受山东某矿的委托，福州华虹智能科技股份有限公司采用矿井巷道震波超前探测方法，在该矿31采区集中轨道巷(JG8+125m)迎头进行构造超前探测，调查迎头掘进前方的构造发育情况，为巷道安全掘进工作提供技术依据。
福州华虹智能科技股份有限公司根据确定的勘探任务及要求，于2018年4月15日进行了井下数据采集工作，完成资料处理和解释工作，并提交勘探成果报告。
一、地质概况与任务
1.1 地质概况
31采区集中轨道巷目前沿3煤底板掘进，本工作面地质构造简单，根据三维地震勘探资料，预计工作面在掘进过程中将揭露断层3条。预计揭露构造情况见下表。

1.2 探测任务
探明31采区集中轨道巷迎头(JG8+125m)构造发育情况，为巷道安全掘进提供技术依据。
本次在31采区集中轨道巷迎头采用MSP方法探测迎头前方的构造发育情况。

二、矿井震波超前探测技术(MSP)原理
    矿井震波超前探测(MSP-Mine Seismic Pre-diction)，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产生的，爆破点一般是沿巷道左(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。

MSP系统主要由记录单元、接收单元和激发单元三部分组成(见图2-1)。
硬件技术参数如下：
记录单元
通道：6道；
A/D：18位；
采样长度：最大记录长度为14468样点；
采样间隔：62.5和125μs；
动态范围：100dB，
平台：Windows
接收单元
分 量：三分量；
灵敏度：1000mV/g±5%；
频率范围：0.5-5000HZ；
横向灵敏度：＞1%；
工作环境温度：0℃-65℃
激发单元
输入电压：240～2400 V
输出电压：0.5～5V。
2.1 测线布置与数据采集
本次探测于2018年4月15日在31集中轨道巷迎头完成数据采集工作，以探测前方构造发育情况为主要目标，采用了矿井震波超前探测技术(MSP)；现场布置24个炮点和2个检波点。
2.2 矿井震波超前探测(MSP)现场布置
本次矿井MSP探测在迎头有限空间内展开，采用炸药震源。31采区集中轨道巷现场测线布置时，激发点炮孔布置在巷道右帮，总共24炮；检波点2个分别为C1、C2，传感器及炮孔顺序和方位见图2-2。炮点1-24布置在右帮，设计炮间距2.0m；检波点C1、C2布置在右帮，设计检波点间距2m。其中C1传感器距离P24号炮点15m， P1在迎头位置退后1m。现场测量炮检距，后续计算以实际距离为准。

三、数据处理及结果解析
3.1 矿井震波超前探测数据处理
数据处理时统一以C2检波点对应巷道的中点为坐标原点，巷道前方为X正方向，Y正方向指向顶板，Z方向指向左帮建立坐标系，分别来确定炮点和检波点的坐标。
将现场采集到的物探数据经过处理方能转化为可利用的物性图件，MSP震波探测数据在自行研制开发的MSP2.0软件平台上进行，其处理流程为：数据预处理——频谱分析——直达波求取——反射波提取——速度分析——深度偏移——界面提取。据速度谱同时结合现场岩性情况，进一步根据以往探测的验证结果，本次MSP探测取综合速度为2.8m/ms进行偏移处理速度。
数据预处理部分主要完成观测系统录入，将现场实际测量的炮孔、检波点坐标录入MSP系统。基于上述观测系统原则，在进行数据处理时以指向掘进迎头方向为x轴正方向，垂直于顶板方向为y轴正方，垂直于左帮为Z轴正向，建立直角坐标系。为了便于建模，以C2点所在巷道位置的巷道中心为原点，建立炮检坐标系。

    频谱分析处理利用FFT工具对本巷道采集的地震波形进行频率域分析，作用在于掌握对本巷道在炸药震源条件下的地震波主频分布范围。有利于指导后续数据的处理。图3-2为地震波形的频谱分析图，从图中可以看出主频范围为60-600Hz。

    图3-3为本次采集地震波形和直达波速度求取图。采用各记录源检距和初至到时可拟合成直达波初至直线，从图中可以看出直达纵波速度为2.8m/ms。利用直达波速度可基本确定本探测区域速度范围并作为深度偏移时的速度背景值。
    深度偏移处理为MSP处理的核心部分，在给定速度模型的条件将来自前方介质的反射能量偏移归位至空间点上。以此成果图件为基础提取取巷道前方反射界面。基于直达波速度，本次均匀速度背景值取值为1.5-3.5m/ms。本次探测探测介质为煤，整体探测距离为200m，其中轨道巷已揭露区58m，未揭露区142m。
3.2 MSP超前探测解释结果

    图3-4为地震MSP方法所得到的31集中轨道巷迎头前方地震探测深度偏移剖面，深度偏移反射剖面反映了掘进方向顺煤层弹性差异界面在空间的位置关系。从剖面中可看出，31集中轨道巷探测范围内存在有较为明显的反射相位，其中有三组反射波能量强异常界面，分别为R1、R2、R3。
四、结论及建议
4.1 结论
通过31采区集中轨道巷迎头MSP超前探测结果可以得出如下结论：
(1)反射异常界面R1，反射波能量较强，反射相位明显，距离迎头25.7m～33m位置范围内，推测为断层可能性较大；
(2)反射异常界面R2，反射波能量较强，反射相位明显，距离迎头66m～71m位置范围内，推测为断层、裂隙带或其他地质构造异常体。
(3)反射异常界面R3，反射波能量较强，反射相位明显，距离迎头95m～106m位置范围内，影响范围较广，推测为断层可能性较大。
4.2 建议
(1)物探资料不能作为安全掘进的唯一依据，要结合钻探资料进行综合分析，建议矿方针对物探异常区及波形异常界面，进行打钻验证。
(2)建议掘进过程中加强地质编录及电子归档，并及时反馈，以便后续对探测与揭露资料的进行深入分析，合理选取速度参数等关键技术参数，通过不断的探掘对比，提高探测精度。此外，本次探测的速度为经验速度，未经本矿实际揭露验证，因此存在一定误差，需要验证后的反馈进行必要修正。