姚國峰

（山西汾西中興煤業(yè)有限責任公司，山西 交城 030500）

引言

礦井地震探測技術能提前探測掘進巷道前方和回采工作面內(nèi)部的陷落柱、斷層等地質構造，還能探測煤厚變化區(qū)、煤層破碎帶、應力集中區(qū)等其他地質異常，從而為煤礦提供良好的地質保障。在地震探測現(xiàn)有技術中，在回采工作面內(nèi)側幫布置一排炮點和檢波點進行探測，缺少煤層及頂?shù)装宓炔煌疃任恢玫牡卣鸩▓鲂畔?，獲取的地震信息十分有限；在進行工作面內(nèi)反射探測時，工作面內(nèi)部和外側的地震反射信號同時被檢波器接收到，使得在數(shù)據(jù)處理和資料解釋時，對異常區(qū)難以進行準確的地質異常性質判別；在進行工作面透射地震探測時，探測器只在煤層內(nèi)的一個深度上采集地震數(shù)據(jù)，沒有采集其他垂向的地震信息，使得數(shù)據(jù)處理和解釋時缺少信息約束，有時會造成誤報、漏報或異常解釋偏差較大和異常性質難以判定等問題。而一種井下巷道全空間地震探測裝置及探測方法，能夠實現(xiàn)礦井巷道全空間的多波地震探測，可以在巷道內(nèi)不同層位激發(fā)和接收地震波，以獲得豐富全面的地質信息，還可以充分利用縱波、橫波和煤層中傳播的槽波等多種地震波信息，將各個層面的綜合信息進行多參數(shù)約束解釋，并用于地質異常體的精細探測和性質判別。井下巷道全空間地震探測裝置與方法充分發(fā)揮了其在探測領域的價值，可為煤礦安全開采提供充分可靠的指導信息。

1 全空間地震探測裝置的設計

1.1 結構分析

一種應用于井下巷道全空間地震探測裝置的結構如圖1 所示，該裝置包括礦井地震儀主機、采集站、孔中檢波器、起爆器、數(shù)據(jù)傳輸總線、數(shù)據(jù)傳輸小線、震源觸發(fā)線等部件。

圖1 井下巷道全空間地震探測裝置結構示意圖

從圖1 可知，裝置中的礦井地震儀主機通過數(shù)據(jù)傳輸總線與采集站連接；采集站通過數(shù)據(jù)傳輸小線與孔中檢波器連接；起爆器一端通過震源觸發(fā)線與地震儀主機相連，另一端與炮孔內(nèi)炸藥相連，通過地震儀主機控制起爆器，并按照數(shù)據(jù)采集人員的要求進行放炮；所述測點包括檢波點和炮點，布置在巷道內(nèi)側幫和巷道外側幫上。

從圖2 可知，炮點和檢波點分別布置在煤層頂板、煤層和煤層底板的不同位置處；孔中檢波器安置于檢波點處。

圖2 工作面地震探測時各側幫的炮點和檢波點布置圖

進行數(shù)據(jù)采集之前，首先要進行觀測裝置設計，在巷道內(nèi)側幫和外側幫均勻布置測點，共布置80 個測點，測點間距10 m。炮點和檢波點間隔交錯布置，炮點橫向間距為20 m，檢波點橫向間距為20 m；在巷道內(nèi)側幫垂向上布置5 組設計炮點和檢波點，在煤層底板下方2 m 處布置1 組炮點和檢波點，在煤層底板上方1 m、2 m 和3 m 分別布置1 組炮點和檢波點，在煤層頂板上方2 m 布置1 組炮點和檢波點；在巷道外側幫布置3 組炮點和檢波點，在煤層底板下方2 m 布置1 組炮點和檢波點，在煤層底板上方2 m 布置1 組炮點和檢波點，在煤層頂板上方2 m布置1 組炮點和檢波點。因此，共計布置8 條測線。

采集站布置在靠近測點處，通過數(shù)據(jù)傳輸小線與孔中檢波器連接，同時采集本測點煤層、煤層頂板和煤層底板中布置的8 個孔中檢波器的地震數(shù)據(jù)，共24 道地震數(shù)據(jù)，同時采集、存儲并通過數(shù)據(jù)傳輸將總線與礦井地震儀主機連接。

礦井地震儀主機不僅能夠將各采集站采集的數(shù)據(jù)快速存儲并按照測線或測點組合方式實時顯示成圖，還可按照自定義數(shù)據(jù)集顯示成圖，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的現(xiàn)場質量監(jiān)控，還能夠同時采集80 個測點共1 920 道地震數(shù)據(jù)，實現(xiàn)煤礦井下多道數(shù)據(jù)快速采集和現(xiàn)場數(shù)據(jù)質量監(jiān)控。

采集站能夠同時采集測點垂向和軸向不同空間位置布置的多道地震數(shù)據(jù)，還能將布置在煤層及頂?shù)装宕瓜蚝洼S向不同空間位置的數(shù)據(jù)同時采集并存儲。

孔中檢波器為三分量檢波器，被設置在巷道兩側幫煤層和頂?shù)装宀煌臻g位置。在數(shù)據(jù)采集時可以在巷道兩側（內(nèi)側幫和外側幫）的煤層及頂?shù)装宓牟煌臻g位置同時布置炮點和檢波點，來采集巷道不同空間位置的地震信息。在具體施工時可根據(jù)探測目的和需求再進行合理的觀測裝置設計。

1.2 特點分析

1）該裝置的單個采集站不僅能夠同時對巷道兩側幫的煤層及頂?shù)装宀煌臻g位置的地震波場進行信息采集，還能夠按照設計的不同道集方式進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)質量監(jiān)控，施工效率高，獲得的波場信息豐富。

2）該裝置充分利用煤礦巷道可用的有限空間，獲得巷道兩側幫的煤層及頂?shù)装宀煌臻g位置的地震波場信息，可實現(xiàn)礦井地震巷道全空間地震成像。對工作面內(nèi)部實現(xiàn)透射-反射聯(lián)合精細探測，對工作面外側地質構造進行反射探測；通過巷道內(nèi)外側反射信號走時和振幅強弱關系來判斷異常的發(fā)育方向和位置，從而減少巷道內(nèi)外兩側的異常體反射波對另一側地質構造探測的影響；基于垂向多測線數(shù)據(jù)和成像結果，利用數(shù)據(jù)特征分析法和異常交匯分析法，形成地質異常體解釋的關鍵約束信息，從而提升異常范圍圈定精度和異常性質判別的準確度。因此，本發(fā)明能夠提供不同方位和不同垂向高度的地震信息，為準確地進行異常圈定和性質判別等地質解釋提供更可靠的地球物理依據(jù)。

2 全空間地震探測方法分析

該井下巷道全空間地震探測裝置的探測步驟如下：

1）根據(jù)探測目的和需求在巷道內(nèi)外側幫的煤層及頂?shù)装迳喜煌臻g位置設置測點。

2）根據(jù)測點的設置，進行探測裝置連接，在所述測點上布置檢波點和炮點，炮點內(nèi)設置炸藥，檢波點內(nèi)放置孔中檢波器。

3）引爆炸藥的同時進行地震數(shù)據(jù)采集與處理，地震數(shù)據(jù)處理包括工作面反射地震數(shù)據(jù)處理和工作面透射及反射地震數(shù)據(jù)處理。通過工作面反射地震數(shù)據(jù)處理可獲得巷道內(nèi)側幫煤層及外側幫煤層的反射地震探測成果圖，采用走時對比法和振幅對比法對所采集的巷道內(nèi)外側幫的煤層上的地震數(shù)據(jù)進行反射波聯(lián)合數(shù)據(jù)處理和解釋，判斷地質異常的發(fā)育方向和位置；通過工作面透射及反射地震數(shù)據(jù)處理對巷道內(nèi)外側幫的煤層及頂?shù)装迳喜煌瓜蚋叨鹊臏y點所采集的地震數(shù)據(jù)進行透射和反射地震數(shù)據(jù)分析，得到不同垂向高度的探測成果圖，并分別圈定異常范圍，形成地質異常體解釋的關鍵約束信息。

4）獲取巷道全空間地震綜合探測成果，對尚未驗證的探測異常區(qū)進行解釋，最終給出準確的地質異常的圈定范圍和特征地質信息。

3 結語

該裝置能夠獲得井下巷道全空間地震數(shù)據(jù)，充分利用井下巷道的有限空間，更準確地判定探測范圍內(nèi)的地質異常體及其性質，為煤礦的安全生產(chǎn)提供可靠的地質資料。