綜合探測技術(shù)在煤礦斷層探測中的應(yīng)用研究

曹桂芳

（大同煤礦集團(tuán)有限公司煤峪口礦，山西 大同 037041）

1 礦井概況

煤峪口礦410 盤區(qū)面積約5 km2，有11#、12#可采煤層。其中，81022 工作面煤層的平均傾角為2°，平均煤層厚度為8.1 m，工作面的整體走向長度為146.2 m，煤層開采長度為730 m，可采儲(chǔ)量約82.6 萬t，煤硬度為2.6。11#、12#煤層81022 工作面在掘進(jìn)期間頂板裂隙發(fā)育，揭露落差在0.1～4.0 m之間的斷層約27 條。其中，落差在1.0 m 以上的斷層約10 條，影響范圍高達(dá)350 m。為此研究使用綜合探測技術(shù)[1]，對工作面的構(gòu)造發(fā)育特征進(jìn)行探測。

2 槽波地震探測技術(shù)

2.1 槽波地震探測

槽波地震探測技術(shù)是使用煤層作為波導(dǎo)，沿著煤槽的方向進(jìn)行傳輸，其形成示意圖如圖1[2]。當(dāng)震源發(fā)生震動(dòng)，激發(fā)出的槽波沿著煤層的方向傳輸，在遇到斷層界面后，會(huì)自動(dòng)改變槽波的傳輸方向，經(jīng)煤層反射后得到反射槽波信號。同一煤側(cè)幫的檢波器會(huì)接收反射后的槽波信號，通過分析和處理反射槽波信號，采用共中心點(diǎn)疊加的方式來判斷斷層的位置。

圖1 槽波形成示意圖

2.2 觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在81022 工作面皮帶巷的內(nèi)幫設(shè)計(jì)透射觀測控制系統(tǒng)，在軌道巷的外幫設(shè)計(jì)反射觀測控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對工作面斷層構(gòu)造的綜合探測。透射法是在皮帶巷的內(nèi)幫布設(shè)炮孔，共施工38 個(gè)炮孔，每個(gè)炮孔之間留有10 m 的孔距，使用礦用炸藥和1 段雷管放炮作為震源，在軌道巷內(nèi)幫布設(shè)檢波器孔，共施工30 個(gè)檢波器孔，每個(gè)檢波器孔之間留15 m的孔距，槽波接收信號是通過雙分量型檢波器來接收。反射法是在軌道巷的外幫布設(shè)檢波器孔，共施工14 個(gè)檢波器孔，每個(gè)檢波器孔之間留有15 m 的孔距，在皮帶巷的外幫布設(shè)炮孔，共施工14 個(gè)炮孔，每個(gè)炮孔之間留有15 m 的孔距，其中炮孔和檢波器孔相互交錯(cuò)布置。

2.3 槽波地震探測解釋

對采集到的槽波數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，提取出350～550 Hz 的高頻槽波埃里震相，經(jīng)波速分析，選擇校正速度為1100 m/s 時(shí)是最佳的，通過包絡(luò)、共中心點(diǎn)疊加，得到反射疊加剖面，進(jìn)而判斷斷層的發(fā)育位置。槽波地震探測成果解釋圖如圖2 所示。

圖2 槽波地震探測成果解釋圖

根據(jù)槽波地震探測結(jié)果，在反射槽波探測范圍內(nèi)，探測長度270 m，反射槽波存在兩個(gè)明顯異常區(qū)，根據(jù)反射槽波速度和槽波分布形態(tài)，推斷YC-1 異常區(qū)為陷落柱，YC-2 異常區(qū)為煤層破碎區(qū)，存在一個(gè)落差在1.0～2.0 m 的正斷層，斷層延伸距離為250 m。

3 電磁波坑道透視探測技術(shù)

為了驗(yàn)證槽波探測結(jié)果的準(zhǔn)確性，采用電磁波坑道透視探測技術(shù)進(jìn)行探測，具體方法如下：

3.1 探測方法

采用定點(diǎn)法和同步法相結(jié)合的探測方法[3-4]。定點(diǎn)法是在皮帶巷和軌道巷共布置15 個(gè)坑道發(fā)射點(diǎn)；同步法是在軌道巷進(jìn)行發(fā)射，皮帶巷進(jìn)行接收，將正常煤層段的坑道透視參數(shù)輸入到電磁波坑透資料采集處理和自動(dòng)成像地圖處理系統(tǒng)中。其中，最大初始場強(qiáng)H0=144 dB，煤層吸收系數(shù)β=0.52 dB/m，得到測量的綜合曲線圖。

3.2 測點(diǎn)布置

首先對工作面進(jìn)行全面檢查并布置觀測點(diǎn)，發(fā)射點(diǎn)之間留40～70 m 的間距，接收點(diǎn)之間留10 m的間距，接收點(diǎn)的個(gè)數(shù)各不相同，一般可觀測20個(gè)點(diǎn)左右。如果發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，再布置多個(gè)觀測點(diǎn)，同步測量的觀測點(diǎn)之間留有10 m 的間距。

3.3 探測解釋

綜合分析資料，在皮帶巷與軌道巷之間揭露的火成巖，其巖體連接形成兩個(gè)沒有分叉的巖墻。在一個(gè)巖墻的左邊，存在8～22 dB 的負(fù)值走向異常體，長度約為260 m，推斷為落差1.2 m 的斷層或煤層變薄帶?？拥捞綔y成果解釋如圖3。

圖3 坑道探測成果解釋圖

根據(jù)電磁波坑道探測結(jié)果，工作面內(nèi)有不分叉的巖墻，一個(gè)巖墻的左邊是一條落差為0.8 m 的斷層，煤層走向有些許偏差，回采結(jié)果驗(yàn)證圖如圖4，與槽波探測圈定的異常區(qū)基本吻合，較為準(zhǔn)確地查清了工作面內(nèi)的斷層構(gòu)造情況，有效地指導(dǎo)了煤礦生產(chǎn)。

圖4 回采結(jié)果驗(yàn)證圖

4 定向鉆進(jìn)探測技術(shù)

在回采定向鉆探過程中，對異常區(qū)進(jìn)行鉆孔驗(yàn)證。在層面與鉆孔實(shí)鉆發(fā)生巖性突變點(diǎn)A 點(diǎn)的空間剖面位置上、下兩側(cè)，施工分支鉆孔，鉆孔參數(shù)如表1 所示，得到另外2 個(gè)突變點(diǎn)A1 點(diǎn)、A2 點(diǎn)。根據(jù)煤層厚度情況，一般控制3 個(gè)點(diǎn)間距小于4.0 m，每個(gè)鉆孔向上調(diào)整軌跡鉆進(jìn)，根據(jù)鉆孔的軌跡及周圍巖屑的變化情況，由B-B1-B2 的3 點(diǎn)連線，以及C-C1-C2 的3 點(diǎn)連線，準(zhǔn)確判定對盤標(biāo)志層的底板和頂板位置，經(jīng)反算計(jì)算后，可由A-A1- A2 的3點(diǎn)連線，確定斷層面的位置及斷距等參數(shù)。識(shí)別斷層示意圖如圖5 所示。

定向鉆進(jìn)探測總進(jìn)尺1233 m，在鉆進(jìn)至268 m時(shí)，工作面煤層存在1.0 m 左右的斷層，探測結(jié)果與實(shí)際基本吻合，說明使用綜合性的探測技術(shù)，能探測工作面內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造問題。

表1 鉆孔參數(shù)

圖5 識(shí)別斷層示意圖

5 結(jié)論

（1）使用槽波地震探測技術(shù)，根據(jù)巷道揭露以及井下資料的綜合分析，探測81022 工作面斷層構(gòu)造，將探測結(jié)果與電磁波坑道透視探測結(jié)果進(jìn)行對比，并進(jìn)行定向鉆探驗(yàn)證。

（2）煤礦工作面綜合探測結(jié)果較為理想，81022 工作面內(nèi)有不分叉的巖墻，一個(gè)巖墻的左邊是一條落差為0.8 m 的斷層。綜合探測技術(shù)可有效地探測各種地質(zhì)斷層構(gòu)造及異常體，為安全作業(yè)生產(chǎn)提供了可靠保障，避免了無計(jì)劃性地揭露地質(zhì)構(gòu)造帶來的安全問題，創(chuàng)造了不可估量的經(jīng)濟(jì)收入和安全效益。