干河礦2-118工作面構(gòu)造區(qū)域槽波勘探技術(shù)研究與應(yīng)用

韓 躍

（山西霍寶干河煤礦有限公司，山西 洪洞 041600）

1 工程概況

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霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司干河煤業(yè)2-118工作面主采2號煤層，煤層厚度為3.23～4.21 m，平均厚度為3.72 m，平均傾角為8°，屬于煤層穩(wěn)定性煤層，煤層頂板巖層為中粒砂巖和K8細(xì)粒砂巖，底板巖層為粉砂巖和細(xì)粒砂巖，根據(jù)巷道揭露情況，2-118工作面內(nèi)的主要有斷距大致在2～4 m的小斷層6條，直徑大于10 m的陷落柱1個，但現(xiàn)有工作面內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造情況資料僅依據(jù)巷道揭露時獲取，現(xiàn)為充分掌握工作面區(qū)域內(nèi)構(gòu)造區(qū)域的范圍及具體位置，采用槽波勘探技術(shù)進(jìn)行工作面區(qū)域內(nèi)的勘察探測。

2 槽波勘探技術(shù)實施

2.1 設(shè)計實施原則

槽波勘探技術(shù)中主要的技術(shù)參數(shù)均在觀測系統(tǒng)中進(jìn)行設(shè)置，觀測系統(tǒng)是指地震波激發(fā)點與接收點之間的相互幾何位置關(guān)系，其主要參數(shù)有道間距、炮間距和最小炮檢距等。在槽波地震勘探中，由于受開采技術(shù)條件的限制，所探測的地段可能只有1條巷道或若干條巷道，故接收點布置就不可能像地面三維地震勘探一樣布置成面積狀的觀測系統(tǒng)，接收點只能沿巷道呈線狀布置排列[1-2]。對于反射法，激發(fā)點與接收點則布置在同一巷道內(nèi)；對于透射法，激發(fā)點與檢波點布置在不同的巷道內(nèi)。

就一般情況而言，探測區(qū)周圍大多可有幾條巷道。根據(jù)要求探測的詳細(xì)程度，除了選擇最佳觀測方式組合外，還要對每種觀測方法選擇最佳排列參數(shù)，如道間距、炮間距、偏移距和最遠(yuǎn)炮間距。觀測系統(tǒng)參數(shù)的選擇非常重要，主要考慮如下：

1）保證足夠的探測精度，能分辨出計劃探測最小目標(biāo)體。

2）觀測系統(tǒng)設(shè)計的合理與否將直接影響施工效率和探測效果。如道間距或炮間距太密，會造成工作量太大、效率太低；相反，太疏時就有可能漏掉構(gòu)造。

3）觀測系統(tǒng)選擇合理，可有效壓制部分干擾。

2.2 觀測系統(tǒng)設(shè)計

結(jié)合2-118工作面和巷道建設(shè)的實際情況以及地質(zhì)條件，本次槽波勘探選用槽波透射法及反射法相結(jié)合的觀測系統(tǒng)，具體設(shè)計如下：

1）在2-118工作面輔助運輸巷和皮帶運輸巷布置檢波點，道間距為15 m，共計108個檢波點。

2）第1天的檢波器編號：J1—J30（反射法）、J31—J60（透射法）。

3）第2天的檢波器編號：J1—J30（反射法）、J1—J48（透射法，實際施工布置）。

4）在2-118工作面輔運順槽輔助運輸巷、以及聯(lián)絡(luò)巷布置炮點，炮間距15 m，共設(shè)計69炮：①第1天的炮點編號：P1—P30、聯(lián)絡(luò)6—聯(lián)絡(luò)12；②第2天的炮點編號：P1—P30。

干河礦2-118工作面的550～1 400 m段的透射和反射聯(lián)合勘探任務(wù)，共計2天完成。第1天，勘探完成1 400～958 m段；第2天，勘探完成958～550段。實際工作量材料圖如圖1所示。

圖1 2-118工作面槽波地震勘探實際材料圖

反射槽波地震勘探觀測系統(tǒng)主要參數(shù)（第1天和第2天相同）：①道間距15 m；②炮間距15 m；③總道數(shù)30；④總炮數(shù)30；⑤覆蓋次數(shù)（最大）30。

由于覆蓋次數(shù)不均勻引起的處理問題，在后續(xù)處理中須要提取部分地震數(shù)據(jù)使其整個覆蓋次數(shù)趨于均勻。在實際槽波地震勘探中，共完成62個炮點。

2.3 施工方法與過程

1）施工方法：①檢波點、炮點布設(shè)：以相對坐標(biāo)系原點為起點，15 m一點進(jìn)行標(biāo)記，進(jìn)行檢波點布設(shè)，炮點布設(shè)在2臺檢波器正中間，依次布設(shè)；②測量儀器：德國SummitⅡEx防爆遙測數(shù)字地震儀、北京中礦大地YTC9.6防爆無纜遙測數(shù)字地震儀；③施工方法：透射槽波地震勘探，反射槽波地震勘探[3-4]。

2）施工過程：①檢波點、炮點布設(shè)：根據(jù)施工設(shè)計情況，回風(fēng)巷以相對坐標(biāo)原點為起點，15m一個布設(shè)檢波點，在2臺檢波器之間布設(shè)炮點。皮帶巷以切眼處為起點，每15 m布設(shè)1個檢波點；②測量控制：采集員對工作進(jìn)程進(jìn)行測量控制，依據(jù)德國SummitⅡEx防爆遙測數(shù)字地震儀、大地YTC9.6防爆無纜遙測數(shù)字地震儀的性能特點進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；③施工方法：在回風(fēng)巷內(nèi)，炮點與檢波點在同一巷道內(nèi)，為反射法槽波地震勘探。在皮帶巷內(nèi)無炮點，皮帶巷內(nèi)接受透射槽波地震數(shù)據(jù)。

3 探測資料處理與分析

3.1 透射法資料處理成果及分析

工作面采用槽波透射勘探對工作面950 m范圍區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造情況進(jìn)行探測，通過對探測數(shù)據(jù)的處理得出工作面透射槽波能量CT成像見圖2。

圖2 工作面1 450-1 000 m槽波能量衰減透射法CT成像及解釋圖

分析圖2可知，在槽波能量成像圖中，紅色代表能量衰減較多區(qū)域，黃色次之，藍(lán)色代表槽波衰減少[5-6]?；诒敬蜟T成像的解釋圖可知，探測區(qū)域存在3個異常（其中F-3異?？赡転閿鄬踊蛳萋渲﹨^(qū)域，分別如圖中F-1，F(xiàn)-2，F(xiàn)-3所示，其中F-1與皮帶順槽近平行，距離50～75 m，其中在橫坐標(biāo)為1 450-1 150 m處平行于皮帶順槽，1 150-1 050 m處斷層位置與皮帶順槽楔形向內(nèi)，與皮帶順槽大致70-120 m；F-2斷層起始于聯(lián)絡(luò)巷處，斜向上，其中段連通性較差；F-3異?？赡転橄萋渲?，其長軸展布長度約83 m，中心位置距離輔助運輸巷約50 m。在圖中右側(cè)虛線為實際透射法勘探分界線，虛線左側(cè)為實際第1天透射勘探區(qū)域，虛線右側(cè)為空白區(qū)域。

3.2 反射法資料處理成果及分析

由于防爆遙測數(shù)字地震儀所配的數(shù)據(jù)線有限，在第2天僅進(jìn)行了反射勘探的數(shù)據(jù)采集工作，沒有進(jìn)行工作面1 000-550 m段的透射地震數(shù)據(jù)。通過對P波反射偏移成像結(jié)果進(jìn)行分析，得出工作面不同區(qū)段P波反射法偏移成像結(jié)果，如圖3所示。

圖3 2-118工作面P波反射法偏移成像圖

圖3 （a）中出現(xiàn)1條明顯的斷層反射軸貫穿整個勘探區(qū)域，雙程走時為100～120 ms，由前面的速度分析，可知該區(qū)域的P波速度為2 800 m/s，計算得到該斷層距離輔運順槽140～170 m，同時該斷層中部反射軸不強烈，推測斷層斷距減小或斷層破碎。由前面的透射結(jié)果，可推測該斷層對應(yīng)為F-1。

圖3（b）中出現(xiàn)1條的斷層反射軸，但是反射軸不清晰，振幅存在較大變化，斷層反設(shè)軸貫穿整個勘探區(qū)域，雙程走時為80～100 ms，由前面的速度分析，可知該區(qū)域的P波速度為2 800 m/s，所以計算得到該斷層距離輔運順槽110～40 m，根據(jù)前面分析，該斷層是F-1斷層。

綜合P波反射法能夠得出，整個工作面區(qū)域P波反射法偏移成像結(jié)果如圖4所示。

圖4 2-118工作面整體區(qū)域P波反射法偏移成像圖

分析圖5可知：①斷層F-1走向如圖所示，幾乎貫穿整個勘探區(qū)域；②斷層距上巷道距離70～110 m，其中，1 450-1 150 m區(qū)域距離為70～80 m，1 200-550 m區(qū)域距離為80～110 m；③斷層1 350-1 250 m區(qū)域、900-750 m區(qū)域反射軸較模糊，說明該區(qū)域斷層斷距變小或斷層面破碎嚴(yán)重。

3.3 分析結(jié)果匯總

2-118工作面地質(zhì)構(gòu)造情況具體如下：

1）正斷層F-1，其在工作面內(nèi)部的位置為整體上距離皮帶運輸巷道約60～110 m，在聯(lián)絡(luò)巷揭露處距離皮帶巷約60 m。F-1斷層的斷距大于煤層厚度，整體上走向近東西，沿走向延伸約900 m。

2）正斷層F-2，在聯(lián)絡(luò)巷揭露處距離輔助運輸巷約64 m。該斷層的斷距小于煤層厚度的小斷層，走向北偏東約41°，沿走向延伸約130 m。

3）陷落柱F-3，其中心位置與輔助運輸巷的垂直距離約為50 m，與聯(lián)絡(luò)巷的垂直距離約為170 m，其平面分布形狀近似橢圓形，長軸展布長度約為83 m，短軸長度約為30 m。

綜合上述分析，工作面槽波勘探地質(zhì)解釋結(jié)果匯總，具體工作面各異常區(qū)域位置如圖5所示。

圖5 2-118工作面地質(zhì)解釋成果圖

4 結(jié)論

根據(jù)2-118工作面回采巷道掘進(jìn)揭露的地質(zhì)構(gòu)造分布情況，采用槽波勘探技術(shù)進(jìn)行工作面區(qū)域內(nèi)的勘察探測，基于槽波探測的設(shè)計原則，進(jìn)行探測方案的設(shè)計，并進(jìn)行實際施工，通過探測結(jié)果分析，得出工作面內(nèi)正斷層F-1、F-2及陷落柱F-3的分布形態(tài)及范圍。