寺河矿W2303工作面槽波地震探测分析

文章编号：1003-5168（2019）17-0068-03

Abstract： Based on the engineering background of W2303 mining face in Sihe Mine and the analysis of the principle of trench wave seismic detection technology， the application of trench wave seismic detection technology in W2303 mining face was analyzed， and the results of trench wave seismic detection were compared with those of pit exploration and drilling. The results show that pit exploration and drilling knot are formed. The results are consistent with the anomaly zones delineated by channel wave seismic exploration， which indicates that channel wave seismic exploration technology can effectively explore the anomaly zones of mining face.

Keywords： coal mine;geological structure;trench wave seismic detection

隨着科学技术的不断快速发展，煤矿机械化的开采水平已经显著提升，地质构造是影响煤矿回采工作面或者掘进工作面快速推进重要因素，掌握煤矿井下地质构造的赋存状况尤为重要，而地震勘探是煤矿井下勘探地质构造的一个重要手段。地震勘探的技术种类较多，其中以槽波地震探测的应用最为广泛[1，2]。寺河矿W2303工作面回采巷道掘进期间遇到的地质构造较为复杂。为了探明回采区域内地质构造的具体位置、参数，保证回采工作面的安全生产，在回采工作面回采巷道中采用槽波地震勘探技术。

1 槽波地震探测技术原理

槽波地震探测技术是地球物理方法，属于地震勘探技术的一个重要分支，基本原理是利用在井下激发的并在煤层中传播的地震波，对区域内的不连续物进行探测。利用槽波地震探测技术既可以实现对勘探区内断层、褶皱、陷落柱等地质构造的勘探，又可以实现对煤层分叉、废弃巷道、回采采空区等的勘探[3]。槽波地震探测技术具有勘探范围广、勘探精度高、抗干扰能力强等优点，在煤矿井下地质勘探中得到广泛应用。相对于坑透等勘探技术，槽波地震探测在探测范围以及探测精度上都有明显的优势。槽波地震探测技术根据发射点与接收点的位置关系可以分为透射法、反射法和联合法。

1.1 透射法

透射法是将震波发出的槽波信号透过煤层传输至接收点。炮点以及接收点分别布置在勘探区周边不同巷道内，根据接收点接收到的槽波信号的强弱、有无，对槽波经过的扇形区的地质异常区域进行探测[4]。同样，也可以通过对接收到的透射槽波信号进行分析，为反射法运用时取得的数据进行处理、解释提供一定的参考。透射法探测的范围可以达到煤层厚度的数百倍。由于炮点发出的槽波能量在煤层中受到束缚，当槽波传播过程中遇到地质异常点时（如断层的落差大于煤层厚度，使得煤层不连续），接收点可能接收不到槽波信号，若能接收到信号，则表明探测区域内地质异常点的影响较小，或者不存在地质异常点。在煤矿井下的一条巷道内布置炮点，释放能量，在煤层中形成地震波，在探测范围对应的另一条巷道内布置接收点，接收来自炮点的地震波。透射法对探测区域的地质解释主要是依靠接收点接收到的L波进行的。

1.2 反射法

反射法主要用于对回采工作面或者掘进工作面前方的断层进行探测。当探测区域内的煤层被断层断开时，由于断层上下盘两侧的波阻不同，因此，断层就会形成一个反射体。反射法就是利用接收点接收到反射体反射回的槽波信号对地质异常进行解释。反射法接收点接收到的主要是R型槽波，对地质异常点进行解释。炮点发出的槽波经过断层反射后，接收点中的检波器主要接收一小部分受到激发的R型槽波，地质异常点的波阻抗越大，槽波的反射越明显。地质异常点的波阻抗与岩层的性质、破碎程度等密切相关，可以根据接收到的反射的槽波轻度来对地质异常点参数进行一定量的判别。

1.3 联合法

顾名思义，联合法是透射法以及反射法两种方法的结合，可以对工作面内的地质异常进行勘探、接收，联合法具体示意图如图1所示。

2 槽波地震探测技术在W2303工作面中的应用

2.1 工作面概况

晋城煤业集团寺河矿W2303工作面长1 357m，倾向长276～296m，煤层为3#煤层，煤厚6m左右，为稳定可采煤层，采用一次采全高采煤工艺、全部垮落法对顶板进行管理。工作面内可能存在隐伏性小断层，节理、裂隙发育，牵引褶曲、煤层产状急剧变化，煤体破碎，煤层变薄等地质异常现象。因此，为了进一步查明W2303工作面内部的地质异常区域，保障工作面安全开采，采用槽波地震探测技术对落差大于煤厚1/2的断层、直径较大的陷落柱以及构造破碎带的发育情况进行勘探，保证工作面的正常安全回采。

2.2 施工设计

本次探测在两条巷道进行，一发一收，分两段施工：第1段为W2303工作面切眼向外290～1 300m，23031巷、23033巷发射点各23个，发射点间距40m;接收点各177个，接收点间距5m;第2段为W2303工作面切眼向外0～750m，23031巷、23033巷发射点各19个，发射点间距40m;接收点各150个，接收点间距5m。具体布置见表1及表2。

2.3 槽波数据分析

在对槽波数据进行分量切割、观测系统载入、滤波、坏道剔除等初步处理后，根据槽波的振幅进行拾取，并对振幅衰减系数进行分析，根据振幅衰减系数迭代计算成图即为能量衰减系数CT成像，为本次槽波勘探进行地质解释的主要依据。针对本次槽波资料特点，以槽波能量衰减系数CT成图（见图2）进行异常划分，最终本次W2303工作面的槽波探测结果共圈定5个异常区，即YC1至YC5。

①本次W2303工作面槽波透射勘探，共探测出5个异常区，对YC1区域进行分析，判断其为陷落柱。

②图中YC4和YC5区域槽波能量衰减剧烈，形成多片状连接的异常区域。根据现场实际情况综合分析，预计在该区域构造复杂交错，构造主要以断层为主（两侧巷道均有揭露），同时不排除存在陷落柱的可能。

③在整体槽波探测区域中，YC3至YC5区域能量衰减反应最为突出，预计该区域由于构造复杂交错，致使煤体应力集中，破碎相对严重，望矿井加强关注，并采取相关防范措施。

具体的槽波探测异常区推断描述如表3所示。

3 探测验证

为了进一步对槽波地震探测结果进行验证，采用无线电坑透技术对W2303工作面进行探测，坑透成果图具体如图3所示。

通过对图2及图3进行对比分析可知：槽波与坑透成果圈定的异常和坑透异常在工作面位置关系及异常区范围上，基本吻合，因此，可以确定所圈定各异常的可靠程度较高。在回采工作面回采推进钻探过程中，对圈定的异常区进行钻孔验证，结果也表明，在圈定的YC1区域探测出直径为7m的陷落柱，但不含水，周边较为破碎;在圈定的YC2区域探测出构造破碎带;在圈定的YC3区域探测出落差为3m的正断层;在圈定的YC4区域探测出落差为1.6m的逆断层;在圈定的YC5区域探测出落差为2m的逆断层。钻探结果也与槽波探测结果较为接近，表明槽波探测结果可以指导矿井生产。

4 结论

寺河矿W2303工作面采用槽波透射法进行探测，探测测线长度为1 350m。经过数据分析和处理，本次槽波探测共圈定出5处异常区域，并采用无线电坑透及钻孔钻探等方式对探测出的地质异常带进行验证。结果表明，槽波探测结果与无线电坑透、钻探结果较为接近，槽波探测可以对矿井生产起到良好的指导作用。

参考文献：

[1]潘长斌，吕兆海，陈铁军，等.槽波地震探测技术在金家渠煤矿中的应用与分析[J].神华科技，2018（4）：23-27.

[2]刘刚.槽波地震勘探方法及应用分析[J].科技创新与应用，2016（9）：148.

[3]汪国胜，史心全，曹赵飞，等.槽波地震与无线电波透視探测效果对比分析[J].煤炭与化工，2013（10）：59-61.

[4]周国兴.影响地震探测陷落柱的若干因素分析[J].能源技术与管理，2012（1）：40-42.

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