透射槽波探测技术在福城矿业中应用

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摘要:工作面内断层发育不仅严重影响了煤炭资源的高效回采，而且给煤矿安全生产带来了潜在威胁。本文在介绍槽波探测技术理论的基础上，采用射线模拟方法对槽波探测工作面内部的射线密度进行了研究，证明了透射槽波探测构造发育情况的可行性。最后采用透射槽波对1905N工作面进行了探测，查明了工作面断层发育情况。透射槽波探测技术能够有效探查工作面内部的断层发育，为矿井安全开采提供有效技术支撑。

关键词:透射槽波;断层;射线模拟

随着我国煤炭工业的不断进步，井下回采工作面规模越来越大，地质条件也越来越复杂，要实现高效生产，就需要在采前对工作面的地质条件进行精准探测。针对工作面内小断层、陷落柱、煤层变薄区和采空区等地质构造，槽波探测技术具有探测距离大、精度高、探测效果直观的特点，是目前最有效的构造探测手段。

1概括

内蒙古福城矿业有限公司位于宁夏回族自治区银川市东南，井田位于鄂尔多斯地台西缘贺兰山褶皱带中段东侧的新上海庙矿区，含煤地层为本区含煤地层为石炭～二叠系，共含煤12层，可采煤层主要为石炭系太原组上部的9#煤，全区发育良好。9#煤层分为上、下两个分层。其中9上煤层平均厚度1．35m，9#煤层平均厚度3．58m，9上煤与9#煤分层界限为砂岩，厚0．05～0．27m。煤层顶底板岩性以泥岩和灰岩为主，粉砂岩次之，砂质泥岩零星分布。1905N工作面走向长1760m，倾斜长172．5m。煤层总体厚度4．24m，煤层倾角平均26°。掘进期间探测区域内揭露小断层较多，其中落差最大的一条断层揭露于XXX，断层断距2．8m，走向NE，倾向NW，倾角20°～25°。受该断层影响，巷道揭露全岩长度较长，且该断层有可能向回风延展，贯穿工作，将对回采造成较大影响。为了指导工作面下一步的改造，实现正常回采，需对断层的产状、影响范围及其他可能存在的地质异常体进行探测。

2槽波探测方法及类型划分

槽波探测是利用在煤层中激发和传播的导波探查煤层不连续性的一种地球物理方法，是地震勘探的一个分支［1］。槽波探测可以探查小断层、陷落柱、煤层分叉与变薄带、采空区及废弃巷道等地质异常，具有探测距离大、精度高、抗干扰能力强、波形特征易于识别、最终成果直观的优点，尤其在探测精度和距离上优于其他煤矿井下勘探方法，是目前最有效的探测方法之一［2］。槽波探测主要有透射法(图1)和反射法(图2)。槽波透射探测方法是在工作面巷道两侧同时布置检波器和爆破点，一次激发，两侧巷道同时接收地震数据，根据槽波信号的能量衰减情况，探测工作面内的构造分布范围。槽波反射法是在单条巷道的同一侧布置炮点和检波器，探测巷道侧帮200m范围内的地质构造。

3槽波探测技术的实际应用

3．1槽波探测过程

本次槽波探测在1905N工作面回风巷和运输巷采煤帮布置检波点和炮点，采用20m的炮距和10m的道距，回风巷布置检波点150个，炮点75个，回风巷布置检波点150个，炮点75个，共布置检波点300个，炮点150个，测线长度共计3000m。槽波探测过程采用YTZ－3无缆式遥测地震仪，每台仪器配备长30m测线1条，检波器3道。投入YTZ－3地震仪110台，检波器310道，检波器采用SN4．60Hz纵波检波器。每个炮眼深度2．5m，装药200g，施工前后历时2d(布置炮眼1d，井下探测1d)。采集了质量较高的透射槽波数据，透视射线密度高，并覆盖了整个探测区域。

3．2槽波探测结果

井下采集结束后，原始数据经过数据提取、观测系统配置等一系列预处理过程后形成单炮记录，选取s80炮进行数据分析(图3)，图中有三组波，即纵波、横波和槽波。槽波振幅能量对构造反映明显。槽波振幅能量强的区域表示煤层正常，无构造发育，槽波振幅能量衰减或者缺失区域表示煤层中构造发育。对槽波数据进行频散分析(图4)后得出，该区4m煤层厚度槽波埃里相的主频为100～200Hz，速度为1000m/s［3］。对全部数据按照槽波主频100～200Hz滤波后，进行槽波CT成像。利用每条射线上槽波振幅能量衰减值不同，采用ART算法，反演出工作面煤层中物性差异情况。如图5所示，图5为1905N工作面槽波地震勘探能量衰减CT成像图。图中蓝色区域代表槽波能量正常穿透区，该区域槽波能量相对较强，表明工作面内部煤层正常;红黄色区域代表槽波能量低，穿透区或未能穿透，该区域槽波能量相对较弱，表明工作面内部可能有较大的构造存在。结合该区的相关地质背景分析，在1905N工作面内解释了贯穿工作面的F2断层。后经回采验证，槽波解释断层与回采揭露断层位置一致［4］。

4结论

4．1煤矿井下透射槽波探测技术可以有效探测工作

面内部的断层发育情况，其探测成果能够为煤矿工作面安全回采提供有利的地质保障。

4．2透射槽波

CT成像技术能够对工作面内部的断层发育情况实现较为准确的成像，其成像结果对煤层变化区域反映较好，该方法具有良好的市场推广前景。

参考文献:

［1］胡国泽，滕吉文，皮娇龙，等．井下槽波地震勘探———预防煤矿灾害的一种地球物理方法［J］．地球物理学进展，2013，28(01):439－451．

［2］程建远，李淅龙，张广忠，等．煤矿井下地震勘探技术应用现状与发展展望［J］．勘探地球物理进展，2009，32(02):96－100+111+79．

［3］刘天放，潘冬明，李德春，等．槽波地震勘探［M］．徐州:中国矿业大学出版社，1994．

［4］姬广忠，程建远，胡继武，等．槽波衰减系数成像方法及其应用［J］．煤炭学报，2014，39(S2):471－475．

作者:王勇 韩文冲 刘硕 苏晓云 单位:内蒙古福城矿业有限公司 中煤科工集团西安院有限公司