馮曉紅

(山西王家峪煤業(yè)有限公司，山西 長(zhǎng)治 046600)

多數(shù)礦井都受到斷層、陷落柱等復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造的影響，常用的無(wú)線電坑透技術(shù)探測(cè)距離近、異常區(qū)范圍大、無(wú)法對(duì)地質(zhì)構(gòu)造準(zhǔn)確定位，難以滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要。地震槽波勘探能夠有效探測(cè)煤層賦存狀況，精確探測(cè)煤層中可能存在的斷層、陷落柱、沖刷帶(潛在的導(dǎo)水通道)等異常地質(zhì)體[1-5]。本次地震槽波勘探的目的為探測(cè)此工作面開(kāi)采范圍內(nèi)隱伏地質(zhì)構(gòu)造以及煤層賦存狀況，保證工作面安全生產(chǎn)，提高開(kāi)采效率。

1 地震槽波勘探原理

地震槽波勘探是礦井地球物理勘探中具有發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景的物探手段方法之一[6]。它具有探測(cè)距離遠(yuǎn)、分辨精度高、抗電干擾能力強(qiáng)、波形特征較易識(shí)別以及最終成果直觀的優(yōu)點(diǎn)[7]。

波速在通過(guò)地質(zhì)各個(gè)巖層面上會(huì)展現(xiàn)出不同的速度特性，如波速在通過(guò)煤層時(shí)的速度會(huì)下降，形成所謂的“波導(dǎo)”[8]。由于煤層存在頂板和底板，并且煤層的頂板和底板波阻抗較高，能量將在這個(gè)頂、底板夾層中無(wú)數(shù)次的反射和折射，形成了一個(gè)能量傳遞的限制空間，這個(gè)空間簡(jiǎn)稱煤槽。槽波地震勘探就是基于這個(gè)原理，利用槽波只能在煤槽中傳遞和傳播的特性來(lái)探查測(cè)區(qū)內(nèi)的是否有斷層、陷落柱、煤厚變化和其他地質(zhì)異常體的一種物探方法[9]。槽波勘探大致主要有以下三種觀測(cè)手段：即透射法、反射法與透射、反射聯(lián)合勘探法[10]。為保證勘探精度，本文工程采用透射+反射聯(lián)合的方法進(jìn)行，其原理如圖1所示。

2 工作面概況

勘探工作面西接一采區(qū)大巷；南面是采空區(qū)；東面是此工作面切眼。此工作面的長(zhǎng)度為1 022 m，切眼的寬度為250 m，煤層的平均厚度為5.47 m，煤層的傾角為6°。老頂為灰色細(xì)粒砂巖，直接頂為灰色砂質(zhì)泥巖，直接底為灰黑色泥巖，老底為灰黑色細(xì)粒砂巖。該工作面頂、底板概況如表1所示。

圖1 聯(lián)合勘探方法示意

表1 工作面煤層頂?shù)装迩闆r

該工作面整體煤層賦存穩(wěn)定，坡度較平緩，根據(jù)巷道掘進(jìn)資料顯示，該工作面回風(fēng)巷揭露有3處斷層：FJ25，H=0～4.0 m，∠25°；FJ44，H=0.5 m，∠85°；FJ45，H=1.8 m，∠75°。進(jìn)風(fēng)巷揭露1處斷層，F(xiàn)J36，H=0～3.5 m，∠25°。

3 井下數(shù)據(jù)采集

1) 勘探的范圍為某煤礦施工工作面從切眼至開(kāi)口方向780 m范圍，該工作面寬250 m，根據(jù)以往井下地震槽波勘探施工經(jīng)驗(yàn)和此工作面的實(shí)際情況，本次槽波勘探基本采集條件如下：①炮點(diǎn)位置：在巷道煤壁中間位置，距底板1.0～1.5 m，炮孔深度2.5 m，垂直煤壁順煤層鉆孔，炮孔的直徑為42 mm，誤差小于0.5 m。②藥量：考慮到煤巖對(duì)地震波能量的吸收衰減和地震波的幾何擴(kuò)散，以及放炮對(duì)巷道支護(hù)的影響，采用三級(jí)乳化礦用炸藥，單孔藥量300 g。炮孔的封孔長(zhǎng)度為0.8 m。③采樣時(shí)間為4 s。

2) 工作面透射和反射槽波探測(cè)。確定在回風(fēng)巷、進(jìn)風(fēng)巷分別布置激發(fā)點(diǎn)和檢波器，探測(cè)距離780 m。工作面槽波勘探觀測(cè)系統(tǒng)示意如圖2所示，具體參數(shù)如下：①炮間距：進(jìn)風(fēng)巷：10 m(P1-P78)；切眼：10 m(P1-P25)；回風(fēng)巷：10 m(P1-P78)；②道間距：進(jìn)風(fēng)巷：10 m(J1-J53)、5 m(J54-J105)；回風(fēng)巷：10 m(J1-J62)、5 m(J63-J95)；③總炮數(shù)：共181炮；④總道數(shù)：共200道。

圖2 工作面勘探點(diǎn)示意

勘探的范圍為某煤礦施工工作面從切眼至開(kāi)口方向780 m范圍，該工作面寬250 m，回風(fēng)巷、進(jìn)風(fēng)巷探測(cè)距離均為780 m，道間距為10 m(加密區(qū)域5 m)、炮間距10 m。根據(jù)地震槽波勘探炮檢直射線覆蓋次數(shù)圖(圖3)可看出，道間距、炮間距能夠滿足本次槽波勘探施工的需要。

圖3 地震槽波勘探直射線覆蓋次數(shù)

4 地震槽波綜合成果分析

對(duì)于此次采用地震槽波勘探方法對(duì)某煤礦工作面的勘探結(jié)果，采用透射能量CT成像法(圖4)、反射槽波疊后偏移成像法(圖5)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，結(jié)合兩種方法得到的地質(zhì)成果，并根據(jù)煤礦項(xiàng)目部現(xiàn)有地質(zhì)資料，進(jìn)行綜合處理分析得出結(jié)論。異常區(qū)分析見(jiàn)表2，該工作面異常示意見(jiàn)圖6。

圖4 透射槽波能量CT成像

圖5 反射槽波疊后偏移成果

表2 異常區(qū)分析

圖6 工作面異常示意

5 結(jié) 語(yǔ)

1) 本次對(duì)某煤礦工作面的地震槽波探查，查明了測(cè)區(qū)內(nèi)存在異常區(qū)3處，分析推斷解釋為斷層。

2) 本次槽波探查沒(méi)有發(fā)現(xiàn)除斷層外其它適合于槽波探測(cè)的地質(zhì)異常體。

3) 建議礦方在工作面回采過(guò)程中，對(duì)本次地震槽波勘探推斷出的各地質(zhì)異常區(qū)域按照煤礦相關(guān)安全規(guī)程給予重視，采取工作面過(guò)斷層的針對(duì)性措施并做好各種災(zāi)害的防治工作，確保工作面能夠高效、穩(wěn)定回采。