摘 要：矿井地质构造及煤层赋存情况直接影响着矿井生产安全，可靠准确的地质预测对矿井安全生产具有十分重要的意义。龙煤集团七台河分公司矿区内煤层多、薄、构造复杂，随着井下采掘工艺机械化水平不断的提高，摸清地质情况，为生产部门提供及时准确的地质资料，已成为主要地质问题。2011年七台河分公司引进了福州华虹公司的KDZ1114-6A30矿用地质探测仪，为安全采掘打下良好的基础。
关键词：多煤层；薄煤层；矿用地质探测仪；安全采掘；安全生产；地质预测预报
1 地震勘探法原理
1.1 井下地震勘探的基本原理
    井下震波勘探是以不同岩性的岩层具有不同的弹性的事实为依据的。在介质的某一点人工激发地震波，在介质其他若干点上用检波器记录从震源直接传播过来的直达波，或从不同弹性的岩层分界面传播过来的反射波、折射波，通过研究相邻各道的地震记录(波的传播时间、速度、波形及振幅等)，掌握弹性波地下传播规律，利用相应的地震数据处理方法和解析方法，求得弹性分界面的空间位置及其性质，从而完成地震勘探的主要地质任务。
1.2 井下地震波探测方法简介
    地震波勘探的常用工作方法：
    (1)单点探测原理。单点探测技术是源于反射地震波勘探中的自激自收方式，通过接收岩、煤层界面的地震波垂直反射信号，来解析计算目的层距离或厚度。由反射波时距曲线方程：4h²+x²=v²t²，令x=0，则h=vt/2。式中时间ｔ和波速v取值准确与否，直接影响到目的层距离或厚度探测的精度(如图1)。     (2)仪器设备简介。KDZ114-6A30矿井地质探测仪主要采用震波勘探原理，利用人工激发的震波为弹性波波源，对被探测介质的厚度(距离)和速度进行探测，采用自激自收解析法、瑞雷波解析法、折射解析法及反射解析法进行数据采集和解析。这四种解析方法应用于仪器内核，构成仪器四种全自动、半自动、手动探测方法，即单点探测、双点探测、折射探测与反射探测。目的是使仪器适用性更广泛，突破以往使用探测仪器只能专业人员介入的局面(如图2仪)。 1.3 资料处理与分析
    处理方法：单点法通过实测中多次垂直叠加消除干扰波采集原始信号，再进行室内回放进一步细化处理。除了可抽取各偏移距单道记录进行处理外，还可进行多道叠加处理，其处理流程如下： 2 案例分析
2.1 地质概况及探测任务
    七台河分公司新兴煤矿井区属勃利煤田，煤系地层属于鸡西群，构造复杂主要为向南倾斜的单斜，倾角一般为15～30°，有倾向正断层切割煤系。是多煤层、薄煤层区。含煤一百多层，可采和局部可采10～42层。煤层厚度一般在0.60～1.20m之间，可采总厚为10～40m。
    (1)案例一：探测位置位于六采区三水平右三片58层回头巷道内拐点前方15m左右，此巷是为采煤工作面下巷巷道，是过断层后的穿岩巷道，探测位置位于断层下盘内，迎头为砂岩,岩性相对破碎，为了解并寻找58层煤的位置，特进行了本次的物探(58层煤厚一般在0.8～1m左右，倾角一般在20～35°之间)。
    (2)案例二：探测位置位于三采区三水平右二片66层平巷12号点前48m左右，此巷道为半煤岩巷道，煤层倾角一般在20多左右，煤层厚度为0.8～1.4m左右，巷道宽3m，高2.8m，66煤为焦煤，煤质松软，为探测迎头前方构造情况，进行了本次物探。
    (3)案例三：探测位置位于五采区三水平右二片66层石门9号测点前55m，探测巷道是穿岩巷道，寻找前方含煤情况，特进行了本次物探。
2.2 现场观测系统布置
    因新兴煤矿针对迎头前方含煤地层或是构造探测，针对巷道实际情况及煤层、岩层的和井下工作迎头的实际情况，对巷道迎头进行了双检波器单点探测，根据地震波反射技术法对迎头前方的构造发育情况和含煤情况进行了可行性评价。
2.3 探测结果 (1)案例一：六采区三水平右三片58层回头探测结果分析。     经过对新兴煤矿六采区三水平右三片58层回头前方超前探测数据分析，在探测结果图上9.8～19.0us之间，19.4us位置左右，32us位置左右，波形的振幅和频率相对变小、周期相对变大，推测有相对松软岩层、破碎松动或煤层引起，经过与矿方实际情况具体分析，井区内最厚煤层为2m左右，故9.8～19.0us之间的异常相对排除是煤层的可能，在由探测结果根据反射波时距曲线方程：4h2+x2=v2t2，令x=0，则h=vt/2，解析可知：所探测煤层位置在迎头27～32m左右、40～47m左右疑似煤层。
    (2)案例二：三采区三水平右二片66层平巷12号点前48m迎头探测结果分析。     经过对新兴煤矿三采区三水平右二片66层平巷前方超前探测数据分析，在12.1us左右，23us位置左右，波形的振幅相对异常变大，出现异常起跳，结合探测现场、巷道布置方式和区域内地层关系，根据地震波的传播原理及定律，推测此位置异常可能为煤层变薄区或断层，在由探测结果根据反射波时距曲线方程：4h²+x²=v²t²，令x=0，则h=vt/2，最后解析可知：探测位置前方9～12m左右、17～20m左右处存在波形异常，推测煤层发生变化，为疑似断层。      (3)案例三：五采区三水平右二片66层石门9号测点前55m。     经过对新兴煤矿五采区三水平右二片66层石门迎头超前探测数据分析，在12.7us左右后方，波形相对前方波形的振幅相对异常，频率相对变小，周期变大，结合探测现场、巷道布置方式和区域内地层关系，根据地震波的传播原理及定律，推测此位置可能存在异常，在由上图探测结果根据反射波时距曲线方程：4h²+x²=v²t²，令x=0，则h=vt/2，最后解析可知：探测位置前方20～22m左右处存在波形异常，推测可能存在煤层。
3 结果验证情况
    3.1 案例一：井区工作队对六采区三水平右三片58层回头巷道迎头超前探测异常位置进行了验证，经掘进验证，在物探探测位置(4#测点前15m)前掘34m(4#测点前49m)时见煤，与物探预测预报的32m(4#测点前47m)异常点距离相差2m。故误差为2m。(验证情况如图8)     3.2 案例二：经过新兴矿对三采区三水平右二片66层平巷物探位置前方的掘进验证，探测位置前13m左右煤层变薄，掘进22m时煤层歼灭，与探测仪预测20m异常点相差2m。故误差为2m。(验证情况如图9)
3.3 案例三：经新兴矿对五采区三水平右二片66层石门探测位置前方进行掘进验证。巷道掘进至探测点前9米时岩层倾角变大，底板见煤。巷道施工至探测点前15m时煤层与原迎头锤击位置平行，故与探测仪预测20～22m异常点相差5m。(验证情况如下图10)。 4 结论
    (1)通过探测结果与巷道实际揭露情况对比分析，震波单点探测法对控制迎头前方含煤地层和构造及煤层歼灭情况的探测具有可行性，对掘进巷道的安全掘进具有一定的指导意义。
    (2)震波单点法在探测含煤地层或构造方面上对目标探测体的走向、倾向、倾角的效果还是不显著。
    (3)在实际生产中仍需要根据巷道实际揭露的资料情况和探测目标体确定，再结合探测资料进行二次解释来提高此种探测方法的准确性，为巷道的安全掘进指导生产。
    (4)针对震波单点每次探测情况，如何做到探测速度的准确，是今后在工作中长期积累总结的重点。
文章摘自：
《科技论坛》，2013年第11期