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卢小龙 张浩 胡腾
1概况1.1地质概况
灵北煤业地处山西省灵石县，为汾西矿业集团资源整合矿井，地质构造和陷落柱发育，尤其在构造发育或煤层产状变化大的区域，发育大小不一的陷落柱。+530m水平胶带巷主要在10#煤层中掘进，10#煤层平均厚度为1.8m，顶板为砂质泥岩，底板为泥岩，断面净宽4.0m，净高2.6m，矩形巷道，采用锚杆锚索钢筋托梁联合支护。
1.2探测目的及任务
陷落柱是煤矿开采过程中经常遇到的一种灾害性地质异常体，是影响煤矿生产建设的特殊地质条件之一。+530m水平胶带巷在掘进过程中多次遇到陷落柱，为了提高巷道掘进的安全性，对巷道已揭露的陷落柱采用MSP技术探测其发育情况。
2矿井震波超前探测（MSP）技术基本原理
矿井震波超前探测(MSP-Mine Seismic Prediction)，是应用地震波在传播过程中遇到不均匀地质体(存在波阻抗差异)时会发生反射的原理，结合巷道的特点，设计研制的沿巷道后方布置震源和传感器来探测巷道前方地质条件和水文地质条件的观测系统。震波是由特定位置进行小型爆破（或锤击）产生的，爆破点（锤击点）一般是沿巷道左(右)帮平行洞底成直线排列，这样由人工制造一系列有规则排列的轻微震源，形成地震断面。这些震源发出的地震波在遇到地层层面、节理面、特别是断裂破碎界面和溶洞、暗河、岩溶陷落柱、淤泥带等不良界面时，将产生反射波。
在全空间波场条件下，巷道前方界面的反射波在时距规律、相位特征与巷道周边界面具有明显差异，这为利用地震反射波来探测前方界面的提供了有利条件。通过在专业软件（MSP2.0）平台进行数据处理和分析，处理中采用了反射波提取、速度建模、深度偏移等核心处理技术获得巷道前方地震反射偏移剖面、动力学参数等信息。 根据这些信息MSP技术可以确定巷道前方断层、破碎带、煤岩界面、陷落柱的位置。
图1 MSP法施工及技术原理示意图
本次探测采用的仪器是KDZ1114-6B30矿井巷道地质探测仪，它是福州华虹智能科技股份有限公司研制的一款专用于矿井巷道迎头前方地质构造探测的仪器。同时与之相配套使用的还有MSP2.0数据处理软件。仪器主要是应用于矿井巷道掌子面前方地质构造超前预报，包括断层、陷落柱、采空区等的预测预报，为解决矿井巷道在开拓的过程中遇到的生产技术和施工安全问题，提供了技术保障。
MSP系统布置，采用锤击震源和三分量检波器，测线布置在巷道的左帮上，共布置25个激发点P1-P25，激发点间距为0.5m，两个检波器C1和C2，采用同侧后置装置，道间距为2m，C1距迎头20m，偏移距为5m（如图2）。
图2 MSP系统施工布置示意图
4.1第一次探测
本次探测布置在+530m水平胶带巷JD16点前35m，检波器一距迎头15m，迎头位置已在陷落柱内掘进7.5m，由图3可知，探测结果为：在距迎头15m存在波形异常界面R1，推测为填充物或裂隙发育带；距迎头43m存在波形异常界面R2，推测为构造或陷落柱边界。
图3 +530m水平胶带巷（JD16点前35m）探测结果及验证结果对比图
本次探测布置在+530m水平胶带巷JD21点前4.5m，检波器一距迎头23m，迎头位置巷道左帮刚揭露陷落柱，由图4可知，探测结果为：在距迎头12.5m存在波形异常界面R1，推测为裂隙发育带；距迎头37m存在波形异常界面R2，推测为陷落柱边界。
图4 +530m水平胶带巷（JD21点前4.5m）探测结果及验证结果对比图
本次探测布置在+530m水平胶带巷JD24点前15.5m，检波器一距迎头25m，迎头位置巷道右帮刚揭露陷落柱0.5m，由图5可知，探测结果为：在距迎头15m存在波形异常界面R1，推测为裂隙发育或陷落柱边界；距迎头28m存在波形异常界面R2，推测为陷落柱边界。
图5 +530m水平胶带巷（JD24点前15.5m）探测结果及验证结果对比图
本次探测布置在+530m水平胶带巷JD25点前103m，检波器一距迎头20m，迎头位置已在陷落柱内掘进9.5m，由图6可知，探测结果为：在距迎头40m存在波形异常界面R1，推测为裂隙发育或陷落柱边界；距迎头63m存在波形异常界面R2，推测为陷落柱边界。
图6 +530m水平胶带巷（JD25点前103m）探测结果及验证结果对比图
+530m水平胶带巷在掘进过程中实际揭露情况如下：
（1）首次探测在+530m水平胶带巷（JD16点前35m），在距JD16点前78.5m过陷落柱，陷落柱在巷道内揭露范围为51m；
（2）第二次探测在+530m水平胶带巷（JD21点前4.5m），在距JD21点前41.5m过陷落柱，陷落柱在巷 道内揭露范围为37m；
（3）第三次探测在+530m水平胶带巷（JD24点前15.5m），在距JD24点前43.5m过陷落柱，陷落柱在巷道内揭露范围为31m；
（4）第四次探测在+530m水平胶带巷（JD25点前103m），在距JD25点前167m过陷落柱同时发育一条落差为12m的断层，陷落柱在巷道内揭露范围为73.5m。
6 总结
通过在汾西矿业集团灵北煤矿掘进巷道中对MSP技术的应用，探测结果和实际揭露情况对比表明：
（1）MSP技术能够很好的对巷道掘进过程中遇到的陷落柱的发育情况进行有效探测；
（2）采用外挂式三分量检波器可快速有效的进行井下的数据采集，但是探测距离较短，一般在60-70m范围；
（3）陷落柱在发育过程中会出现部分填充物较大、胶结质松散、介质破碎等情况，所以探测时经常出现一些波形异常界面是由于这些原因造成的而不是真正的陷落柱边界；
（4）对于巷道已揭露的陷落柱进行另一边界的探测，具有针对性，探测结果较准确。基于MSP技术属于震波法勘探范畴，震波速度是结果处理过程中的重要参数，可直接影响预测预报位置的准确性，因此建议相关生产单位多进行探测，通过探掘对比不断修正速度参数，以提高探测结果的准确性。
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