勘探的探測(cè)體系和參數(shù)選擇。然而，由于物探反演成果存在多解性，工作面內(nèi)可能存在未查明的小型構(gòu)造造成的異常區(qū)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行必要的鉆探驗(yàn)證。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)將物探結(jié)果與已有地質(zhì)、水文資料進(jìn)行綜合分析，確保工作面的安全生產(chǎn)。