范國鋒 韓志遠 劉曉龍

（山西煤炭運銷忻州有限公司，山西 忻州 034000）

1 概況

1.1 構(gòu)造概況

泰山隆安煤業(yè)構(gòu)造形態(tài)總體為近南北走向、向西緩傾的單斜構(gòu)造，在此基礎(chǔ)上伴有小型褶曲。地層平緩，地層傾角2°～8°。井田內(nèi)目前共發(fā)現(xiàn)斷層104 條，均為采掘揭露，其中大于5 m 斷層僅1條（編號F102 斷層，落差5.9 m），其余均小于5 m；另發(fā)現(xiàn)有小型褶曲2 個。

1.2 試驗區(qū)概況

該次物探試驗區(qū)為11305 工作面距大巷300 m段。11305 工作面北為11#煤西翼集中回風下山，南為原廢棄民采平硐采空區(qū)，東為11301 工作面采空區(qū)，西為實體煤，上覆為原金義煤礦與原晉豫煤礦舊小窯采空區(qū)。試驗區(qū)已形成回采工作面，11305進風順槽、11305 回風順槽為工作面兩側(cè)巷道，屬本次勘探可利用巷道。

根據(jù)鄰近11#煤西翼集中回風下山及11301 工作面實際揭露的其他斷層分析推測，該工作面采掘區(qū)域內(nèi)受斷層影響較頻繁，加之，該礦井田處于鄂爾多斯聚煤盆地東部邊緣地段，斷裂構(gòu)造發(fā)育。

2 測試技術(shù)與方法

2.1 槽波地震法

根據(jù)聲波的傳播特性，地震波在煤層中的傳播速度相比于在非煤巖石的傳播更慢。而當?shù)卣鸩ㄔ诿簩雍晚數(shù)装彘g相互傳播時，由煤層向頂?shù)装鍌鞑サ牡卣鸩ㄖ械囊徊糠謺环瓷浠孛簩硬⒃诿簩又携B加，形成一個較強的干涉擾動，即槽波。通常采用在一條巷道內(nèi)放炮，在另一條巷道或同一條巷道，或在工作面中接收地震波信號完成槽波地震法[1]。

槽波在煤層中傳播，一部分可以經(jīng)過反射，另一部分將直接透射出煤層。因此，可以選擇接收并檢測透射波或者反射波。透射法即將震源和檢波器布置在該工作面的兩個不同的巷道內(nèi)，檢波器主要接收煤層透射的地震波信號。反射法則是將震源與檢波器布置在同側(cè)，檢波器主要接收煤層反射的地震波信號。

為探究最佳施工間距參數(shù)，設(shè)置3 組不同間距下的施工方案，分別為20 m 炮間距和10 m 道間距、10 m 炮間距和5 m 道間距、10 m 炮間距和10 m 道間距，具體施工方法為：

1）施工采集數(shù)據(jù)方法。每個炮點放炮，兩個順槽所布設(shè)接收點均接收，直至所有炮點施工放炮完成。

2）檢波器和炮點施工要求。針對巷道內(nèi)部揭露情況和煤層的變化趨勢，在實際施工中要求將鋼釬打入煤巖中，將檢波器安裝在鋼釬上，保證檢波器、鋼釬及煤巖耦合良好，并盡量布置于煤層中間位置。炮眼打孔位置距巷道底板約1 m，務必確認炮孔終點在煤層中，正向裝藥，炮泥填充＞0.5 m。

3）儀器及環(huán)境噪聲。完成儀器檢測，確認地震采集系統(tǒng)正常，確認現(xiàn)場無明顯噪聲源。

不同間距的槽波地震法的測試結(jié)果如圖1。

圖1 槽波地震法地質(zhì)測試成像圖

透射槽波的處理是基于透射槽波埃里相的振幅屬性的CT 成像法，不同觀測系統(tǒng)下的透射槽波CT成像結(jié)果見圖1。槽波能量CT 成像結(jié)果為2D 視衰減系數(shù)模型圖（包含介質(zhì)吸收作用和地質(zhì)構(gòu)造等引起的散射作用造成的衰減），所以衰減系數(shù)越大，在CT 成像圖上表現(xiàn)為顏色越淺，說明在煤層中該區(qū)域附近存在使地震波能量減弱因素；反之，衰減系數(shù)越小，CT 成像圖中顏色顯示越深，即煤層賦存相對穩(wěn)定，地震波在傳播過程中能量衰減相對較小。

圖1（a）中采用20 m 炮間距和10 m 道間距時，間距過大，數(shù)據(jù)量不足，導致成果分辨率不足。圖1（b）中采用10 m 炮間距和10 m 道間距時，成像結(jié)果仍較清晰，與圖1（a）相比異常區(qū)細節(jié)仍較豐富，總體分辨率與采用5 m 道間距時無太大差異，仍可滿足探測需要。圖1（c）中采用10 m 炮間距和5 m 道間距時，成像結(jié)果清晰，異常區(qū)細節(jié)豐富，分辨率最高。根據(jù)淺色區(qū)域所示，槽波地震法基本探明了多處試驗區(qū)內(nèi)的已揭露或隱伏構(gòu)造，預測的構(gòu)造位置、延展方向等與實際情況基本吻合。

綜合考慮探測效果和施工成本，確定透射槽波施工時最佳參數(shù)應為10 m 炮間距、10 m 道間距。

2.2 無線電波透視法

煤層中含有介質(zhì)存在電性差異，而當電磁波在其中傳播時，受到介質(zhì)影響，電磁波會被吸收或屏蔽。通過向煤體中發(fā)射不同頻率的電磁波，分析電磁波接收信號的差異性，即透視異常，可以了解煤層內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造情況[2-3]。

根據(jù)發(fā)射端和接收端的移動方式和相對位置不同，有同步法和定點法。同步法是在不同的巷道中分別布置發(fā)射端和接收端，使二者保持相對靜止運動，在每一個點位分別探測。定點法則是固定發(fā)射點位，在每一個接收點位上逐點接收信號。在11305 工作面兩順槽各300 m 范圍內(nèi)，布置發(fā)射點和接收點，發(fā)射點距25 m，接收點距5 m。

采用88 kHz、158 kHz 頻率依次分別進行探測，測試結(jié)果如圖2。

圖2 無線電波透視法地質(zhì)探測成像圖

初步試驗得知88 kHz 可探測工作面，后續(xù)數(shù)據(jù)處理中可使用88 kHz 頻率的數(shù)據(jù)進行處理并對比分析結(jié)果。經(jīng)過與巷道揭露斷層位置對比可知，異常區(qū)域與巷道揭露斷層區(qū)域較吻合。綜合分析，可依據(jù)本次無線電波透視成果異常區(qū)推斷此區(qū)域斷層較發(fā)育，但斷層在工作面內(nèi)的延展情況、斷層落差大小很難判斷。

無線電波透視法88 kHz、158 kHz 共發(fā)現(xiàn)兩處基本重合的地質(zhì)異常，且異常有巷道揭露。異常呈區(qū)域狀，范圍較大。經(jīng)對比分析，得出結(jié)論如下：

1）88 kHz 成果圖中異常區(qū)分布細節(jié)更加清晰，探測精度更高。

2）158 kHz 成果圖中，異常區(qū)邊界可追蹤性差，僅能反映出整體的低值或高值區(qū)域，細節(jié)無法分辨；但其整體場強值更高，代表采用該頻率開展無線電波透視探測時將有更大的探測范圍。

3）二者探測結(jié)果整體上吻合程度較高，可相互驗證，以提高探測的可靠程度。

2.3 地質(zhì)雷達法

地層中不同介質(zhì)的介電常數(shù)各不相同，當電磁波在地層中傳播時，不同的介質(zhì)根據(jù)介電常數(shù)會相應發(fā)生反射、透射和折射。經(jīng)過折射的電磁波會被地面天線接收，剩下的電磁波會繼續(xù)向下傳播，直到被更深處介質(zhì)折射而后被地面天線接收，或是在地層中傳播直至能量耗盡。通過分析接收電磁波的振幅，相位、時間等信息，可呈現(xiàn)出地層的雷達波圖像，再經(jīng)過后處理，可以獲得地質(zhì)體的位置、形態(tài)等信息。在11305 工作面試驗段一個順槽300 m范圍內(nèi)布置地質(zhì)雷達測線，地質(zhì)測試結(jié)果如圖3。

圖3 地質(zhì)雷達法地質(zhì)測試成像圖

圖3 中橫坐標表示采區(qū)走向長度，左側(cè)縱坐標表示雷達信號傳播的時間序列，右側(cè)縱坐標表示可探測的底板深度。在154～184 m 段范圍有較強的反射波同相軸，可推斷此范圍內(nèi)煤巖裂隙較發(fā)育。本次地質(zhì)雷達的有效反射波同相軸最大深度約7.2 m，探測距離太短，因此無法探測煤層中的斷層等地質(zhì)構(gòu)造的分布情況。

3 測試結(jié)果對比分析

1）槽波地震法基本探明了多處試驗區(qū)內(nèi)的已揭露或隱伏構(gòu)造，預測的構(gòu)造位置、延展方向等與實際情況基本吻合。

在本區(qū)域采用槽波地震法探測時的最佳參數(shù)為10 m 炮間距、10 m 道間距。采用上述參數(shù)時，該方法在本區(qū)域有較好適用性，穿透力強、探測準確率高、分辨率高。

2）無線電波透視法僅在預測區(qū)靠近大巷段有較明顯的反應，遠大巷段的幾處斷層未有反應，且探測的異常呈區(qū)域狀，斷層在工作面內(nèi)的延展情況、斷層落差大小很難判斷。

在本區(qū)域采用無線電波透視法探測時的最佳參數(shù)為發(fā)射頻率為58 kHz 和188 kHz，發(fā)射點距25 m，接收點距5 m。采用上述參數(shù)時，無線電波透視法能獲取到綜合場強值較大、場強變化層次清晰、分辨能力相對較高的探測成果，但無法準確判斷斷層的走向、落差。

3）本次地質(zhì)雷達的有效反射波同相軸最大深度約7.2 m，探測距離太短，無法滿足探測煤層中的斷層等地質(zhì)構(gòu)造的技術(shù)要求。經(jīng)過本次地質(zhì)雷達法試驗，可知地質(zhì)雷達法探測距離短，不適用于井下回采工作面內(nèi)隱伏構(gòu)造的探測。

4 結(jié)語

1）槽波地震法的施工參數(shù)應為10 m 炮間距、10 m 道間距。探明了多處試驗區(qū)內(nèi)的已揭露或隱伏構(gòu)造，預測的構(gòu)造位置、延展方向等與實際情況基本吻合。

2）無線電波透視法的施工參數(shù)應為發(fā)射頻率為58 kHz 和188 kHz，發(fā)射點距25 m，接收點距5 m。測試結(jié)果可推斷測試區(qū)域斷層較發(fā)育，但斷層在工作面內(nèi)的延展情況、斷層落差大小很難判斷。

3）地質(zhì)雷達的有效反射波同相軸最大深度約7.2 m，測試中受井下干擾較大，實際探測距離短，無法滿足探測工作面內(nèi)斷層等地質(zhì)構(gòu)造的技術(shù)要求。