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晋中办事处 卢小龙 张浩 胡腾
摘要：断层构造是矿井巷道掘进过程中最常见的地质问题，直接影响正常的掘进施工，同时也给矿井安全生产带来极大的威胁，因此巷道掘进过程中要针对前方的断层构造进行超前预测预报，为巷道安全掘进提供保障。目前应用于断层构造探测的矿井物探技术方法主要有地震波法及无线电波坑透法等。本文通过MSP技术在灵北煤矿巷道迎头超前探测中的应用，分析了MSP技术方法在寻找巷道前方小断层的准确性及可行性。
关键词：MSP技术；断层构造；超前探测
煤炭在我国的国民经济中具有重要的战略地位，在我国一次能源消费构成比例中一直占70％以上。随着煤炭生产矿井向深部的发展，地质结构越来越复杂，矿井地质构造及煤层赋存情况是矿井生产与安全的主要影响因素。目前通过地面三维地震勘探可以相对准确地预测落差大于5m以上的断层构造，但对于巷道掘进来说，真正影响掘进巷道安全高效生产的却是落差小于5m的小断层。如何做到提前预报和及时防治，关键在于有效的超前探测。震波法勘探对大的地质界面非常敏感，如断层破碎带、陷落柱和岩溶空洞等，MSP技术又是震波法中针对矿井巷道迎头前方构造异常体超前探测的一种物探方法。本文通过灵北煤矿的工程实例介绍了MSP技术对迎头前方小断层超前探测在巷道掘进中的应用。
1 探测原理
矿井震波超前探测(MSP-Mine Seismic Prediction)，是基于负视速度法，根据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，在单边排列的基础上设计研制的沿巷道后方布置震源点和传感器，来探测巷道前方断裂构造、岩溶陷落柱、煤岩层破碎带、采空区等地质异常界面【1-5】。
2 工程实例
2.1 工程概况
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。主采2#煤，煤层厚度1.8～2.2m。顶底板为砂岩，各巷道主要在2#煤层中掘进，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。本次超前探测施工地点分别在2101工作面轨道巷、2101工作面胶带巷、2104工作面轨道巷，探测目的为探测巷道迎头前方断层、陷落柱及采空区等地质异常体，并对其安全性进行评价。
2.2 现场布置
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1）。
图1 MSP系统施工布置示意图 2.3 探测结果分析
2.3.1 探测地点一
本次探测布置在2101工作面轨道巷（G7点后10m），由图2 2101工作面轨道巷（G7点后10m）探测结果及验证图可知，探测结果为：在距迎头27m、60m存在两个波形异常界面，推测为构造或裂隙发育带。
图2 2101工作面轨道巷（G7点后10m）探测结果及验证图 2.3.2 探测地点二
本次探测布置在2101工作面胶带巷（J4点前10m），由图3 2101工作面胶带巷（J4点前10m）探测结果及验证图可知，探测结果为：在距迎头16m、60m、74m存在三个波形异常界面，推测为构造发育带。
图3 2101工作面胶带巷（J4点前10m）探测结果及验证图 2.3.3 探测地点三
本次探测布置在2101工作面胶带巷（J7点前5m），由图4 2101工作面胶带巷（J7点前5m）探测结果及验证图可知，探测结果为：在距迎头11-13m存在一波形异常区，距迎头32m存在一波形异常界面，推测为构造或裂隙发育带。
图4 2101工作面胶带巷（J7点前5m）探测结果及验证图2.3.4 探测地点四 本次探测布置在2104工作面轨道巷（G8点前30m），由图5 2104工作面轨道巷（G8点前30m）探测结果及验证图可知，探测结果为：在距迎头15m、71m存在两个波形异常界面，推测为构造发育带。
 图5 2104工作面轨道巷（G8点前30m）探测结果及验证图
2101工作面轨道巷和胶带巷、2104工作面轨道巷在掘进过程中实际揭露情况如下：
（1）探测地点一2101工作面轨道巷（G7点后10m），在距G7点前18m揭露一落差为2.2m的断层、G7点前50m揭露一落差为2.0m的断层；
（2）探测地点二2101工作面胶带巷（J4点前10m），在距J4点前27m揭露一落差为1.5m的断层、J4点前55m揭露一落差为0.6m的断层、J4点前68m揭露一落差为1.4m的断层、J4点前84m揭露一落差为1.5m的断层；
（3）探测地点三2101工作面胶带巷（J7点前5m），在距J7点前17m揭露一落差为1.0m的断层、J7点前36.5m揭露一落差为2.0m的断层；
（4）探测地点四2104工作面轨道巷（G8点前30m），在距G8点前45.6m揭露一落差为3.9m的断层、G8点前101m揭露一落差为4.0m的断层。
3 结论
通过在汾西矿业集团灵北矿掘进巷道中对MSP技术的应用，探测结果和实际揭露情况对比证明MSP技术能够对迎头前方小断层进行有效控制。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很重要的参数，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。
参考文献
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[2]刘盛东,郭立全. MSP技术及其在煤矿巷道小构造探测中的应用[J]. 安徽理工大学学报（自然科学版）,2007.
[3]赵晶.MSP技术在任楼煤矿巷道超前探测中的应用[J]. 中国煤炭地质,2011.
[4]胡光雨,信占东,潘乐荀.袁店二矿断层构造复杂区物探技术应用研究[J].安徽理工大学学报.
,2011,6(31): 52-55
[5]卢小龙,李松. 综合物探技术在正通煤业巷道超前探测中的应用[J]. 黑龙江科技信息, 2013,19: 28-29
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