槽波地震勘探技术在 2821 西综采工作面地质超前探查中的应用 于淼 开滦(集团)有限责任公司钱家营矿业分公司 摘 要： 槽波地震勘探具有探测距离大、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, 在钱家营矿的应用过程中, 取的了丰富的地质成果。阐述了槽波地震勘探方法的基本原理、工作方法和资料解释, 并以实例说明槽波地震勘探方法在矿井超前勘探方面的应用成果, 对于工作面内部构造、煤层赋存规律有了更加精细准确的掌握, 提高对地质构造和煤岩层赋存的控制程度, 进一步提高了矿井地质工作水平, 为工作面安全高效生产提供地质保障。关键词： 槽波地震勘探; 矿井超前勘探; 地质构造; 预测预报; 作者简介：于淼 (1986) , 男, 山东省威海市人, 工程师, 从事矿山水文地质工作。E-mail:934533526qq.com Tel:0315-3064944收稿日期：2017-8-11Received： 2017-8-112821 西工作面位于井田西翼二水平八采区, 东部穿过八采回风山及八采回风山改造巷, 同煤层倾斜上方、倾斜下方暂未设计工程, 南部为 89m 冲积层防水煤柱。工作面走向长 1 230m, 倾向长 184.7 m。2821 西工作面煤层厚度 0.35.8 m 之间变化, 平均 3.4 m, 厚度变化较大。风道侧切眼向外 169249m 范围内煤厚小于 2.0m。工作面中部有 9DF22H=7.055、DF22 H=5.072三维地震正断层。其中 9DF22 断层走向与煤层走向一致, 且延展长度较大, 对工作面回采造成较大影响。1 槽波探测方法的依据为了查明断距大于 1/2 煤厚的断层位置、走向、延展长度及工作面内薄煤区赋存发展情况, 选择精度高、探测范围大的矿井弹性波透视探测方法 (即槽波地震勘探方法) 对 2821 西工作面进行了槽波地震勘探。2821 西采掘工程 2821 西采掘工程平面如图 1 所示。2821 西工作面平均煤厚 3.4 m, 煤层赋存较稳定, 煤层与围岩的物性 (密度、速度) 差异较大, 故煤层与围岩的波阻抗差异明显。煤层与围岩间的界面, 呈现为良好的地震波反射面, 有利于槽波在煤层中的传播, 且工作面宽度在槽波可传播的最大距离之内, 这也保证了槽波能量不易衰减。巷道揭露煤层起伏不大, 煤层仅受小褶曲几个小断层影响, 同时巷道在煤层中布置, 在一定程度上有利于槽波的激发和接受炮点。图 1 2 8 2 1 西采掘工程平面图 (局部) 下载原图2 施工布置及数据处理2.1 探测范围本次探测范围为 2821 西工作面风道、运道和切眼, 探测巷道总长度为 800m (切眼向外 800m 范围) , 探测区域面积 800m180 m。2.2 工程布置为更精确查明工作面内隐伏的地质异常体, 在充分研究 2821 西工作面相关地质资料的基础上, 结合 Geo Coal 槽波地震数据处理系统, 经过正演模拟及计算机测试, 最终确定采用全排列采集方案, 这样能够最大限度地接受有效数据, 从而提高成像精度。1) 检波点布置:风道、运道及切眼均采用 10m 接受道距, 共设计检波点 198 个。2) 炮点布置:风道采用 20 m 炮间距, 运道及切眼采用 30m 炮间距, 共激发物理点 82 个。2821 西工作面测点布置见表 1。表 1 2 8 2 1 西工作面测点布置一览表 下载原表 2.3 数据处理及解释利用 Geo Coal 槽波地震数据处理系统对 2821 西工作面、槽波数据进行数学分析和计算, 提高原始槽波数据的信噪比, 并从中提取丰富和直观的图像以及数据信息, 提高对异常体和空间定位的识别。采用人工解释与工作站解释相结合的人机联作方法, 由粗到细逐步解释资料中的多种反映, 根据透射槽波、反射槽波、槽波速度 CT 成像等方法综合圈定异常区范围, 结合工作面的相关地质资料, 采用物探、地质解释等方法联合对地质异常体进行合理推断, 进而准确成功圈定异常区位置及范围。3 实际应用及效果分析3.1 探测结果依据 2821 西工作面槽波地震勘探成果, 结合巷道揭露煤层素描写实, 通过综合分析, 对本次工作面探测的综合地质结果为:工作面内解释落差大于 1/2 煤厚断层 14 条, 其中修正巷道揭露断层 11 条, 新解释断层 1 条, 否定断层 2 条;对工作面内的薄煤带范围进行预测, 解释了 2 个煤层变薄带;工作面未发现其它地质异常。槽波综合解释结果如图 2 所示。图 2 槽波综合解释结果图 下载原图(1) 工作面内修正断层 11 条, 分别为:风道 4 条, f49 正断层落差 02m, 距离风道 F21 点向切眼约 17m, 工作面内延伸长度约 50m;f52 正断层落差 01.5m, 距离风道 F18 点向切眼约 10m, 工作面内延伸长度约 100m;f53 正断层落差02.5 m, 位于风道 F17 点, 工作面内延伸长度约 120m;f66 正断层落差 02m, 距离风道 F11 点向切眼约 15m, 工作面内延伸长度约 65m。运道 7 条, f37 正断层落差 01.5 m, 距离运道 Y23 点向开口约 20 m, 工作面内延伸长度约60m;f36 正断层落差 02m, 距离运道 Y21 点向切眼约 15 m, 工作面内延伸长度约 60 m;f35 正断层落差 02m, 距离运道 Y20 点向切眼约 25 m, 工作面内延伸长度约 65 m;f27 正断层落差 02m, 距离运道 Y17 点向切眼约 20 m, 工作面内延伸长度约 65 m;f25 正断层落差 02.5m, 距离运道 Y13 点向切眼约 20m, 工作面内延伸长度约 70m;f23 正断层落差 02m, 距离运道 Y12 点向切眼约 20m, 工作面内延伸长度约 65m;f22 正断层落差 02.5m, 距离运道 Y11 点向切眼约 20m, 工作面内延伸长度约 95m。(2) 新解释断层 1 条, 分别为 cf1 正断层, 落差 01.5m, 工作面内延伸长度约100 m。(3) 9DF22 (H=7m) 及 DF22 (H=5 m) 断层均为三维地震勘探解释断层, 在工作面巷道掘进阶段未揭露, 其在透射槽波各属性层析成像中均无明显反映, 通过槽波单炮分析及槽波地震勘探综合解释否定了这两条断层的存在。(4) 整个勘探区内绝大多数煤层厚度 4 m 左右, 通过对槽波透射单炮记录分析对比, 槽波能量异常边界范围和槽波速度成像结果比较吻合, 因此可确定薄煤带位于风道, 距切眼 200m 和 760m 处。靠近切眼侧变薄区煤层最薄约为 0.3m, 靠近大巷侧揭露煤厚最薄约为 3.0m。在此基础上, 结合槽波速度成像结果与巷道揭露煤厚情况便可以对煤厚变化进行预测, 绘制煤层变薄区的边界及对工作面回采影响较大的煤层厚度2m 的边界线。3.2 实际验证情况结合巷道揭露及回采期间现场收集的资料, 对该 2821 西工作面槽波成果进行验证:2821 西工作面薄煤区赋存情况及发展趋势准确, 最大平面摆动误差20m, 否定了对工作面回采有较大影响的三维地震断层 9DF22 (H=7m) 及 DF22 (H=5m) , 两三维地震断层不存在与探测成果相符;修正断层、新解释断层共计 12 条, 与回采实际揭露基本相符, 最大平面摆动误差10 m, 如图 3 所示。图 3 2 8 2 1 西探采对比图 下载原图注:红色为回采期间实见断层, 蓝色为槽波修正断层及新解释断层4 结语利用槽波能量成像、反射槽波成像技术分析处理槽波数据, 结合巷道揭露煤层素描写实, 对工作面构造情况进行了解释, 精确探查了各种地质异常, 对于工作面内部构造、煤层赋存规律有了更加精细准确的掌握, 为矿井超前勘探、地质预测预报提供安全可靠的地质资料。随着煤矿安全生产对工作面内部探查精度要求的不断提高, 井下槽波探测技术将成为井下物探关键技术, 对煤矿安全高产高效生产、衔接、发展具有重大的现实意义和深远的社会意义。参考文献1史勇, 孙学国, 任志豪.槽波地震勘探技术的实践与应用J.山东煤炭科技, 2014 (1) . 2申青青, 杨参参, 王康, 等.射透法槽波地震勘探技术在工作面探测中的应用研究J.中州煤炭, 2015 (7) . 3赵朋朋.槽波透射与反射联合勘探在小构造探测中的应用J.煤炭工程, 2017 (05) . 4李刚.煤矿井下反射槽波成像方法研究及其应用J.煤炭工程, 2016 (12) . 5廉洁, 李松营, 王伟, 等.槽波地震勘探技术在义马矿区的应用J.煤炭科学技术, 2015 (12) .