1、项目概况
1.1、任务目的
(1)探查工作面内落差大于1/2煤厚的断层、长轴直径大于20m的陷落柱的发育情况。
(2)探测工作面内其他地质异常体。
1.2、探测区域位置
某工作面北部为矿界，南部为实体煤，西部为其他工作面(已回采)，东部为其他工作面(已回采)，上覆为11#煤实体煤。
工作面探测长度660m，宽度240m。探测区域井下位置图如图1-1。
1.3、地质构造情况
工作面总体为一由东向西倾伏的单斜构造，其上发育次一级褶曲构造。煤层倾角5°—8°，平均6°。
2、工作方法与装置
2.1、槽波勘探工作原理
槽波地震勘探是利用在煤层中激发和传播的导波，探查煤层不连续性的一种地球物理方法，是地震勘探的一个分支。槽波地震勘探可以探查小断层、陷落柱、煤层分叉与变薄带、采空区及废弃巷道等地质异常，具有探测距离大，精度高、抗干扰能力强、波形特征易于识别以及最终成果直观的优点，尤其在探测精度和距离上优于其他煤矿井下勘探方法，是目前最基本、最常用、最可靠、最重要的井下探测方法之一，槽波勘探的基本观测方法有三类：透射法、反射法与透射反射联合勘探法；本次槽波勘探项目选用的观测方法为槽波透射反射联合勘探法。
(1)槽波透射法
槽波透射法是槽波地震法中最基本、最常用、最可靠、最重要的方法，槽波透射法所用的有效波是从震源透过煤层传至接收点的直达槽波信号。如图2-1所示，炮点与检波点(接收点)布置在采区周围不同巷道内，根据槽波的有无、强弱来判断在相应的透射射线扇形区内有无构造异常。当断层落差大于煤厚时，煤层波导完全阻断，一般接收不到透射槽波；在落差相当于煤厚30％～70％左右，煤层波导部分阻断，接收到的透射槽波能量较正常情况下有不同程度的减弱。
(2)槽波反射法
这种方法的有效波是反射槽波信号。如果槽波在煤层中传播遇到了煤层中的不连续体，即遇到了地震波的波阻抗(速度和密度差异)的分界面，就会产生反射槽波信号，因此，识别出这些反射槽波信号就能直接判断出煤层不连续体所在的位置。如图2-2槽波反射勘探示意图所示，炮点与检波点布置在同一巷道内，炮点就在排列附近。槽波反射法的最大优点是可以在一条煤巷中向两侧进行小构造的探测，这在采矿上的实用价值特别大。所以它是槽波地震探测技术的重要部分，但是，槽波反射法的应用有一定的局限性，对于构造发育复杂区域，特别是距离施工位置最近的大构造后方构造探查上，精度会相对降低。
2.2、工作装置
本次工作面槽波地震探测设备为福州华虹智能科技股份有限公司制造的“KDZ3114矿井分布式震波勘探仪系统”，该系统是新一代高效便携的专业型全方位矿井地震勘探系统。系统采用先进的分布式架构，利用自动化采集及高精度同步技术，可在井下灵活组合施工，实现工作面震波CT勘探、巷道超前探测、矿井地震勘探等多种震波观测方法的数据采集。系统由数据记录仪(采集器A)，放炮启动记录仪(采集器B)，传感器等组成，KDZ3114矿井分布式震波勘探仪系统设备图见图2-3。数据记录仪与放炮启动记录仪间利用高精度时钟同步，在井下同步对时后，所有设备间将以同一时间节拍独立工作。数据记录仪不间断连续采集并存储地震数据，放炮启动记录仪记录雷管起爆时间。在完成所有激发工作后进行数据回收，将所有设备构成总线网络，以放炮记录仪的放炮启动时间为0从数据记录中“裁剪”出各地震道，并形成单炮记录。
3、施工技术参数
结合某煤矿以往槽波地震勘探工作及工作面实际地质资料、探测任务，最终确定本次槽波地震勘探选用以下勘探技术参数：
(1)激发条件及参数
1)位置：位于工作面巷道面内采煤侧，高度为巷道腰线(煤层中间)；
2)孔深：2.0m；
3)孔向：水平垂直于巷帮，且指向工作面面内；
4)孔径：42mm；
5)药量：单孔药量为300g；
6)装药：正向装药，推进孔底，封孔长度不小于1m；
7)雷管：同一批次数码电子雷管。
(2)接收条件及参数
1)接收点间距：10m
2)采样间隔：240us
3)采样点数：8192
4)采样时间：1967ms
(3)接收点条件：在处于煤层中间的锚杆上，使用转接头将检波器固定在锚杆上。检波器安置方向垂直于煤壁且保证所有检波器方向一致。
4、施工布置
本次槽波地震勘探炮点和检波点均布置在工作面两顺槽及切眼的采煤侧。槽波地震施工前在工作面两巷提前先标注炮点和检波点，现场炮点采用红漆标注，检波点采用白漆标注。本面检波点距为10m，炮点距为20m。
本次槽波探测在回风巷、进风巷及切眼布置检波点，回风巷由切眼向停采线标注，自J1#至J67#，点距10m；进风巷由切眼向停采线标注，自J1#至J67#，点距10m；切眼由回风巷一侧向进风巷一侧标注，自QJ1#至QJ23#，点距10m。
两巷炮点均以检波点奇数号+5m为炮孔位置，切眼炮点以检波点奇数号-5m为炮孔位置，回风巷炮点号与检波点标点号对应关系为P1#(J1#+5m)、P2#(J3#+5m)、.....P34#(J67#+5m)，炮间距20m；进风巷炮点与检波点标点对应关系为P1#(J1#+5m)、P2#(J3#+5m)、.....P34#(J67#+5m)；切眼炮点与检波点标点对应关系为QP1#(QJ1#-5m)、QP2#(QJ3#-5m)、.....QP12#(J23#-5m)。槽波施工前对所有检波点以及炮点进行了校正。
井下施工时，同时在回风巷、进风巷及切眼布置检波器。检波点布置完成后，经双方确认约定后开始放炮，回风巷、进风巷同时放炮，回风巷放炮顺序为回风巷炮点标点号P34#、P33#......P1#炮孔及切眼炮点标点号QP1#、QP2#......QP6#；进风巷放炮顺序为切眼炮号标点号QP7#、QP8#......QP12炮孔及进风巷炮点标点号P1#、P2#......P34#炮孔。一炮一放，依次激发，共激发80炮。
5、探测成果解释
5.1、槽波勘探成果解释
(1)槽波能量衰减系数成像分析
从槽波传播规律知，拉夫型槽波约束在煤层中传播，煤层的横向均一性对槽波的干涉、速度、能量均有调制作用。槽波在煤层中的传播具有很好的穿透性，当工作面内煤层岩性单一、稳定时，槽波能够穿透大部分工作面范围，且能量衰减缓慢、速度低、易于识别。当槽波在传播过程中遇到断层、陷落柱、采空区等异常地质构造时，槽波动力学特性(能量、速度)会发生改变。通过槽波波场能量、速度、有无等性质综合分析可以判断地质构造的发育情况。
断层等地质构造对槽波的影响表现在速度、频率、波形、能量等多个参数的变化，而其中的能量参数最为敏感。当槽波传播过程中遇到断层等地质构造时时，槽波能量将发生一定程度的改变，通常断层的断距超过0.5倍煤厚，槽波Aily相位的能量将发生明显的变化。
利用槽波能量衰减系数成像，通过对槽波能量衰减系数高值区的圈定进而能推断工作面面内可能存在的地质构造发育区。图5-1为工作面槽波勘探能量衰减系数成像图，图中暖色(黄、红色)代表衰减系数大，此处为槽波衰减高值异常区，蓝绿色代表衰减系数小。本次槽波透视共圈定2处能量衰减系数高值异常区，异常编号标识为：CN1、CN2，槽波透视勘探物探异常分析见表5-1。 (2)槽波速度CT成像分析
速度成像运用到层析成像技术，它是一种根据投影数据反演物体内部图像的方法，由于层析成像探测技术具有分辨率高、探测范围广、成像结果直观等特点，近几十年来，被广泛用于工程探查、地质构造探查、资源勘探开发、地震探测以及工程质量检测等领域。层析层像反演算法大都采用迭代类型算法，包括梯度迭代法、投影迭代法等，而本程序中ART和SIRT是属于投影迭代法，LSQR和RRLSQR是属于梯度迭代法，且只适用于透射数据。图5-2为工作面槽波物探槽波速度成像图，图中暖色(黄、红色)代表槽波速度高，蓝绿色代表槽波速度低。本次槽波透视共圈定2处槽波速度高值区，编号标识为：CS1、CS2。
(3)绕射偏移成像分析
反射绕射偏移的根本目的是确定工作面前方煤层内反射体，如断层等地质异常体的空间位置。偏移技术是根据经处理后的反射槽波记录、使反射体在空间成像的方法。在地震勘探文献中，把延迟叠加算子称为惠更斯-克希荷夫绕射叠加偏移算子。这一类算子把数据从时间剖面上偏移或转移到空间平面上，通常是探区平面上。一个线性检波器排列可看作是一个绕射光栅，地震记录就相当于入射到光栅的波动记录。延迟求和处理目的是产生绕射花纹、以供解释。自适应延迟求和是布坎南(1979)在LS偏移基础上发展起来，是对LS的改进。在绕射偏移中，与接收点排列成不同角度的可能异常体给以不同的权系数，优先拾取在一定角度范围内的目标。
图5-3为工作面槽波地震勘探回风巷槽波反射绕射偏移成像图，图5-4为工作面槽波地震勘探进风巷槽波反射绕射偏移成像图，图中暖色(黄、红色)代表反射槽波能量大，此处为槽波反射异常区，蓝绿色代表反射槽波能量小。本次槽波反射工作面内未发现明显异常区，回风巷、进风巷两巷道有异常响应。 5.2、综合探测成果解释
综合工作面槽波探测槽波透射和槽波反射数据处理分析，共圈定2处地质异常区，分别命名CYC1、CYC2。工作面槽波物探异常解释见图5-5，各异常区具体解释如下表5-2。
CYC1异常：位于面内，影响范围在切眼后退约0-400m，靠近进风巷，向面内延伸约190m。经分析推测为煤厚变化影响所致。
CYC2异常：位于面内，影响范围在切眼后退约320-490m，靠近回风巷，向面内延伸约90m。经分析推测为煤厚变化影响所致。 6、探测结论
结合工作面地质资料及本次槽波勘探成果综合分析，获得如下结论：
(1)本次槽波探测共发现CYC1、CYC2两处地质异常区，结合工作面回风巷、进风巷及切眼揭露地质情况，推测CYC1、CYC2为煤厚异常变薄所致。
(2)本次槽波探测未发现工作面探测区域存在落差大于1/2煤厚的断层，长轴直径大于20m的陷落柱。