范徳元，吳國(guó)慶，馬彥龍

槽波技術(shù)在陽(yáng)泉礦區(qū)地質(zhì)異常體探測(cè)中的應(yīng)用研究

范徳元1，吳國(guó)慶2，馬彥龍2

(1. 華陽(yáng)新材料科技集團(tuán)有限公司，山西 陽(yáng)泉 045000；2. 中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 西安 710077)

通過(guò)回顧近幾年槽波地震探測(cè)技術(shù)在陽(yáng)泉礦區(qū)的發(fā)展歷程及應(yīng)用情況，總結(jié)陽(yáng)泉礦區(qū)槽波發(fā)育特征，詳細(xì)分析陽(yáng)泉礦區(qū)發(fā)育的斷層、陷落柱等地質(zhì)異常體的槽波探測(cè)效果，并對(duì)各區(qū)域礦井槽波特征進(jìn)行總結(jié)，針對(duì)發(fā)育不同構(gòu)造的礦井，分析總結(jié)相應(yīng)的槽波傳播規(guī)律和解釋方法。結(jié)果表明：槽波探測(cè)工作面在陽(yáng)泉礦區(qū)達(dá)到200多個(gè)，在15號(hào)煤層探測(cè)應(yīng)用最多，達(dá)到58個(gè)工作面，主要解決斷層、陷落柱、撓曲、頂?shù)装迤扑閹У鹊刭|(zhì)異常體的探測(cè)問(wèn)題，探測(cè)結(jié)果總體準(zhǔn)確率在82.2 %以上；陽(yáng)泉礦區(qū)槽波發(fā)育特征：3～6 m煤厚槽波發(fā)育中等至良好，煤厚小于2 m的晉南地區(qū)，槽波發(fā)育一般；槽波Airy相速度960～1 000 m/s，不同地區(qū)速度相差不大；Airy相頻率與煤厚相關(guān)，煤層越厚，Airy相頻率越低；相同煤層中，槽波Airy相速度與頻率相差不大；根據(jù)回采驗(yàn)證情況，不同煤層及地區(qū)，探測(cè)效果差別較大；對(duì)槽波探測(cè)不同地質(zhì)異常體的問(wèn)題，從數(shù)據(jù)采集、處理與綜合解釋上給出了建議；今后需進(jìn)一步加強(qiáng)槽波對(duì)構(gòu)造煤、瓦斯富集區(qū)、應(yīng)力異常等地質(zhì)災(zāi)害的探測(cè)研究，深化槽波在地質(zhì)保障領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，為礦井安全生產(chǎn)及工作面透明化提供可靠的地質(zhì)保障。

槽波探測(cè)技術(shù)；陽(yáng)泉礦區(qū)；槽波特征；地質(zhì)異常；探測(cè)效果

槽波是1955年F. F. Evison[1]在新西蘭煤礦煤層中首次發(fā)現(xiàn)的地震導(dǎo)波，1963年T. C. Krey[2]從理論上對(duì)槽波的頻散進(jìn)行了分析，奠定了槽波探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)。20世紀(jì)80—90年代，煤炭科學(xué)研究總院西安研究院與重慶研究院對(duì)槽波裝備進(jìn)行引進(jìn)并研發(fā)，首先從槽波探測(cè)試驗(yàn)開(kāi)始，成功研制了PYSD-1型數(shù)字地震儀[3]，與眾多煤礦聯(lián)合開(kāi)展了多項(xiàng)槽波探測(cè)業(yè)務(wù)[4]。但20世紀(jì)末由于煤炭行業(yè)整體不景氣，以及計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力差、探測(cè)裝備落后等原因，導(dǎo)致槽波探測(cè)技術(shù)逐漸衰落。進(jìn)入2000年以后的十年，由于三維地震勘探技術(shù)的快速發(fā)展，基本滿足了煤礦的生產(chǎn)要求[5]，槽波探測(cè)技術(shù)停滯不前。在“十二五”期間，中國(guó)煤礦開(kāi)采技術(shù)有了突破性進(jìn)展，現(xiàn)代化的綜合采煤機(jī)械對(duì)地質(zhì)資料準(zhǔn)確性的要求越來(lái)越高[6]。中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司等通過(guò)自主研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了槽波探測(cè)裝備國(guó)產(chǎn)化、小型化，開(kāi)發(fā)了礦井槽波地震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)Geo Coal軟件，為槽波大規(guī)模應(yīng)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)[7-8]。

2015年，中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司首先在華陽(yáng)新材料科技集團(tuán)有限公司下屬的山西寧武榆樹(shù)坡煤業(yè)有限公司開(kāi)展2～3年的槽波探測(cè)試驗(yàn)，應(yīng)用槽波透射法與反射法從回采工作面探測(cè)到工作面布置進(jìn)行了探索與研究，對(duì)2號(hào)煤層的斷層與陷落柱探測(cè)取得了良好的效果；2017年分別在山西新元煤業(yè)有限公司(3號(hào)煤層)與華陽(yáng)集團(tuán)一礦、五礦、景福、寺家莊(15號(hào)煤層)等8個(gè)礦井進(jìn)行了推廣應(yīng)用，經(jīng)回采驗(yàn)證，效果良好；2018年西安研究院對(duì)華陽(yáng)集團(tuán)下屬的大部分礦井生產(chǎn)工作面進(jìn)行槽波探測(cè)，并把槽波成果作為回采前工作面驗(yàn)收的一項(xiàng)重要物探資料。

經(jīng)過(guò)近十年的發(fā)展，槽波探測(cè)方法已成為礦井物探最常用的方法之一[9]。礦井智能化、透明化技術(shù)對(duì)工作面地質(zhì)保障技術(shù)提出了更高要求[10-12]，不僅要準(zhǔn)確解決常規(guī)的構(gòu)造探測(cè)問(wèn)題，在煤層的其他“隱蔽致災(zāi)”方面諸如構(gòu)造煤、應(yīng)力分布以及瓦斯富集等的探測(cè)技術(shù)上，仍需開(kāi)展進(jìn)一步的研究工作，為礦井的智能安全開(kāi)采提供地質(zhì)保障。至今，在陽(yáng)泉礦區(qū)開(kāi)展了數(shù)百個(gè)工作面的槽波探測(cè)，采集了豐富的槽波資料，積累了大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)開(kāi)展了槽波探測(cè)對(duì)構(gòu)造煤、瓦斯富集區(qū)、應(yīng)力分布的科研試驗(yàn)，對(duì)煤層折射波及全波場(chǎng)處理解釋方法進(jìn)行了研究。為了促進(jìn)槽波探測(cè)技術(shù)發(fā)展，筆者通過(guò)總結(jié)槽波探測(cè)技術(shù)在陽(yáng)泉礦區(qū)的應(yīng)用現(xiàn)狀，詳細(xì)分析陽(yáng)泉礦區(qū)的斷層、陷落柱等其他地質(zhì)異常體的槽波探測(cè)效果，并對(duì)各區(qū)域礦井槽波特征進(jìn)行總結(jié)，針對(duì)發(fā)育不同構(gòu)造的礦井，總結(jié)相應(yīng)的槽波發(fā)育規(guī)律，提出相應(yīng)的解釋方法，并對(duì)槽波探測(cè)在陽(yáng)泉礦區(qū)地質(zhì)保障領(lǐng)域深化發(fā)展提出了思考。

1 槽波探測(cè)及其成像技術(shù)

1.1 槽波透射法及其能量衰減系數(shù)成像

在工作面的2條巷道或聯(lián)通巷布置炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)，依據(jù)由炮點(diǎn)穿透煤層至接收點(diǎn)的槽波信號(hào)進(jìn)行勘探。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)檢波點(diǎn)接收槽波的缺失、強(qiáng)弱及速度變化來(lái)判斷在相應(yīng)的透射射線扇形區(qū)內(nèi)有無(wú)構(gòu)造異常(圖1)。

圖1 槽波透射法勘探

由槽波的傳播理論可知，槽波能量與介質(zhì)能量的衰減系數(shù)和傳播長(zhǎng)度的關(guān)系為：

式中：0為震源處槽波的振幅；為槽波的傳播距離；為煤層的槽波能量衰減系數(shù)；A為槽波傳播距離之后的振幅[13-14]。

通過(guò)ART算法進(jìn)行逐條射線迭代，求取槽波能量衰減系數(shù)并成像[15]。

1.2 槽波反射法及其繞射波偏移成像

槽波在煤層中傳播遇到地質(zhì)異常體，就會(huì)產(chǎn)生反射槽波信號(hào)，從而被布置在巷道同一側(cè)的檢波器接收到(圖2)。

圖2 槽波反射法勘探

反射槽波的波動(dòng)方程比較復(fù)雜，偏移成像方法研究較少，目前僅有Hu Yanrong等[16]開(kāi)展了將逆時(shí)偏移技術(shù)應(yīng)用于槽波的嘗試。反射槽波偏移成像方法仍是基于射線理論，以繞射偏移法為主。

由于槽波僅在煤層中傳播，因此，槽波的繞射偏移成像一般在煤層所在的近似平面內(nèi)完成。設(shè)(,)為平面內(nèi)一點(diǎn)，則該點(diǎn)上的疊加振幅為：

式中：為總炮數(shù)；為檢波器數(shù)；(t)為第個(gè)炮集中第道信號(hào)在t時(shí)刻的瞬時(shí)振幅；g為槽波群速度；r為(,)點(diǎn)到第個(gè)震源點(diǎn)和第個(gè)接收點(diǎn)的距離之和；(x,y)為第個(gè)震源點(diǎn)坐標(biāo)；(x,y)為第個(gè)接收點(diǎn)坐標(biāo)。

在成像的過(guò)程中，可以根據(jù)探測(cè)目標(biāo)預(yù)先對(duì)式(2)中的瞬時(shí)振幅加權(quán)。如果預(yù)先知道斷層的大致走向或者陷落柱的大致位置，則可通過(guò)成像點(diǎn)、炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)的三角關(guān)系求出反射面的方位角，由反射面方位角與預(yù)期斷層方位角的差構(gòu)成權(quán)系數(shù)，在式(2)中對(duì)瞬時(shí)振幅加權(quán)求和。通過(guò)這種方法能夠減少其他波場(chǎng)與噪聲的影響，提高特定異常構(gòu)造的成像效果[17]。

2 槽波探測(cè)技術(shù)在陽(yáng)泉礦區(qū)的應(yīng)用

2.1 主要煤層賦存情況

陽(yáng)泉礦區(qū)位于沁水盆地東北邊緣、新華夏系第三隆起帶中段西側(cè)、祁呂賀山字型前弧東翼以東。煤層主要分布在二疊系下統(tǒng)山西組和石炭系上統(tǒng)—二疊系下統(tǒng)太原組，其中，山西組地層厚54～82 m，平均60.23 m，主要由灰黑色砂質(zhì)泥巖、泥巖，灰白色砂巖及煤組成，與下伏太原組地層連續(xù)沉積(呈沖刷接觸)，含煤4～6層，可采煤層為2、3、5號(hào)煤層；太原組地層總厚度90～130 m，平均118.67 m，主要由黑灰色砂質(zhì)泥巖、泥巖、灰白色砂巖，3層石灰?guī)r及煤組成，含煤7～9層，可采煤層為8、9、11、13、15號(hào)煤層[18-21]。

2.2 槽波探測(cè)概況

自2017年槽波探測(cè)技術(shù)在華陽(yáng)集團(tuán)所屬礦井推廣應(yīng)用以來(lái)，已經(jīng)開(kāi)展了數(shù)百個(gè)工作面的構(gòu)造探測(cè)(圖3)。2019年，華陽(yáng)集團(tuán)把槽波探測(cè)作為重要的物探手段寫(xiě)入了礦井防治水手冊(cè)。槽波勘探成果應(yīng)用于華陽(yáng)集團(tuán)下屬大部分礦井，在各回采工作面煤層取得了良好的效果，解決了普遍面臨的斷層、陷落柱和撓曲等地質(zhì)體的探測(cè)問(wèn)題。

圖3 2017—2020年度槽波探測(cè)工作面數(shù)量

目前大部分開(kāi)展過(guò)槽波探測(cè)的工作面已經(jīng)完成了回采驗(yàn)證，尤其在陽(yáng)泉本部礦區(qū)的驗(yàn)證資料最為齊全，其他各礦開(kāi)展探測(cè)與回采詳細(xì)情況如圖4所示。

圖4 華陽(yáng)集團(tuán)各礦完成槽波探測(cè)統(tǒng)計(jì)

華陽(yáng)集團(tuán)大部分礦井開(kāi)采15號(hào)煤層，槽波探測(cè)也在15號(hào)煤層開(kāi)展的最多，對(duì)3、8、9號(hào)煤層等均有一定數(shù)量的探測(cè)工作，各煤層工作面?zhèn)€數(shù)詳細(xì)探測(cè)情況如圖5所示。

槽波探測(cè)在陽(yáng)泉礦區(qū)主要解決的地質(zhì)問(wèn)題有斷層、陷落柱、撓曲、頂?shù)装迤扑閹У鹊刭|(zhì)異常體，這些也是陽(yáng)泉礦區(qū)主要的致災(zāi)因素。在陽(yáng)泉礦區(qū)的槽波解釋通過(guò)修正揭露斷層、陷落柱，新解釋隱伏斷層、陷落柱，新解釋撓曲、頂?shù)装迤扑閹У鹊刭|(zhì)異常體(圖6)，為回采工作面及工作面布置奠定了堅(jiān)實(shí)的地質(zhì)基礎(chǔ)[22-23]。

圖5 槽波探測(cè)各煤層數(shù)量分布

圖6 槽波探測(cè)地質(zhì)異常體解釋結(jié)果

2.3 槽波發(fā)育特征

收集了陽(yáng)泉礦區(qū)的部分礦井槽波探測(cè)資料(圖7)，對(duì)槽波的Airy相速度和頻率、頂?shù)装鍘r性、構(gòu)造復(fù)雜程度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(表1)，可以發(fā)現(xiàn)槽波在陽(yáng)泉礦區(qū)發(fā)育特征：3～6 m煤厚槽波發(fā)育中等至良好，煤厚小于2 m的晉南地區(qū)，槽波發(fā)育一般；陽(yáng)泉礦區(qū)槽波Airy相速度960～1 000 m/s，不同地區(qū)速度相差不大；Airy相頻率與煤厚相關(guān)，煤層越厚，Airy相頻率越?。幌嗤簩又?，槽波波速與Airy相頻率相差不大，不同煤層中略有不同；區(qū)域不同，槽波發(fā)育特征也不相同[24]。

3 槽波探測(cè)應(yīng)用效果、發(fā)育規(guī)律及解釋方法

3.1 槽波探測(cè)驗(yàn)證效果

對(duì)回采完畢和正在回采的工作面解釋構(gòu)造驗(yàn)證情況進(jìn)行分析，由表2可知，槽波在陽(yáng)泉礦區(qū)的總體驗(yàn)證率在82.2 %以上，但部分礦井也存在遺漏構(gòu)造的情況，究其原因是基礎(chǔ)地質(zhì)資料的收集、確認(rèn)，現(xiàn)場(chǎng)情況的收集還存在不足；部分礦井煤層薄，槽波發(fā)育較差，在解釋時(shí)準(zhǔn)確率下降；工作面內(nèi)部水力沖孔造穴等對(duì)槽波形成有影響。

3.2 討論

對(duì)發(fā)育小型陷落柱(直徑小于20 m)的礦井，槽波能量異常一般會(huì)偏大；撓曲發(fā)育區(qū)域經(jīng)常伴生陷落柱；斷層一般對(duì)槽波影響不大；夾矸對(duì)槽波能量有影響(包括透射和反射)。結(jié)合以往探測(cè)結(jié)果可知，陷落柱極其發(fā)育礦井，雖然構(gòu)造復(fù)雜，但槽波CT成像效果較好，槽波能量衰減明顯的，可解釋為構(gòu)造，若衰減一般且沒(méi)有打鉆揭露情況可不做解釋。瓦斯比較富集的礦井，資料品質(zhì)一般，槽波CT成像異常較多，槽波能量異常受構(gòu)造、頂板破碎、瓦斯富集多種因素影響，解釋困難比較大，結(jié)合折射波進(jìn)行綜合分析，可提高資料準(zhǔn)確度。對(duì)于斷層、陷落柱等構(gòu)造均較發(fā)育的復(fù)雜地質(zhì)礦井，槽波CT成像異常較多，槽波能量衰減明顯，結(jié)合全波場(chǎng)分析，可進(jìn)行構(gòu)造或者異常解釋。部分槽波不發(fā)育礦井，折射波對(duì)構(gòu)造反應(yīng)明顯。對(duì)于煤層較厚、構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單的礦井，透射槽波發(fā)育，可解釋煤層厚度變化區(qū)域。對(duì)于薄煤層且斷層較為發(fā)育礦井，總體槽波發(fā)育及解釋效果一般，可靠程度低。

要提高槽波探測(cè)精度需要在測(cè)量、采集、處理與解釋各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行把控。測(cè)量時(shí)需提高實(shí)際位置和坐標(biāo)校正的準(zhǔn)確度。數(shù)據(jù)采集中，需收集每一道檢波點(diǎn)的巷道接收條件；依據(jù)地質(zhì)背景，進(jìn)行最優(yōu)的偏移距、方位角設(shè)計(jì)；還需要對(duì)設(shè)備實(shí)施定期的檢修與維護(hù)。處理時(shí)運(yùn)用槽波發(fā)育的多種波場(chǎng)(透射槽波、反射槽波、折射縱波、折射橫波)進(jìn)行分析，結(jié)合頻散特征、偏移距、方位角、分段等多種手段成像，求同存異。解釋需將槽波與折射波成像結(jié)果相融合，結(jié)合坑透、巷道揭露、本煤層抽采鉆孔、采區(qū)構(gòu)造發(fā)育情況等進(jìn)行綜合解釋。

同時(shí)，陽(yáng)泉礦區(qū)部分礦井存在構(gòu)造煤、瓦斯富集、應(yīng)力異常、頂?shù)装迤扑榈绕渌刭|(zhì)異常體。目前以能量衰減法為主的槽波處理方法難以滿足探測(cè)需要，后續(xù)需加大上述多種地質(zhì)異常體對(duì)槽波傳播速度等其他屬性的影響研究，總結(jié)槽波對(duì)這些異常的響應(yīng)特征，運(yùn)用槽波多屬性解釋進(jìn)一步拓寬槽波在探查“隱蔽致災(zāi)”領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，為礦井安全生產(chǎn)及透明化工作面提供可靠的地質(zhì)保障。

4 結(jié)論

a.槽波透射法能量衰減系數(shù)成像及反射法繞射波偏移成像對(duì)構(gòu)造等異常信息的解釋比較準(zhǔn)確，在陽(yáng)泉礦區(qū)應(yīng)用良好，解釋斷層、陷落柱、撓曲等地質(zhì)異常體總體準(zhǔn)確率在82.2 %以上。

表1 陽(yáng)泉礦區(qū)煤層槽波發(fā)育特征

續(xù)表

表2 陽(yáng)泉礦區(qū)槽波驗(yàn)證情況

b.陽(yáng)泉礦區(qū)3～6 m煤厚槽波發(fā)育中等至良好，煤厚小于2 m的晉南地區(qū)，槽波發(fā)育較差；Airy相速度960～1 000 m/s，不同地區(qū)速度相差不大；Airy相頻率與煤厚度相關(guān)，煤層越厚，Airy相頻率越??；相同煤層中，槽波Airy相速度與頻率相差不大，不同煤層中略有不同；區(qū)域不同，槽波發(fā)育特征也不相同。

c. 通過(guò)測(cè)量校正、多種波場(chǎng)處理，結(jié)合收集到的已知地質(zhì)信息，綜合分析可進(jìn)一步提高槽波在陽(yáng)泉礦區(qū)地質(zhì)異常體探測(cè)的準(zhǔn)確率。

[1] EVISON F F. A coal seam as a guide for seismic energy[J]. Nature，1955，176(4495)：1224–1225.

[2] KREY T C. Channel waves as a tool of applied geophysics in coal mining[J]. Geophysics，1963，28(5)：701–714.

[3] 儲(chǔ)紹良. 礦井物探應(yīng)用[M]. 北京：煤炭工業(yè)出版社，1995. CHU Shaoliang. Applications of coal mining geophysics[M]. Beijing：China Coal Industry Publishing House，1995.

[4] 韓德品，趙鐠，李丹. 礦井物探技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展展望[J]. 地球物理學(xué)進(jìn)展，2009，24(5)：1839–1849. HAN Depin，ZHAO Pu，LI Dan. Application status and development prospects of mine geophysical exploration technology[J]. Progress in Geophysics，2009，24(5)：1839–1849.

[5] 王秀東，陳清靜，林羽. 三維地震勘探技術(shù)在煤田開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用及發(fā)展[C]//山東省地球物理學(xué)會(huì)，山東省地球物理學(xué)會(huì)，中國(guó)地球物理學(xué)會(huì). 山東地球物理六十年. 2009：391–397. WANG Xiudong，CHEN Qingjing，LIN Yu. Application and development of 3D seismic exploration technology in coal field development[C]//Shandong Geophysical Society，Shandong Geophysical Society，Chinese Geophysical Society：Sixty Years of Shandong Geophysics. 2009：391–397.

[6] 張鵬. 中國(guó)煤炭礦井物探技術(shù)現(xiàn)狀及展望[J]. 工礦自動(dòng)化，2017，43(3)：20–23. ZHANG Peng. Status and prospect of coal mine geophysical exploration technology in China[J]. Industry and Mine Automation，2017，43(3)：20–23.

[7] 程建遠(yuǎn). 煤礦井下槽波透視技術(shù)與裝備[R]. 西安：中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，2014-10-24. CHENG Jianyuan. Technology and equipment of channel wave perspective in underground coal mine[R]. Xi’an：Xi’an Research Institute Co. Ltd.，China Coal Technology and Engineering Group Corp.， 2014-10-24.

[8] 王保利，金丹. 礦井槽波地震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)GeoCoal軟件開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2019，47(1)：174–180. WANG Baoli，JIN Dan. Development and application of GeoCoal for in-seam seismic data processing[J]. Coal Geology & Exploration，2019，47(1)：174–180.

[9] 郭銀景，巨媛媛，范曉靜，等. 槽波地震勘探研究進(jìn)展[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2020，48(2)：216–227. GUO Yinjing，JU Yuanyuan，F(xiàn)AN Xiaojing，et al. Progress in research of in-seam seismic exploration[J]. Coal Geology & Exploration，2020，48(2)：216–227.

[10] 袁亮，張平松. 煤炭精準(zhǔn)開(kāi)采地質(zhì)保障技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J]. 煤炭學(xué)報(bào)，2019，44(8)：2277–2284. YUAN Liang，ZHANG Pingsong. Development status and prospect of geological guarantee technology for precise coal mining[J]. Journal of China Coal Society，2019，44(8)：2277–2284.

[11] 彭蘇萍. 我國(guó)煤礦安全高效開(kāi)采地質(zhì)保障系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及展望[J]. 煤炭學(xué)報(bào)，2020，45(7)：2331–2345. PENG Suping. Current status and prospects of research on geological assurance system for coal mine safe and high efficient mining[J]. Journal of China Coal Society，2020，45(7)：2331–2345.

[12] 程建遠(yuǎn)，朱夢(mèng)博，王云宏，等. 煤炭智能精準(zhǔn)開(kāi)采工作面地質(zhì)模型梯級(jí)構(gòu)建及其關(guān)鍵技術(shù)[J]. 煤炭學(xué)報(bào)，2019，44(8)：2285–2295. CHENG Jianyuan，ZHU Mengbo，WANG Yunhong，et al. Cascade construction of geological model of longwall panel for intelligent precision coal mining and its key technology[J]. Journal of China Coal Society，2019，44(8)：2285–2295.

[13] 王季，李建政，吳海，等. 透射槽波能量衰減系數(shù)成像與陷落柱探測(cè)[J]. 煤炭科學(xué)技術(shù)，2015，43(1)：108–111. WANG Ji，LI Jianzheng，WU Hai，et al. Tomography of transmission in-seam wave attenuation coefficient and detection of collapse columns[J]. Coal Science and Technology，2015，43(1)：108–111.

[14] WANG Ji，LU Wenkai，CHENG Jianyuan. Channel wave tomography for detecting inhomogeneties in coal seam：A real dataset example[C]//75th EAGE Conference & Exhibition incorporating SPE EUROPEC，2013.

[15] LU Wenkai，YIN Fangfang. Adaptive algebraic reconstruction technique[J]. Medical Physics，2004，31(12)：3222–3230.

[16] HU Yanrong，MCMECHAN G A. Imaging mining hazards within coalbeds using prestack wave equation migration of in-seam seismic survey data：A feasibility study with synthetic data[J]. Journal of Applied Geophysics，2007，63：24–34.

[17] 王季. 反射槽波探測(cè)采空巷道的實(shí)驗(yàn)與方法[J]. 煤炭學(xué)報(bào)，2015，40(8)：1879–1885. WANG Ji. Experiment and method of void roadway detection using reflected in-seam wave[J]. Journal of China Coal Society，2015，40(8)：1879–1885.

[18] 河北省煤田地質(zhì)局第二地質(zhì)隊(duì). 陽(yáng)泉煤業(yè)(集團(tuán))股份有限公司二礦生產(chǎn)礦井地質(zhì)報(bào)告[R]. 陽(yáng)泉：陽(yáng)泉煤業(yè)(集團(tuán))股份有限公司二礦，2018. The Second Geological Team of Hebei Bureau of Coal Geology. Geological report of the second mine production mine of Yangquan Coal Industry(Group) Co.，Ltd.[R]. Yangquan：The Second Mine of Yangquan Coal Industry(Group) Co.，Ltd.，2018.

[19] 山西地寶能源有限公司. 山西平舒煤業(yè)有限公司溫家莊礦生產(chǎn)地質(zhì)報(bào)告[R]. 壽陽(yáng)：山西平舒煤業(yè)有限公司，2017. Shanxi Dibao Energy Co，Ltd. Production geological report of Shanxi Pingshu Coal Industry Co.，Ltd. Wenjiazhuang Mine [R]. Shouyang：Shanxi Pingshu Coal Industry Co.，Ltd.，2017.

[20] 山西省煤炭地質(zhì)148勘查院. 山西陽(yáng)煤集團(tuán)南嶺煤業(yè)有限公司建井地質(zhì)報(bào)告[R]. 清徐：山西陽(yáng)煤集團(tuán)南嶺煤業(yè)有限公司，2014. Shanxi Coal Geology 148 Exploration Institute. Well construction geological report of Shanxi Yangmei Group Nanling Coal Industry Co.，Ltd.[R]. Qingxu：Shanxi Yangmei Group Nanling Coal Industry Co.，Ltd.，2014.

[21] 山西潞安中煤資源勘查開(kāi)發(fā)有限公司. 陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)翼城山凹煤業(yè)有限公司生產(chǎn)地質(zhì)報(bào)告[R]. 翼城：陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)翼城山凹煤業(yè)有限公司，2018. Shanxi Lu’an China Coal Resources Exploration and Development Co.，Ltd. Produces geological report of Yangquan Coal Industry Group Yicheng Shan’ao Coal Industry Co.，Ltd.[R]. Yicheng：Yangquan Coal Industry Group Yicheng Shan’ao Coal Industry Co.，Ltd.，2018.

[22] 劉最亮，馮梅梅. 陽(yáng)泉礦區(qū)新景礦構(gòu)造煤發(fā)育規(guī)律的數(shù)值模擬[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2018，46(4)：35–43. LIU Zuiliang，F(xiàn)ENG Meimei. Numerical simulation study on the development patterns of tectonically deformed coal in Xinjing coal mine in Yangquan[J]. Coal Geology & Exploration，2018，46(4)：35–43.

[23] 令狐建設(shè)，閆志銘，徐超. 陽(yáng)泉礦區(qū)差異地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤體突出物性參數(shù)的影響[J]. 煤礦安全，2020，51(9)：20–23. LINGHU Jianshe，YAN Zhiming，XU Chao. Influence of different geological structures in Yangquan mining area on outburst-related physical parameters of coal[J]. Safety in Coal Mines，2020，51(9)：20–23.

[24] 蘇曉云. 我國(guó)主要礦區(qū)典型煤層槽波賦存發(fā)育特征研究[J]. 煤炭工程，2020，52(10)：137–142. SU Xiaoyun. The occurrence and development characteristics of channel wave in main mining areas of China[J]. Coal Engineering，2020，52(10)：137–142.

Application of in-seam wave technology in geological anomaly detection of Yangquan Mining Area

FAN Deyuan1, WU Guoqing2, MA Yanlong2

(1. Huayang New Material Technology Group Co., Ltd., Yangquan 045000, China; 2. Xi’an Research Institute Co. Ltd., China Coal Technology and Engineering Group Corp., Xi’an 710077, China)

By reviewing the application history of in-seam wave seismic detection technology in Yangquan Mining Area in recent years, this paper summarizes the characteristics of in-seam wave in Yangquan Mining Area, and analyzes the in-seam wave detection effect of geological anomalies such as faults and collapse columns in Yangquan Mining Area. The characteristics of in-seam waves in various regions are summarized, and the propagation patterns and the interpretation methods of in-seam wave in the regions are proposed. The results show that there are more than 200 working faces adopted in-seam seismic detection in Yangquan Mining Area, among which 58 working faces are used in No.15 coal seam, which mainly solves the detection problems of geological abnormal bodies such as faults, collapse columns, deflection, roof and floor breakage, and the overall accuracy rate of detection results is more than 82.2%. The characteristics of in-seam waves in Yangquan Mining Area are as follows. In-seamwave development is moderate to good in coal seams of 3-6 m thickness. In the south of Shanxi where the coal thickness is less than 2 m, in-seam wave is generally developed. The Airy velocity of in-seam waves are 960-1 000 m/s, and there is little difference in different regions. The Airy frequency is related to coal thickness, and the thicker the coal seam, the lower the Airy frequency. In the same coal seams, differences of velocity and frequency is not significant. According to the results of mining verification, the effect of detection from different coal seams and regions are quite different. For detection of geological anomalies by in-seam waves, suggestions are given from data collection, processing and comprehensive interpretation.The detection methods need be strengthened in the future to detect more geological disasters such as structural coal, gas enrichment areas, and stress anomalies.With extension of its application, in-seam wave technology will provides reliable geological protection for safe production and promote transparencyfor working faces of coal mines.

in-seam wave detection technology; Yangquan Mining Area; in-seam wave characteristics; geological anomaly; detection effect

P631

A

1001-1986(2021)04-0033-07

2021-04-14；

2021-06-28

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題(2018YFC0807804)

范德元，1966年生，男，內(nèi)蒙古商都縣人，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榈V井地質(zhì)與防治水. E-mail：fdy8888888@163.com

馬彥龍，1988年生，男，碩士，助理研究員，從事煤田三維地震及礦井槽波地震勘探的研究. E-mail：mayanlong@cctegxian.com

范徳元，吳國(guó)慶，馬彥龍. 槽波技術(shù)在陽(yáng)泉礦區(qū)地質(zhì)異常體探測(cè)中的應(yīng)用研究[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2021，49(4)：33–39. doi: 10.3969/ j.issn.1001-1986.2021.04.005

FAN Deyuan，WU Guoqing，MA Yanlong. Application of in-seam wave technology in geological anomaly detection of Yangquan Mining Area[J]. Coal Geology & Exploration，2021，49(4)：33–39. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2021. 04.005

(責(zé)任編輯 聶愛(ài)蘭)