槽波地震探測(cè)在煤峪口礦地質(zhì)探測(cè)中的應(yīng)用研究

陳燕廷

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)有限公司煤峪口礦，山西 大同 037041）

煤峪口礦隸屬于大同煤業(yè)股份有限公司，位于大同煤田的南西部65°處，直線距離長(zhǎng)達(dá)14 km。井田四周接臨周邊煤礦，鄰礦之間均設(shè)有保護(hù)設(shè)施，且沒(méi)有越采現(xiàn)象，周圍也不存在小窯開(kāi)采。煤峪口礦井田區(qū)域地形為平緩丘陵，洪水沖刷切割劇烈，溝谷發(fā)育，支溝分布為羽狀，最高點(diǎn)位于井田的西南部，標(biāo)高1 362.4 m，最低點(diǎn)在4號(hào)井的西面，標(biāo)高1 058.2 m，相對(duì)高差最大達(dá)304.2m。

1 煤峪口礦地質(zhì)概況

煤峪口礦現(xiàn)采掘工作面有三類：3個(gè)壁式綜采工作面、4個(gè)機(jī)掘工作面、4個(gè)工掘工作面。井田面積為17.906 7 km2，現(xiàn)主要開(kāi)采11號(hào)、12號(hào)、14號(hào)煤層。本次探測(cè)8810回采工作面，綜采14號(hào)煤層，該工作面位于408盤區(qū)。煤層厚度大致為0.2～2.9 m，平均厚度為2.0 m。

8810回采工作面14號(hào)煤層存在偽頂、直接頂和老頂，地質(zhì)構(gòu)成主要為粉砂巖、泥巖、細(xì)砂巖、中砂巖、粗砂巖，底板主要組成為灰-灰黑粉砂巖、細(xì)砂巖。該工作面的整體上下均為巖石、中部為煤層，并且煤層與圍巖的物理特性存在較大差別，兩者之間的波阻抗也有較大差異，因此，煤層與圍巖分界處可作為地震波反射面，對(duì)煤層中槽波的傳播比較有利，且工作面寬度也較小，保證了槽波傳輸過(guò)程中的能量不容易發(fā)生衰減。據(jù)此可知，若想探測(cè)8810回采工作面地質(zhì)異常體發(fā)育情況，適合選用槽波地震探測(cè)技術(shù)來(lái)進(jìn)行探測(cè)。

2 槽波地震探測(cè)技術(shù)

2.1 槽波透射法

槽波地震探測(cè)技術(shù)利用了地震波在巖石層和煤層中傳播特性不同的特點(diǎn)，通過(guò)在探測(cè)區(qū)域制造、發(fā)射并接收地震波來(lái)分析數(shù)據(jù)特點(diǎn)，進(jìn)而分析出地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)。槽波地震探測(cè)技術(shù)包括槽波透射法（見(jiàn)圖1）和槽波反射法，其中透射法又分半透視觀測(cè)系統(tǒng)和完全透視觀測(cè)系統(tǒng)。結(jié)合8810回采工作面采掘工程資料以及其他相關(guān)資料，最終確定選擇探測(cè)精度較高的完全透視觀測(cè)系統(tǒng)[1]。

圖1 槽波透射法探測(cè)示意圖

2.2 探測(cè)任務(wù)

本文采用槽波透射探測(cè)技術(shù)主要是為了探測(cè)煤峪礦408盤區(qū)8810回采工作面內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育狀況，為工作面煤礦回采提供地質(zhì)保障。本次探測(cè)需要完成以下兩個(gè)任務(wù)：探測(cè)斷層的發(fā)育情況；探測(cè)其他地質(zhì)異常體發(fā)育情況。

2.3 影響因素分析

8810回采工作面地層是典型的含煤地層，結(jié)構(gòu)為層狀結(jié)構(gòu)，地層垂直方向的上層—中層—下層分別為巖層—煤層—巖層，中間層煤層上下分界面處均形成良好的波阻抗分界面，相較于上下巖層，煤層為低速導(dǎo)波層，地層條件滿足：

式中：ρ為相應(yīng)物質(zhì)密度；v為地震波在該物質(zhì)中傳播的速度。

由此得出：ρ巖層v巖層＞ρ煤層v煤層，可見(jiàn)巖層波阻抗大于煤層波阻抗，這將有利于地震波發(fā)生全反射，且會(huì)不斷地向前傳播。

除上述有利條件外，運(yùn)用槽波透射探測(cè)技術(shù)探測(cè)時(shí)也存在不利因素。由于施工區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可能會(huì)使波場(chǎng)變得復(fù)雜甚至不可辨；煤層夾矸，且厚度不均勻，影響波的傳播；巷道不平穩(wěn)，局部穿過(guò)夾矸層，可能導(dǎo)致波的激發(fā)和接收發(fā)生在不同層面。

通過(guò)以上分析，8810回采工作面具備槽波地震探測(cè)的基本要求，但同時(shí)也存在一些影響探測(cè)效果的因素，施工過(guò)程中，應(yīng)對(duì)多方因素予以充分考慮。

2.4 施工方案

采用完全透視觀測(cè)系統(tǒng)探測(cè)手段進(jìn)行探測(cè)施工，將放炮點(diǎn)設(shè)在機(jī)巷，接收點(diǎn)設(shè)在風(fēng)巷，然后交換位置，再將放炮點(diǎn)設(shè)在風(fēng)巷，接收點(diǎn)設(shè)在機(jī)巷。本次施工共設(shè)置放炮點(diǎn)50個(gè)，兩兩間距約20 m，炮孔深度大致在1.5～2.0 m，炸藥200 g，接收點(diǎn)共設(shè)置80個(gè)，道間距約10 m，具體參數(shù)如表1所示。

表1 地震波激發(fā)、接收點(diǎn)設(shè)置參數(shù)表

施工中，探測(cè)儀器放炮啟動(dòng)記錄儀、傳感器、檢波器等設(shè)備均要嚴(yán)格按施工方案安裝到位。設(shè)好放炮點(diǎn)、接收點(diǎn)后，進(jìn)入激發(fā)工序，按要求鉆井，并放置炸藥，然后通過(guò)放炮激發(fā)地震波，之后利用檢波器等設(shè)備接收地震波，由數(shù)據(jù)記錄儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集記錄，最后對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而得出工作面地質(zhì)發(fā)育情況。

3 應(yīng)用分析

3.1 探測(cè)結(jié)果

8810回采工作面經(jīng)上述探測(cè)工程施工后，共獲得三組圖像數(shù)據(jù)：槽波能量衰減系數(shù)平面圖（見(jiàn)圖2）、透視P波速度平面圖（見(jiàn)圖3）、槽波頻散系數(shù)平面圖（見(jiàn)圖4）。

圖2 槽波能量衰減系數(shù)平面圖

圖3 透視P波速度平面圖

圖4 槽波頻散系數(shù)平面圖

3.2 結(jié)果分析

1）槽波能量衰減系數(shù)平面圖：圖2中冷色系區(qū)域表示衰減系數(shù)小，暖色系區(qū)域表示衰減系數(shù)大，衰減小的區(qū)域內(nèi)地層構(gòu)造簡(jiǎn)單或煤層結(jié)構(gòu)正常，反之說(shuō)明地質(zhì)發(fā)育復(fù)雜或煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

2）透視P波速度平面圖：圖3中暖色區(qū)域?yàn)楦咚貾波分布區(qū)，觀察發(fā)現(xiàn)有多處條帶狀高速異常區(qū)，說(shuō)明P波穿越巖石層，構(gòu)造發(fā)育。圖3高速異常區(qū)與圖2能量衰減大的區(qū)域具有一致性，說(shuō)明結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

3）槽波頻散系數(shù)平面圖：圖4中冷色向暖色過(guò)度，說(shuō)明頻率變化由大到小，即冷色區(qū)頻散性更強(qiáng)，也說(shuō)明地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜或煤層厚度發(fā)生變化。

結(jié)合槽波地震探測(cè)原理及探測(cè)結(jié)果圖像的分析，8810回采工作面煤層夾矸發(fā)育、厚度不均，分析得出：工作面內(nèi)存在斷層，落差在3～10 m的有少數(shù)幾條，落差在3 m以下的發(fā)育較多；沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其他地質(zhì)異常體[2-3]。

4 結(jié)語(yǔ)

1）本次施工放炮點(diǎn)設(shè)置50處，槽波接收點(diǎn)設(shè)置有80處，波場(chǎng)完全覆蓋整個(gè)工作面。

2）經(jīng)采集的數(shù)據(jù)得出三組圖像數(shù)據(jù)，分別為：槽波能量衰減系數(shù)平面圖、透視P波速度平面圖、槽波頻散系數(shù)平面圖。

3）圖像結(jié)果較好地解釋了工作面內(nèi)斷層及異常體發(fā)育情況，即：工作面內(nèi)部存在斷層，落差在3～10 m的有少數(shù)幾條，落差在3 m以下的發(fā)育較多，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有其他地質(zhì)異常體。

4）結(jié)合其他技術(shù)手段以及實(shí)際采掘已有的資料進(jìn)行綜合分析，發(fā)現(xiàn)結(jié)果一致性較高，表明槽波地震探測(cè)技術(shù)在本礦區(qū)有較好的探測(cè)應(yīng)用價(jià)值，且可以推廣到地質(zhì)條件相近的其他礦區(qū)的探測(cè)中去[4]。