1.1 地质概况
龙煤矿业集团双鸭山分公司新安煤矿七采区负560十二层煤回采工作面上部为十层煤，且未采取，十层与十二层层间距为13.3m，下部为未开拓区域，无采掘活动。该工作面所采十二层煤为长焰煤煤层累后1.5米，黑色，较完整含炭量较高。该回采工作面走向长400～850m，倾斜长（宽）170～200m。
负560十二层煤回采工作面顶、底板均以砂岩为主，局部夹煤线。其各巷道伪顶为0.7米的灰黑色粉砂岩，夹有煤线，含有植物屑化石，局部较破碎。直接顶0.7米灰白色互层，较完整以粉砂岩为主，夹细砂岩水平层理及波状层理。底板为0.3米的灰白色粉砂岩含有植物化石，详细见综合柱状图1-1。
图1-1 综合柱状图
由于负560十二层上十层煤未采动施工，在上巷掘进过程中在点TS4后先后遇未知岩墙四道，且宽度不一，如图1-2中上巷实际揭露1#-4#，根据其发育形态矿方推断在目前正在施工的负560十二层左机轨巷掘进过程中会再次遇到前三道岩墙，具体推断位置如图1-2中地质推断1#-3#，但是截止到2014年5月15日早负560十二层左机轨巷已经施工到T7-5点前47.4米，已经超过了地质推断的第一道岩墙位置，且并未遇到地质推断中的岩墙，故前方是否存在岩墙，岩墙具体位置成了前掘过程中的一大困惑。故需要借助矿井物探技术对负560十二层左机轨巷T7-5点前47.4米开始前方构造发育情况进行预测预报。该工作面整体四周及顶底部无积水，水文地质条件清晰，无影响安全生产。
图1-2 异常推断地质图
本次探测的主要地质任务主要有两点，具体如下：
1）对负560十二层左机轨巷T7-5点前47.4米开始前方是否存在岩墙及具体位置进行探测；
2）对负560十二层左机轨巷T7-5点前47.4米前方其他地质构造发育情况进行探测。
根据以上地质任务，为保证巷道正常施工，确保工作面安全、高效回采，采用震波超前（MSP）探测技术及震波单点探测技术进行探测。
2 矿井震波技术原理简介
矿井震波是井下地震波勘探和声波检测中的纵波、横波、面波、槽波的统称。矿井震波探测技术是在对矿井震波运动学和动力学特征理论研究基础上，通过对数字建模，反演算法，图像处理，地质解析等专项技术的开发，以及井下观测系统，数据采集，探采对比的应用研究所形成的。该技术是通过利用所采集的探测区内震波信号处理后，对所有波场信息进行综合判定，从而达到高分辨的探测结果。
本次采用的方法一个是基于KDZ1114-6A30矿井地质探测仪的反射波法中的震波单点法，一个是基于KDZ1114-6B30矿井巷道地质探测仪的矿井震波超前探测(MSP-Mine Seismic Prediction)法。
2.1 震波单点法
震波单点法探测是利用地震波在波阻抗不同的介质界面会产生反射波的原理来探测介质的速度和厚度的。其采用单个检波器来接收单次锤击所反射回来的声波，并对此数据进行解析得到相应的结果，因此称之为单点探测，见示意图2-1。单点探测要求检波器和震源尽量的靠近，但不要接触震源。单点探测技术是源于反射地震波勘探中的自激自收方式，即反射波中偏移距为零的垂直反射形式。它是通过接收岩、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的。由反射波时距曲线方程：4h2+x2=v2t2，令x=0 ，则h=vt/2 。公式中时间t可由波形记录上判读，波速须是一已知数，其取值准确与否，直接影响到目的层距离或厚度探测的精度。一般来说，在一定的探测区域内，岩、煤层的垂向波速都较稳定，探测时可作波速调查，弄清各层波速分布状况，为探测解单点探测接收的反射波是震源在界面的垂点反射回来的反射波，所以解析的距离总是等于或者小于实际位置。探测目的层与探测方向的夹角大于等于60°，可以满足误
差要求。
图2-1 迎头超前单点探测示意图
2.2 震波超前探测（MSP）技术法基本原理
矿井震波超前探测(MSP-Mine Seismic Prediction)，基于反射地震勘探原理，即利用人工激发的地震波在地层中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，根据反射波特征来分辨掘进空间前方断层、软弱夹层等不良地质体。MSP法是结合巷道的特点，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（或锤击）产生的，爆破点（锤击点）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2-2）。
图2-2 MSP系统构成
图2-3 MSP系统右侧帮同侧后置工作原理图
本次探测采用的两套矿井震波设备分别为福州华虹智能科技股份有限公司生产的KDZ1114-6A30矿井地质探测仪与KDZ1114-6B30矿井巷道地质探测仪，该两套设备在超前探测构造方面具有分辨率高，探测距离远等诸多优点，在国内数家煤矿得到广泛使用，并得到用户的广泛好评。
3 现场施工
3.1 现场观测系统布置
本次在对新安煤矿负560十二层左机轨巷前方构造探测时，均分别采用单点探测与MSP超前探测的综合探测方法，施工布置及设备参数相同。
单点反射法在迎头布置2个探测物理点，每个测点分别采用24DB、36DB、48DB三组通道增益，每组增益采集5组数据，施工布置图见图3-1；MSP震波超前探测法在巷道左帮布置，采用双检波器后置、锤击震源方式，在左帮布置18个激发点，激发点间距1米，最小源检距1.5米，道间距1.5米，施工布置图见3-2。
图3-1 单点反射法施工布置图
图3-2 MSP法施工布置图
3.2 数据质量评价
震波法探测需要在现场布置检波器及震源，现场在探测过程中基本无大的声波噪声干扰，现场条件符合震波探测施工，采集数据可靠。具体现场条件如下：
（1）现场两帮为锚喷支护，对信号的激发与接收有一定影响；
（2）负560十二层左机轨巷探测现场无大的声波噪声干扰；
（3）负560十二层左机轨巷断面大于3×3m；
（4）有足够空间进行锤击。
4 成果与解析
本次成果解析采用福州华虹自行研制开发的KDZ1114-6A30矿井地质探测仪与KDZ1114-6B30矿井巷道地质探测仪配套专用软件，并将探测成果与矿方地质推断进行有机对比结合，从而对分析出探测成果与地质推断的异同，并作出推断性结论。
4.1切眼位置探测成果分析
探测当天切眼迎头位置，煤质较硬，故采用震波速度为1.6km/s对单点发射数据与MSP数据进行分析，结果图见图4-1与图4-2（矿方地质推断结论，在距拉门点126米遇见第一条岩墙，197米遇到第二条岩墙。）。
4.1.1 单点反射法
由6A单点探测结果表明：负560十二层左机轨巷2014年05月15日迎头（T7-5点前47.4米）前方100米范围内共存在2处异常区，分别为R1、R2，其中R1在探测位置前方11-14m左右，推断为岩墙；R2在迎头前方82-88m之间，推断为岩墙构造所致；此外迎头前方再无其他构造。详情见下图4-1：
图4-1 单点探测综合成果图4.1.2 MSP超前探测法
由MSP探测结果表明：负560十二层左机轨巷2014年05月15日迎头（T7-5点前47.4米）前方100米范围内共存在2处异常区，分别为R1、R2，其中R1在探测位置前方10-15m左右，推断为一道岩墙；R2在迎头前方84-90m之间，推断为岩墙构造所致；此外迎头前方再无其他构造。详情见下图4-2：
图4-2 MSP超前探测综合成果图
图4-3 MSP超前探测二维成果图
图4-4 MSP超前探测三维成果图4.1.3 综合结论
通过单点反射法与MSP超前探测法综合分析得出以下结论：
1）R1：迎头前方10-15米，推断为一道岩墙所致；
2）R2：迎头前方82-90米，推断为岩墙侵入导致；
3）迎头前方，除了R1、R2外100米范围内再无其他构造。
图4-5 物探探测异常位置与地质推断异常位置对比图5 建议
（1）针对本次探查的异常区，建议矿方采取钻探等手段进行验证，同时做好过地质构造异常区的防治水、安全支护等工作，完善排水系统；
（2）矿方将钻探验证的结果及巷道掘进过程中进行详细记录，并及时反馈给我公司，及时进行动态解释，通过实际探钻对比，进一步提高资料解释的精度；
（3）本报告未尽事宜，请参照《煤矿安全生产规程》等相关制度确保矿方安全生产。
6 验证情况
新安煤矿负560十二层左机轨巷已于2014年7月15日掘进完成，矿方反应此次探测结论与实际揭露情况极为相符，故收集了实际揭露资料，并得出以下验证结论：
前掘过程中，在负560十二层左机轨巷迎头（T7-5点前47.4米）前方10.3m处遇到第一道岩墙，宽度2.7m，前方85米处遇到第二道岩墙，宽度2.4m，且100米范围内除了以上两处构造，再无其他构造。
图6-1 负560十二层左机轨巷探测结果与验证结果对比图
作者简介：
白永利，男，中国矿业大学资源与地球科学学院地球物理学专业，福州华虹东北办事处物探技术员。
