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        干河礦2-118工作面構(gòu)造區(qū)域槽波勘探技術(shù)研究與應(yīng)用

        2021-10-22 06:30:28
        煤礦現(xiàn)代化 2021年5期
        關(guān)鍵詞:區(qū)域

        韓 躍

        (山西霍寶干河煤礦有限公司,山西 洪洞 041600)

        1 工程概況

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        霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司干河煤業(yè)2-118工作面主采2號(hào)煤層,煤層厚度為3.23~4.21 m,平均厚度為3.72 m,平均傾角為8°,屬于煤層穩(wěn)定性煤層,煤層頂板巖層為中粒砂巖和K8細(xì)粒砂巖,底板巖層為粉砂巖和細(xì)粒砂巖,根據(jù)巷道揭露情況,2-118工作面內(nèi)的主要有斷距大致在2~4 m的小斷層6條,直徑大于10 m的陷落柱1個(gè),但現(xiàn)有工作面內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造情況資料僅依據(jù)巷道揭露時(shí)獲取,現(xiàn)為充分掌握工作面區(qū)域內(nèi)構(gòu)造區(qū)域的范圍及具體位置,采用槽波勘探技術(shù)進(jìn)行工作面區(qū)域內(nèi)的勘察探測(cè)。

        2 槽波勘探技術(shù)實(shí)施

        2.1 設(shè)計(jì)實(shí)施原則

        槽波勘探技術(shù)中主要的技術(shù)參數(shù)均在觀測(cè)系統(tǒng)中進(jìn)行設(shè)置,觀測(cè)系統(tǒng)是指地震波激發(fā)點(diǎn)與接收點(diǎn)之間的相互幾何位置關(guān)系,其主要參數(shù)有道間距、炮間距和最小炮檢距等。在槽波地震勘探中,由于受開(kāi)采技術(shù)條件的限制,所探測(cè)的地段可能只有1條巷道或若干條巷道,故接收點(diǎn)布置就不可能像地面三維地震勘探一樣布置成面積狀的觀測(cè)系統(tǒng),接收點(diǎn)只能沿巷道呈線狀布置排列[1-2]。對(duì)于反射法,激發(fā)點(diǎn)與接收點(diǎn)則布置在同一巷道內(nèi);對(duì)于透射法,激發(fā)點(diǎn)與檢波點(diǎn)布置在不同的巷道內(nèi)。

        就一般情況而言,探測(cè)區(qū)周圍大多可有幾條巷道。根據(jù)要求探測(cè)的詳細(xì)程度,除了選擇最佳觀測(cè)方式組合外,還要對(duì)每種觀測(cè)方法選擇最佳排列參數(shù),如道間距、炮間距、偏移距和最遠(yuǎn)炮間距。觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)的選擇非常重要,主要考慮如下:

        1)保證足夠的探測(cè)精度,能分辨出計(jì)劃探測(cè)最小目標(biāo)體。

        2)觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理與否將直接影響施工效率和探測(cè)效果。如道間距或炮間距太密,會(huì)造成工作量太大、效率太低;相反,太疏時(shí)就有可能漏掉構(gòu)造。

        3)觀測(cè)系統(tǒng)選擇合理,可有效壓制部分干擾。

        2.2 觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        結(jié)合2-118工作面和巷道建設(shè)的實(shí)際情況以及地質(zhì)條件,本次槽波勘探選用槽波透射法及反射法相結(jié)合的觀測(cè)系統(tǒng),具體設(shè)計(jì)如下:

        1)在2-118工作面輔助運(yùn)輸巷和皮帶運(yùn)輸巷布置檢波點(diǎn),道間距為15 m,共計(jì)108個(gè)檢波點(diǎn)。

        2)第1天的檢波器編號(hào):J1—J30(反射法)、J31—J60(透射法)。

        3)第2天的檢波器編號(hào):J1—J30(反射法)、J1—J48(透射法,實(shí)際施工布置)。

        4)在2-118工作面輔運(yùn)順槽輔助運(yùn)輸巷、以及聯(lián)絡(luò)巷布置炮點(diǎn),炮間距15 m,共設(shè)計(jì)69炮:①第1天的炮點(diǎn)編號(hào):P1—P30、聯(lián)絡(luò)6—聯(lián)絡(luò)12;②第2天的炮點(diǎn)編號(hào):P1—P30。

        干河礦2-118工作面的550~1 400 m段的透射和反射聯(lián)合勘探任務(wù),共計(jì)2天完成。第1天,勘探完成1 400~958 m段;第2天,勘探完成958~550段。實(shí)際工作量材料圖如圖1所示。

        圖1 2-118工作面槽波地震勘探實(shí)際材料圖

        反射槽波地震勘探觀測(cè)系統(tǒng)主要參數(shù)(第1天和第2天相同):①道間距15 m;②炮間距15 m;③總道數(shù)30;④總炮數(shù)30;⑤覆蓋次數(shù)(最大)30。

        由于覆蓋次數(shù)不均勻引起的處理問(wèn)題,在后續(xù)處理中須要提取部分地震數(shù)據(jù)使其整個(gè)覆蓋次數(shù)趨于均勻。在實(shí)際槽波地震勘探中,共完成62個(gè)炮點(diǎn)。

        2.3 施工方法與過(guò)程

        1)施工方法:①檢波點(diǎn)、炮點(diǎn)布設(shè):以相對(duì)坐標(biāo)系原點(diǎn)為起點(diǎn),15 m一點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記,進(jìn)行檢波點(diǎn)布設(shè),炮點(diǎn)布設(shè)在2臺(tái)檢波器正中間,依次布設(shè);②測(cè)量?jī)x器:德國(guó)SummitⅡEx防爆遙測(cè)數(shù)字地震儀、北京中礦大地YTC9.6防爆無(wú)纜遙測(cè)數(shù)字地震儀;③施工方法:透射槽波地震勘探,反射槽波地震勘探[3-4]。

        2)施工過(guò)程:①檢波點(diǎn)、炮點(diǎn)布設(shè):根據(jù)施工設(shè)計(jì)情況,回風(fēng)巷以相對(duì)坐標(biāo)原點(diǎn)為起點(diǎn),15m一個(gè)布設(shè)檢波點(diǎn),在2臺(tái)檢波器之間布設(shè)炮點(diǎn)。皮帶巷以切眼處為起點(diǎn),每15 m布設(shè)1個(gè)檢波點(diǎn);②測(cè)量控制:采集員對(duì)工作進(jìn)程進(jìn)行測(cè)量控制,依據(jù)德國(guó)SummitⅡEx防爆遙測(cè)數(shù)字地震儀、大地YTC9.6防爆無(wú)纜遙測(cè)數(shù)字地震儀的性能特點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集;③施工方法:在回風(fēng)巷內(nèi),炮點(diǎn)與檢波點(diǎn)在同一巷道內(nèi),為反射法槽波地震勘探。在皮帶巷內(nèi)無(wú)炮點(diǎn),皮帶巷內(nèi)接受透射槽波地震數(shù)據(jù)。

        3 探測(cè)資料處理與分析

        3.1 透射法資料處理成果及分析

        工作面采用槽波透射勘探對(duì)工作面950 m范圍區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造情況進(jìn)行探測(cè),通過(guò)對(duì)探測(cè)數(shù)據(jù)的處理得出工作面透射槽波能量CT成像見(jiàn)圖2。

        圖2 工作面1 450-1 000 m槽波能量衰減透射法CT成像及解釋圖

        分析圖2可知,在槽波能量成像圖中,紅色代表能量衰減較多區(qū)域,黃色次之,藍(lán)色代表槽波衰減少[5-6]?;诒敬蜟T成像的解釋圖可知,探測(cè)區(qū)域存在3個(gè)異常(其中F-3異??赡転閿鄬踊蛳萋渲﹨^(qū)域,分別如圖中F-1,F(xiàn)-2,F(xiàn)-3所示,其中F-1與皮帶順槽近平行,距離50~75 m,其中在橫坐標(biāo)為1 450-1 150 m處平行于皮帶順槽,1 150-1 050 m處斷層位置與皮帶順槽楔形向內(nèi),與皮帶順槽大致70-120 m;F-2斷層起始于聯(lián)絡(luò)巷處,斜向上,其中段連通性較差;F-3異??赡転橄萋渲?,其長(zhǎng)軸展布長(zhǎng)度約83 m,中心位置距離輔助運(yùn)輸巷約50 m。在圖中右側(cè)虛線為實(shí)際透射法勘探分界線,虛線左側(cè)為實(shí)際第1天透射勘探區(qū)域,虛線右側(cè)為空白區(qū)域。

        3.2 反射法資料處理成果及分析

        由于防爆遙測(cè)數(shù)字地震儀所配的數(shù)據(jù)線有限,在第2天僅進(jìn)行了反射勘探的數(shù)據(jù)采集工作,沒(méi)有進(jìn)行工作面1 000-550 m段的透射地震數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)P波反射偏移成像結(jié)果進(jìn)行分析,得出工作面不同區(qū)段P波反射法偏移成像結(jié)果,如圖3所示。

        圖3 2-118工作面P波反射法偏移成像圖

        圖3 (a)中出現(xiàn)1條明顯的斷層反射軸貫穿整個(gè)勘探區(qū)域,雙程走時(shí)為100~120 ms,由前面的速度分析,可知該區(qū)域的P波速度為2 800 m/s,計(jì)算得到該斷層距離輔運(yùn)順槽140~170 m,同時(shí)該斷層中部反射軸不強(qiáng)烈,推測(cè)斷層斷距減小或斷層破碎。由前面的透射結(jié)果,可推測(cè)該斷層對(duì)應(yīng)為F-1。

        圖3(b)中出現(xiàn)1條的斷層反射軸,但是反射軸不清晰,振幅存在較大變化,斷層反設(shè)軸貫穿整個(gè)勘探區(qū)域,雙程走時(shí)為80~100 ms,由前面的速度分析,可知該區(qū)域的P波速度為2 800 m/s,所以計(jì)算得到該斷層距離輔運(yùn)順槽110~40 m,根據(jù)前面分析,該斷層是F-1斷層。

        綜合P波反射法能夠得出,整個(gè)工作面區(qū)域P波反射法偏移成像結(jié)果如圖4所示。

        圖4 2-118工作面整體區(qū)域P波反射法偏移成像圖

        分析圖5可知:①斷層F-1走向如圖所示,幾乎貫穿整個(gè)勘探區(qū)域;②斷層距上巷道距離70~110 m,其中,1 450-1 150 m區(qū)域距離為70~80 m,1 200-550 m區(qū)域距離為80~110 m;③斷層1 350-1 250 m區(qū)域、900-750 m區(qū)域反射軸較模糊,說(shuō)明該區(qū)域斷層斷距變小或斷層面破碎嚴(yán)重。

        3.3 分析結(jié)果匯總

        2-118工作面地質(zhì)構(gòu)造情況具體如下:

        1)正斷層F-1,其在工作面內(nèi)部的位置為整體上距離皮帶運(yùn)輸巷道約60~110 m,在聯(lián)絡(luò)巷揭露處距離皮帶巷約60 m。F-1斷層的斷距大于煤層厚度,整體上走向近東西,沿走向延伸約900 m。

        2)正斷層F-2,在聯(lián)絡(luò)巷揭露處距離輔助運(yùn)輸巷約64 m。該斷層的斷距小于煤層厚度的小斷層,走向北偏東約41°,沿走向延伸約130 m。

        3)陷落柱F-3,其中心位置與輔助運(yùn)輸巷的垂直距離約為50 m,與聯(lián)絡(luò)巷的垂直距離約為170 m,其平面分布形狀近似橢圓形,長(zhǎng)軸展布長(zhǎng)度約為83 m,短軸長(zhǎng)度約為30 m。

        綜合上述分析,工作面槽波勘探地質(zhì)解釋結(jié)果匯總,具體工作面各異常區(qū)域位置如圖5所示。

        圖5 2-118工作面地質(zhì)解釋成果圖

        4 結(jié)論

        根據(jù)2-118工作面回采巷道掘進(jìn)揭露的地質(zhì)構(gòu)造分布情況,采用槽波勘探技術(shù)進(jìn)行工作面區(qū)域內(nèi)的勘察探測(cè),基于槽波探測(cè)的設(shè)計(jì)原則,進(jìn)行探測(cè)方案的設(shè)計(jì),并進(jìn)行實(shí)際施工,通過(guò)探測(cè)結(jié)果分析,得出工作面內(nèi)正斷層F-1、F-2及陷落柱F-3的分布形態(tài)及范圍。

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