張澤宇

（山西陽煤集團(tuán)五人小組管理部，山西 陽泉 045000）

煤礦地質(zhì)構(gòu)造超前探測(cè)對(duì)井下工作的質(zhì)量與安全有著重要影響，提高超前探測(cè)技術(shù)，促進(jìn)探測(cè)工作的效率與質(zhì)量的提高。這會(huì)為井下設(shè)計(jì)工作提供更為準(zhǔn)確使得參考數(shù)據(jù)，從而制定更高質(zhì)量的工作方案與應(yīng)急處理措施，保證井下工作安全高效進(jìn)行。

1 瑞利波技術(shù)與其他煤礦地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)法對(duì)比分析

在煤礦工作中前期探測(cè)作為整體工作的基礎(chǔ)，對(duì)井下作業(yè)的安全與效率印象重大，為此技術(shù)工作人員不斷開發(fā)各種探測(cè)技術(shù)。到目前為止瑞利波技術(shù)是探測(cè)效果更精細(xì)，作用最佳的煤礦地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)技術(shù)。將各種技術(shù)進(jìn)行對(duì)比其結(jié)果如表1所示。我們會(huì)明顯的發(fā)現(xiàn)，至今為止瑞利波技術(shù)在煤礦地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)時(shí)，其距離已達(dá)到80m，并且探測(cè)效果精準(zhǔn)度極高。同時(shí)也可看出瑞利波技術(shù)應(yīng)用的穩(wěn)定性與重復(fù)性效果得到進(jìn)一步提高，其對(duì)小信號(hào)的分辨能力增強(qiáng)，并實(shí)現(xiàn)了井下全方位探測(cè)，進(jìn)一步提高了探測(cè)質(zhì)量。

為進(jìn)一步突出瑞利波技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，將集中探測(cè)儀器進(jìn)行比較，其對(duì)比結(jié)果如表2所示。從表中我們不難看出，與其他集中儀器相比YTR（D）的動(dòng)態(tài)范圍最廣以達(dá)到138dB，其對(duì)小信號(hào)的分辨率更增加感知更為靈敏，并且具有現(xiàn)場(chǎng)處理與性能自檢功能，大大提升了探測(cè)工作的精準(zhǔn)性、科學(xué)性與有效性。為此瑞利波探測(cè)儀器在煤礦工作中被廣泛應(yīng)用，也被應(yīng)用于礦井地質(zhì)災(zāi)害處理中，提高是鬼解決效率，降低其帶來的危險(xiǎn)與損害。

表1 煤礦地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)技術(shù)對(duì)比

表2 探測(cè)儀器作業(yè)指標(biāo)對(duì)比

2 瑞利波技術(shù)在煤礦地質(zhì)構(gòu)造超前探測(cè)中應(yīng)用

2.1 瑞利波技術(shù)原理

瑞利波技術(shù)術(shù)語彈性波型、面波探測(cè)方法的一種。在應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行探測(cè)時(shí)設(shè)置探測(cè)所需的質(zhì)點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)會(huì)在相應(yīng)介質(zhì)表面逆時(shí)針方向、沿橢圓形遠(yuǎn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)。利用傳播介質(zhì)對(duì)傳播速度的不同會(huì)導(dǎo)致頻散現(xiàn)象發(fā)生。該波傳播時(shí)發(fā)生的相應(yīng)信息主要是受到截止物理力學(xué)的影響。

2.2 瑞利波技術(shù)實(shí)際應(yīng)用方法

根據(jù)瑞利波技術(shù)應(yīng)用原理，其主要應(yīng)用方法是在選定合適的震源位置后，由探測(cè)儀發(fā)出探測(cè)波，利用脈沖信號(hào)傳播。探測(cè)器的兩組傳感器會(huì)接受探測(cè)波的傳播的信號(hào)，如圖1超前探技術(shù)應(yīng)用圖所示。將接受的信號(hào)制成頻譜，通過對(duì)頻普進(jìn)行分析，將瑞利波按不同的頻段進(jìn)行分離，總結(jié)信號(hào)信號(hào)相應(yīng)的相位差，以此計(jì)算傳播的速度。綜合各項(xiàng)數(shù)據(jù)制出該探測(cè)點(diǎn)的頻散曲線，從而工作人員可得到下一組煤的深度、其方向上的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、隔水層及相應(yīng)厚度、煤礦深度施工的安全深度等數(shù)據(jù)[1]。

圖1 超前探測(cè)技術(shù)應(yīng)用圖

瑞利波技術(shù)在實(shí)際煤礦中應(yīng)用時(shí)，主要利用錘擊與炮震作為震源，將六道傳感震動(dòng)接收器布置為一字型。利用任意兩道進(jìn)行函數(shù)分析，計(jì)算波的傳播速度。此外，利用瑞利波技術(shù)進(jìn)行煤礦地質(zhì)構(gòu)造的全方位探測(cè)，在淺層探測(cè)中主要是用其探測(cè)該批次煤層的剩余厚度。深層探測(cè)與超前探測(cè)的技術(shù)的距離多在 3～80m。

3 瑞利波技術(shù)在煤礦地質(zhì)結(jié)構(gòu)超前探測(cè)中的應(yīng)用實(shí)例

瑞利波技術(shù)在煤礦地質(zhì)結(jié)構(gòu)超前探測(cè)中的應(yīng)用較為廣泛。本文將以新強(qiáng)礦五采區(qū)54層左三片側(cè)幫探測(cè)與龍湖礦東一采區(qū)左四片57上采煤工作面探測(cè)為實(shí)例，對(duì)瑞利波技術(shù)在煤礦地質(zhì)結(jié)構(gòu)超前探測(cè)應(yīng)用進(jìn)行具體說明。前面的實(shí)例主要講述該技術(shù)在側(cè)幫探測(cè)中的應(yīng)用，后者則是對(duì)工作面的探測(cè)，重在突出瑞利波技術(shù)在煤礦地質(zhì)結(jié)構(gòu)探測(cè)應(yīng)用的全面性與準(zhǔn)確性。

3.1 新強(qiáng)礦五采區(qū)54層左三片側(cè)幫探測(cè)

這次應(yīng)用是七臺(tái)河礦區(qū)對(duì)斷層結(jié)果的探測(cè)，使其迎頭超前探測(cè)中的一次。在測(cè)試過程中，共設(shè)置了4個(gè)探測(cè)點(diǎn)，并且分別采用了錘擊測(cè)試與炮震測(cè)試。由兩次探測(cè)所得的頻散曲線所得速度曲線結(jié)果對(duì)比如圖2所示，可見兩次探測(cè)結(jié)果大體相同，說明探測(cè)的結(jié)果的精確性較高。

圖2 錘擊與炮震探測(cè)結(jié)果對(duì)比

從圖2中我們能明顯看出，本次探測(cè)結(jié)果較為復(fù)雜，說明當(dāng)?shù)卮嬖谀撤N地質(zhì)結(jié)構(gòu)。從前面錘擊4個(gè)探測(cè)點(diǎn)瑞利波傳播速度明顯存在3處異常，分別在5m、20m與30m之間、50m與60m之間。而炮震測(cè)試中速度曲線分三段來看，首先，在15m以內(nèi)，瑞利波的速度變化較為復(fù)雜、凌亂；其次，20m-30m之間存在明顯的異常變化；最后，50m-60m之間存在異常變化。經(jīng)實(shí)際揭露的結(jié)果可以看出，20m-30m的處速度的異常變化是由斷層構(gòu)造引起的，而50m-60m處速度異常變化是由對(duì)面空巷導(dǎo)致的。從整體的探測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，瑞利波對(duì)地質(zhì)構(gòu)造變化反應(yīng)明顯，七臺(tái)河礦區(qū)在新強(qiáng)礦五采區(qū)54層左三片附近存在斷層構(gòu)造。利用瑞利波技術(shù)進(jìn)行探測(cè)不僅可以明確周圍的地質(zhì)構(gòu)造，還可極準(zhǔn)確的探測(cè)到相應(yīng)的位置。提高了探測(cè)的準(zhǔn)確性，為各項(xiàng)工作的安全開展提供了重要依據(jù)[2]。

3.2 龍湖礦東一采區(qū)左四片57上采煤工作面探測(cè)

龍湖礦東一采區(qū)左四片57上采煤工作面進(jìn)行了一次探測(cè)，利用瑞利波處理軟件對(duì)探測(cè)結(jié)果進(jìn)行解釋，并以實(shí)際揭露驗(yàn)證了本次探測(cè)結(jié)果。此次探測(cè)共有5次，其結(jié)果以www03011_www03055為編號(hào)進(jìn)行留檔保存。根究探測(cè)所得的頻散曲線計(jì)算生成的速度曲線圖如圖3所示。

從圖3中我們可以看出，紅色代表著瑞利波的傳播速度發(fā)生了變化，這就說明在該位置地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生了相應(yīng)的變化。對(duì)比圖3中錘擊探測(cè)所得的速度曲線與炮震探測(cè)所得速度曲線，明顯發(fā)現(xiàn)在15m處均有明顯異常。這說明該處存在明顯的地質(zhì)構(gòu)造或分層。后經(jīng)采煤工作實(shí)際開采驗(yàn)證，證明在15m有巷道揭露斷層。進(jìn)一步表明瑞利波技術(shù)探測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

圖3 探測(cè)速度曲線

通過兩項(xiàng)實(shí)例可發(fā)現(xiàn)瑞利波技術(shù)在應(yīng)用時(shí)，可準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)地質(zhì)斷層與其他構(gòu)造的存在，并可準(zhǔn)確探測(cè)出相應(yīng)位置。同時(shí)經(jīng)實(shí)證發(fā)現(xiàn)瑞利波對(duì)地質(zhì)斷層的感應(yīng)相當(dāng)敏感，無論以哪種震源進(jìn)行測(cè)量都可準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)斷層構(gòu)造的存在及其準(zhǔn)確位置。應(yīng)用瑞利波技術(shù)進(jìn)行煤礦地質(zhì)結(jié)構(gòu)探測(cè)，大大提高了探測(cè)的精準(zhǔn)性，促進(jìn)我國(guó)煤礦工作的安全進(jìn)行。

4 結(jié) 論

瑞利波技術(shù)是當(dāng)前煤礦地質(zhì)結(jié)果超前探測(cè)中應(yīng)用的重要技術(shù)，尤其是新型YTR（D）瑞利波的應(yīng)用，大大促進(jìn)探測(cè)工作精準(zhǔn)性與科學(xué)性與全面性性能的提升。但其應(yīng)用中仍存在不足之處，工作人員在應(yīng)用過程中要不斷探索其技術(shù)的高效應(yīng)用方法，促進(jìn)探測(cè)結(jié)果精準(zhǔn)性的將進(jìn)一步提升。如探測(cè)時(shí)實(shí)現(xiàn)淺層與深層探測(cè)相結(jié)合，避免出現(xiàn)不必要的疏漏。在當(dāng)前探測(cè)基礎(chǔ)上加大技術(shù)的研發(fā)，使其在更深層的探測(cè)中發(fā)揮實(shí)際效用。