新技術(shù)在煤礦地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)中的應(yīng)用分析

崔云飛

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)大西煤礦,山西 晉城 048100）

隨著煤礦不斷開拓延伸，礦井地質(zhì)條件日益復(fù)雜，地質(zhì)構(gòu)造成為了影響采掘施工的重要因素之一。煤礦傳統(tǒng)上主要采用三維地震探測(cè)、坑透技術(shù)等技術(shù)手段對(duì)采掘區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行探測(cè)，但是傳統(tǒng)地質(zhì)探測(cè)技術(shù)手段局限性大、精度低，無(wú)法保證采掘工作面施工安全。所以，本文以大西煤礦3018運(yùn)輸順槽掘進(jìn)為例，在巷道掘進(jìn)期間采用了槽波反射法進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)，該技術(shù)可探測(cè)范圍達(dá)煤層厚度的300倍以上，可對(duì)復(fù)雜條件開采區(qū)域的斷層、褶皺、陷落柱等進(jìn)行精準(zhǔn)探測(cè)。

1 3018運(yùn)輸槽概述

3018運(yùn)輸順槽北部為實(shí)體煤，南部為實(shí)體煤，西部為礦界，東部為軌道大巷。巷道坡度2°～7°，該巷道有工作面運(yùn)料、進(jìn)風(fēng)、行人等作用，施工中應(yīng)加強(qiáng)頂幫支護(hù)管理及瓦斯管理。3018運(yùn)輸順槽設(shè)計(jì)掘進(jìn)長(zhǎng)度889 m，含風(fēng)橋、繞道、聯(lián)絡(luò)巷等附屬工程，屬于回采巷道。

3018運(yùn)輸順槽掘進(jìn)煤層為3#層，煤層傾角約為3°～7°，傾角3°，工作面所掘3號(hào)煤層位于山西組中下部，煤層厚度為2.6～3.2 m，平均為2.8 m，穩(wěn)定可采。根據(jù)礦地測(cè)科提供資料顯示，巷道掘進(jìn)過程中在300 m、700 m處分別存在一條斷層F2、F3，斷層平均落差為1.7 m，平均傾角為55°，為了準(zhǔn)確判斷斷層位置及斷層參數(shù)，保證巷道安全快速掘進(jìn)，決定采用槽波反射法進(jìn)行探測(cè)。

2 槽波反射法原理

槽波反射法主要是在井下巷道中安裝一套槽波發(fā)射裝置及一套接收裝置來(lái)對(duì)巷道進(jìn)行全方位探測(cè)。該方法在井下巷道的探測(cè)方面具有較廣的使用空間。當(dāng)井下掘進(jìn)巷道由于斷層帶多、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜等原因，如造成某些區(qū)域無(wú)法探測(cè)，勘探人員使用傳統(tǒng)的槽波透射法無(wú)法對(duì)井下巷道全方位探測(cè)的情況時(shí)，就可以采用槽波反射法對(duì)井下巷道進(jìn)行勘探。這是因?yàn)椴鄄òl(fā)射裝置及接收裝置體積較小，不受巷道布置限制，施工人員很容易在同一巷道內(nèi)安裝設(shè)備。此外，由于井下掘進(jìn)巷道的頂板及底板巖層均具有較好的導(dǎo)波性，槽波探測(cè)在巖層中能夠更好的發(fā)揮效果。槽波反射法探測(cè)還有抗干擾強(qiáng)、精確度高、波形識(shí)別率高、能量強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際使用中，不會(huì)由于巷道周圍鐵磁性物質(zhì)影響而造成探測(cè)結(jié)果有誤。該法施工平面示意圖如圖1所示。

圖1 槽波反射法施工平面示意圖

3 槽波反射法應(yīng)用分析

3.1 探測(cè)裝備

3018運(yùn)輸順槽主要采用YKZ5型地震儀進(jìn)行槽波反射探測(cè)。地震儀具有對(duì)槽波進(jìn)行無(wú)線遙測(cè)、集中回收及分布式采集的功能，采用MEMS傳感技術(shù)對(duì)微弱槽波數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、探測(cè)，同時(shí)還能夠?qū)Σ杉男盘?hào)進(jìn)行儲(chǔ)存及分析處理。該地震儀使用64位嵌入技術(shù)及A/D轉(zhuǎn)換功能，具有穩(wěn)定向強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

3.2 測(cè)點(diǎn)布置

1）由于3017工作面正處于回采階段，3017回風(fēng)順槽與3018運(yùn)輸順槽之間設(shè)計(jì)預(yù)留保安煤柱寬度為25 m，3017回風(fēng)順槽規(guī)格為寬×高=4.5 m×3.0 m，巷道頂板及圍巖主要采用錨桿（索）聯(lián)合支護(hù)，圍巖穩(wěn)定性好，所以決定在3017回風(fēng)順槽布置槽波反射探測(cè)點(diǎn)，對(duì)3018運(yùn)輸順槽掘進(jìn)區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)探測(cè)。

2）3017回風(fēng)順槽內(nèi)每相鄰20 m布設(shè)一個(gè)槽波激發(fā)點(diǎn)，同時(shí)要保證所有的激發(fā)點(diǎn)要均勻的安裝在煤層的中部位置，共計(jì)布置25個(gè)，這樣能夠確保槽波的激發(fā)質(zhì)量。炮孔的鉆孔深度為2.8 m，采用瞬發(fā)電雷管進(jìn)行激發(fā)，鉆孔黃泥進(jìn)行封孔，激發(fā)點(diǎn)從里到外依次編號(hào)為S1～S20。測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示。

圖2 3017回風(fēng)順槽槽波反射測(cè)點(diǎn)布置平面示意圖

3）3017回風(fēng)順槽每10 m布置一個(gè)槽波接收點(diǎn),共計(jì)50個(gè)，且所有的接受裝置均勻的安裝在煤層的中部位置，這樣能夠確保槽波的接受信號(hào)，接受點(diǎn)從里到外也要依次編號(hào)為G1～G50。

3.3 探測(cè)施工

1）3017回風(fēng)順槽槽波激發(fā)、接收、采集作業(yè)共進(jìn)行了3個(gè)小時(shí)，觀察采集到的槽波數(shù)據(jù)均符合標(biāo)準(zhǔn)。技術(shù)人員對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在炮點(diǎn)G18～G44范圍內(nèi)反射的槽波存在明顯異常，與3017回風(fēng)順槽水平距為45 m，且成線狀布置。根據(jù)反射槽波速度以及槽波分布形態(tài)可以推斷，在該區(qū)域內(nèi)存在一條正斷層，斷層落差在2.0 m左右，延伸長(zhǎng)度達(dá)24 m，但是在700～800 m處未探測(cè)到異常區(qū)。

2）為進(jìn)一步驗(yàn)證槽波反射法探測(cè)結(jié)果，決定在3017回風(fēng)順槽300～500 m段向3018運(yùn)輸順槽施工探測(cè)孔，孔深為100 m，鉆孔間距為10 m。根據(jù)鉆探結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域存在一個(gè)延伸距離為15 m、落差為1.8 m的正斷層，且該處的巖層破碎比較嚴(yán)重，施工人員在掘進(jìn)至該處時(shí)需提前采取支護(hù)措施，避免破碎斷層帶對(duì)掘進(jìn)工作產(chǎn)生影響。

4 結(jié)論

大西煤礦采用槽波反射法對(duì)3018運(yùn)輸順槽進(jìn)行探測(cè)，通過實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，取得了顯著應(yīng)用成效：

1）相比傳統(tǒng)三維地震、坑透等技術(shù)手段，槽波反射法具有探測(cè)精度高、便于操作、測(cè)距遠(yuǎn)以及測(cè)點(diǎn)布置方便等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于井下復(fù)雜地質(zhì)條件的采掘工作面中，而且還可用于隧道、石油化工等領(lǐng)域中，適用性強(qiáng)，具有較高應(yīng)用價(jià)值。

2）采用槽波反射法明確了3018運(yùn)輸順槽在325 m處存在一條正斷層，斷層落差為1.8 m，傾角為52°，并通過井下鉆探驗(yàn)證與槽波反射法探測(cè)結(jié)果相符，為后期巷道掘進(jìn)過斷層前進(jìn)行超前鉆探、掘進(jìn)工藝調(diào)整、支護(hù)強(qiáng)化提供了有力的依據(jù)，有效保證了巷道安全快速掘進(jìn)。