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煤礦生產(chǎn)中槽波反射法勘探的應(yīng)用

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煤礦生產(chǎn)中槽波反射法勘探的應(yīng)用

摘要:槽波是煤層中傳播的導(dǎo)波,槽波勘探技術(shù)是地震勘探技術(shù)的一個(gè)范疇,它是將地震勘探技術(shù)應(yīng)用于煤礦井下的礦井物探新技術(shù),槽波勘探技術(shù)將地震儀直接安放在煤礦回風(fēng)順槽和運(yùn)輸順槽的巷道中,在煤層中激發(fā)和接收地震波來研究煤層中的地質(zhì)構(gòu)造問題。槽波勘探技術(shù)具有信號(hào)能量強(qiáng)、信噪比高、探測距離長、分辨率和精度高等優(yōu)點(diǎn),在煤礦隱蔽致災(zāi)因素探測方面正發(fā)揮越來越重要作用,結(jié)合工程案例說明槽波反射法探測斷層的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞:槽波;反射法;斷層

1地質(zhì)概況

山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)蒲縣萬家莊煤礦開采二疊系山西組2號(hào)煤層。煤層厚度1.4~1.5m,有1~2層夾矸。在掘進(jìn)運(yùn)輸大巷、軌道大巷、回風(fēng)大巷過程中揭露斷層F39、F35和F34。見圖1。F39斷層落差8.2m,傾角35°,F(xiàn)35斷層落差9.6m,傾角45°,F(xiàn)34斷層落差10m,傾角35°。該三個(gè)斷層的揭露,給煤礦生產(chǎn)安排帶來很大的困擾,甚至不知道工作面巷道如何布置。礦方為了查清楚F39、F35和F34斷層走向和延伸情況,為工作面巷道設(shè)計(jì)布置提供地質(zhì)技術(shù)支撐,于是礦方委托本單位實(shí)施了本次槽波反射法勘探工程。

2槽波反射法勘探原理

與光波在光纖中傳播類似,槽波在煤層中的傳播具有很好的穿透性。當(dāng)工作面內(nèi)煤層巖性單一、穩(wěn)定時(shí),槽波能夠穿透大部分工作面范圍,能量衰減緩慢。當(dāng)槽波在傳播過程中遇到斷層、陷落柱、采空區(qū)等異常地質(zhì)構(gòu)造時(shí),槽波能量會(huì)發(fā)生改變。就斷層而言,當(dāng)斷層斷距小于煤層厚度時(shí),煤層沒有被完全斷開,槽波部分能量能穿過煤層。若斷層斷距大于煤層厚度,煤層被完全斷開,則槽波無法穿透到達(dá)另一盤,而被斷層反射回來。安裝在炮點(diǎn)同一側(cè)的檢波器就接收到反射槽波信號(hào)。就該項(xiàng)目來說,我們在回風(fēng)順槽中激發(fā)的槽波在煤層中傳播過程中,如果存在斷層,槽波能量被斷層反射回來,安裝在回風(fēng)順槽中的檢波器就接收到了反射槽波信號(hào)。我們分析接收到的反射槽波信號(hào),就可解決煤層中的斷層問題。

3槽波反射法勘探工程設(shè)計(jì)及觀測系統(tǒng)

礦井物探的工程施工離不開井下巷道,該礦首采工作面回風(fēng)順槽已經(jīng)掘進(jìn)500多米,我們利用首采工作面510m回風(fēng)順槽設(shè)計(jì)了槽波巷道側(cè)幫反射法勘探工程。以回風(fēng)順槽起點(diǎn)為原點(diǎn),以回風(fēng)順槽的延伸方向?yàn)閄軸正向,建立了槽波數(shù)據(jù)采集觀測系統(tǒng)。見圖2。觀測系統(tǒng)沿回風(fēng)順槽布設(shè)檢波器51道,編號(hào)為R1~R51,道間距10m,布設(shè)炮點(diǎn)25炮,編號(hào)為S1~S25,炮間距20m,測線長度510m。18個(gè)槽波數(shù)據(jù)采集站下井采集數(shù)據(jù),每個(gè)采集站3道,其中一個(gè)采集站是放炮記錄采集站。

4工程施工

數(shù)據(jù)采集采用中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司自主研究開發(fā)的節(jié)點(diǎn)式槽波地震儀(YTZ-3),采樣間隔0.25ms,記錄長度2s。炮孔深度為2.5m,方向垂直于煤壁,炸藥采用礦用乳化炸藥,藥量為200g,雷管采用瞬發(fā)雷管,每個(gè)激發(fā)點(diǎn)放炮,所布設(shè)檢波器接收點(diǎn)均接收。施工過程中,首先按設(shè)計(jì)在巷道中標(biāo)記好炮點(diǎn)、檢波器點(diǎn)位置,數(shù)據(jù)采集前打好炮孔。按炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)標(biāo)記位置布設(shè)儀器和檢波器。檢波器安裝在煤層的錨桿上,檢波器之間用測線連接,并連接到數(shù)據(jù)采集站。打開數(shù)據(jù)采集站電源,數(shù)據(jù)采集站處于待機(jī)狀態(tài),當(dāng)設(shè)置的采集時(shí)間到后,數(shù)據(jù)采集站自動(dòng)轉(zhuǎn)為數(shù)據(jù)采集狀態(tài),采集數(shù)據(jù)并自動(dòng)保存數(shù)據(jù)。測線布置完成后,由具有井下放炮資質(zhì)的爆破人員負(fù)責(zé)裝炮,裝炮時(shí),用炮竿將炸藥送到孔底,并用炮泥封堵0.5m以上,確保放炮時(shí)不被沖出,能量向煤層中傳播。放炮采用逐一放炮形式,所有檢波器都接收。待所有激發(fā)點(diǎn)放炮完畢,回收全部設(shè)備并清點(diǎn)整理后帶上地面,結(jié)束井下數(shù)據(jù)采集工作。本次槽波反射法勘探共采集有效數(shù)據(jù)24炮,檢波器布設(shè)51道,測線長度共計(jì)510m。采樣間隔0.25ms,記錄長度2s,從采集數(shù)據(jù)來看,原始數(shù)據(jù)質(zhì)量較好。見圖3。

5槽波數(shù)據(jù)處理及取得成果

槽波數(shù)據(jù)處理采用中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司自主研究開發(fā)的槽波數(shù)據(jù)處理專用軟件GeoCoal軟件。通過對采集數(shù)據(jù)的波場分析、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)處理以及水平疊加偏移成像,將成像結(jié)果結(jié)合礦區(qū)采掘平面圖進(jìn)行地質(zhì)解釋,見圖4。本案例最終解釋三條斷層分別命名為CH-F1、CH-F2和CH-F3,見圖4槽波地質(zhì)解釋圖。由于三條大巷揭露斷層F39、F35和F34,位置相近,傾向基本一致,斷層落差相近,故推斷是一條斷層在三條大巷的揭露表現(xiàn)。而槽波解釋斷層CH-F1就在該斷層的延伸線上,故CH-F1解釋為揭露斷層F39、F35和F34的延伸,走向基本平行于回風(fēng)順槽走向,即北偏東15°方向左右,推斷斷層落差8~10m,煤層被完全斷開,傾向35°~45°。離回風(fēng)順槽距離25~35m不等。CH-F2斷層和回風(fēng)順槽揭露的斷層的延伸基本吻合,結(jié)合采掘揭露信息,槽波解釋推斷斷層落差1.3m左右,傾角30°左右,走向北偏西11°左右。槽波的地質(zhì)解釋得到了揭露斷層的驗(yàn)證。CH-F3斷層推斷為大斷層CH-F1旁由于構(gòu)造應(yīng)力牽引作用形成的小斷層。

6結(jié)論

該工程案例槽波勘探取得了較好的效果,勘探成果為礦方下一步巷道設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù),通過對該礦槽波工程實(shí)例分析,得出以下結(jié)論:(1)槽波反射法勘探是將震源激發(fā)點(diǎn)和檢波器接收點(diǎn)布置在同一巷道內(nèi),探測巷道側(cè)幫一定區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造,這在煤礦生產(chǎn)中具有很強(qiáng)的實(shí)用性。(2)只要觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理,數(shù)據(jù)采集技術(shù)參數(shù)正確,槽波反射勘探不需要雙巷道的形成,利用單巷道采用槽波反射法探測采煤區(qū)隱蔽地質(zhì)構(gòu)造方面具有一定的優(yōu)勢,地質(zhì)效果良好。(3)展望未來,槽波反射法勘探在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。

參考文獻(xiàn):

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[3]姚姚.地震波場與地震勘探[M].北京:地質(zhì)出版社,2006.

作者:王會(huì)林 趙護(hù)林 單位:山西省煤炭地質(zhì)144勘查院