张同俊1,王明耀2,贺智敏1 (1.淄博矿业集团有限责任公司葛亭煤矿,山东济宁 272053; 2.福州华虹智能科技开发有限公司,福建福州350001)
摘 要:为做好地质预测预报工作,利用KDZ1114 -6A30矿井地质探测仪对采掘工作面前方及两帮进行地质情况探测试验,通过分析煤岩层的反射波传播速度和时间,解析得到反射界面的距离,并综合解释和推断出地质体的性质。结果表明:矿井地质探测仪对构造解释准确率高,试验效果明显。 关键词:预测预报;地震波;地质构造;矿井地质探测仪 井田面积20.9k㎡,整体上为一形态不完整的构造盆地,落差20m以上的断层54条,发现陷落柱13个,东北部有岩浆岩侵入,矿井地质构造复杂。为做好地质预测预报工作,采用KDZ1114-6A30矿井地质探测仪对葛亭煤矿采掘工作面进行探测试验。 1 探测原理及施工工艺 1.1 探测原理 1.1.1 地震单点探测原理 探测技术是源于反射地震波勘探中的自激自收方式(图1),即反射波偏移距为零的垂直反射形式。
 图1 单道观测系统波路图
射波时距曲线方程:4h2+x2=v2t2,令x=0,则h=vt/2。式中时间t可由波形记录上判读,波速v是己知数,在一定的探测区域内,岩、煤层的垂向波速都较稳定,探测时须作波速调查。 1.1.2 地震反射共偏移探测原理 共偏移探测技术是依据反射波勘探原理,在单边排列的基础上选定最佳偏移距,采用单道小步长,保持震源和检波器距离不变并同步移动来完成探测任务(图2)。只要地质体中存在波阻抗差异,就会产生反射能量受界面特性控制的反射回波。
 图2 共偏移观测系统波路图
1.2 施工工艺 探测采用KDZ1114-6A30矿井地质探测仪,有效探测距离80m。设置的参数如下:通道数2道,采样问隔80~136us,采样频带2500Hz低通,固定增益24~48dB,采样长度2048点,采样延迟0.0ms,单点探测的源检距为0.5m,反射共偏移源间距4m,道间距和步距2m。采用锤击方式激发,煤壁松散时,利用配备的锤垫进行辅助激发,检波器尽量避开煤壁松动的地方。 2 探测解析试验与验证 2.1 波速测试 2.1.1 3煤层2306胶带顺槽波速测试 2010年1月26日,在2306胶带顺槽采用单点和反射共偏移两种方法进行3煤层波速测试,己知DF71断层距顺槽51m。通过震波软件处理,计算出单点探测的地震波综合波速为3.132m/ms,反射共偏移探测的地震波综合波速为2.983m/ms,两种探测方法的综合波速平均为3.058m/ms。 2.1.2 16煤层11604轨道顺槽波速测试 2010年1月27日,在11604轨道顺槽采用反射共偏移探测方法进行16煤层波速测试。己知轨道顺槽与胶带顺槽间距34m,地震波异常反射的时间为19.5ms,计算出16煤层的地震波综合波速为3.5m/ms。 2.2 探测试验与验证 2.2.1 案例1:2330外轨道顺槽F29断层追踪探测 2010年1月26日,在3煤层2330外轨道顺槽采用单点和反射共偏移两种方法探测顺槽西部F29断层的位置。经分析,断层在测线起点距离巷道34.0m,在测线终点距离巷道40.5m(图3)。经实际采掘证实,断层在测线起点(T1点下5m)距离巷道35.0m;在测线终点(T2点下14m)距离巷道43.3m(图4)。
 图3 2330外轨道顺槽断层追踪探测解析结果  图4 2330外轨道顺槽断层追踪探测平面图
2.2.2 案例2:2314轨道顺槽超前探测 2010年1月26日,在3煤层2314轨道顺槽迎头,采用单点和反射共偏移两种方法进行超前探测。经分析,迎头前方有三条异常反射界面(图5),解析距离分别为41m,56m和82m。在41m位置的异常反射相位相对较强,可能是断层或褶曲;在56m位置的异常反射相位相对较弱,可能是裂隙或者小构造;在82m位置的异常反射相位能量较强,可能是大断层或褶曲。实际揭露表明:41.5m处发育小断层,落差0.5m;59m处为宽缓小褶曲;76m处为F13-1断层,落差9.0m(图6)。
 图5 2314轨道顺槽单点探测解析结果
2.2.3 案例3:11606轨道顺槽超前探测 2010年1月27日,在16煤层11606轨道顺槽迎头采用单点探测方法进行超前探测。探测结果显示,在探测前方25.27m的位置有一反射相位(图7),但是反射不明显,分析可能为小断层或裂隙带。实际揭露证实:探测点前方13.8m处发育一条断层,落差1.1m;26.7m处为一条裂隙,方位角70°,宽度2cm(图8)。
 图6 2314轨道顺槽超前探测剖而图  图7 11606轨道顺槽单点探测解析结果  图8 11606轨道顺槽超前探测平面图
3 结论及建议 案例2和案例3共解释异常点4个,实际揭露断层和褶曲5个,成果解释准确率80%;3处案例异常点的位置解释精度92.7-98.8%,平均95.3%。采掘工作面超前探测和巷道两帮断层追踪探测效果明显。 地震波速度取值直接影响到目的层距离探测的精度。由于本次探测是在葛亭矿第一次采用,对煤层及其顶底板岩层的地震属性参数选取还有待于验证与调整,随着后续探测对比分析,物探解释的准确率和精度会进一步提高。 参考文献: [1] 王胜利,王振涛,宣孝忠,等.震波技术在高瓦斯突出矿井中的应用[J].煤炭科学技术,2009. [2] 刘友奎,邸伟,孙清祥.便携式矿井地质探测仪在新安煤征中的应用[J].山东煤炭科技,2009. [3] 张战京,游志宏,赵宏力.KDZ1114-3型便携式矿井地质探测仪在鹤壁中泰公司的应用[J].煤矿现代化,2008.
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