羊東礦8471 工作面多方法聯(lián)合物探應(yīng)用及效果

何繼剛

（冀中能源峰峰集團(tuán)有限公司，河北 邯鄲 056200）

1 概 況

羊東礦8471 工作面為4 煤綜采工作面,位于五一采區(qū)，設(shè)計(jì)工作面走向長498 m，傾斜長127 m。標(biāo)高為-738—-782 m，該工作面地質(zhì)條件較復(fù)雜，總體呈向斜構(gòu)造形態(tài)，受褶曲構(gòu)造影響，煤巖層產(chǎn)狀變化較大，走向?yàn)镹16°～WN25°E，傾向NE ～SW，煤巖層傾角5°～23°，平均傾角15°，受下伏奧灰水威脅，屬帶壓開采，水文條件復(fù)雜。厚度0.94 ～1.23 m，平均厚度1.2 m，煤層穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，無夾石，局部有結(jié)核。8471 工作面受71 向斜及F10-1 斷層（H=33 ～40 m） 影響，附近次生小斷層交錯發(fā)育。工作面實(shí)際揭露斷層33 條，均為正斷層，落差大于1.5 m 以上斷層8 條，最大落差H=5.5 ～9 m，1.5 m 以下25 條。

2 施工方案及工作量

2.1 瞬變電磁

現(xiàn)場接收、發(fā)射框間距10 m，發(fā)射頻率25 Hz，疊加次數(shù)64，線框尺寸1.5 m×1.5 m。工作布置為工作面全覆蓋，其中運(yùn)料巷長500 m，溜子道長700 m，切眼長120 m，切眼超前2 組。共完成多角度側(cè)線長1 440 m。

瞬變電磁探測角度設(shè)計(jì)如圖1 所示。

運(yùn)料巷（0 ～50 號）：探測角度為里幫0、-20°、-40°、-60°、-80°，外幫-30°、-60°，共7 個(gè)角度，測點(diǎn)間距10 m。

溜子道（0 ～70 號）：探測角度為里幫0、-20°、-40°、-60°、-80°，外幫-30°、-60°，共7 個(gè)角度，測點(diǎn)間距10 m。

運(yùn)料巷切眼超前探測1 組，探測范圍為運(yùn)料巷切眼處向外90°范圍，探測角度為垂向0、-20°、-40°、-60°，共4 個(gè)角度。

溜子道磁超前探測1，探測范圍溜子道左幫0～右?guī)?80°，每15°探測一組方向，每組方向探測角度為垂向0、-20°、-40°、-60°。

2.2 電測深法工作布置

工作面電測深測線布置如圖2 所示，分別在運(yùn)料巷和溜子道布置測點(diǎn)和測線。

圖2 工作面電測深測線布置示意Fig.2 The layout of electric depth-measurement line in the working face

運(yùn)料巷測線布置自測點(diǎn)20 往里18 m 至切眼與溜子道交口處，共布置2 站，其中第一站布置45個(gè)電極，測線長度約440 m；第二站布置43 個(gè)電極，測線長度約420 m，2 站之間重合120 m，平均電極間距10 m。

溜子道測線布置自測點(diǎn)15 ～測點(diǎn)53 往里40 m，共布置2 站，其中第三站布置41 個(gè)電極，測線長度約400 m，第四站布置45 個(gè)電極，測線長440 m，2 站之間重合120 m，平均電極間距10 m。

運(yùn)料巷完成電測深測線長860 m，溜子道完成電測深測線長840 m，測線總長度共計(jì)1 700 m。

2.3 槽波地震測線布置與工作量

8471 工作面槽波地震探測采用面內(nèi)雙巷透射加面外反射觀測系統(tǒng)，共布置3 個(gè)測站，具體測站及測線布置如圖3 所示。8471 工作面內(nèi)槽波地震透射測線長1 146 m，切眼地震反射測線長126 m，測線總長度共計(jì)1 272 m。

圖3 工作面槽波地震測站及測線布置示意Fig.3 The layout of in-seam wave seism station and survey line in the working face

測站1：8471 運(yùn)料巷和切眼激發(fā)，8471 溜子道接收。在8471 運(yùn)料巷和切眼布置炮點(diǎn)，平均炮間距20 m，共27 個(gè)，編號P1-1～P1-27；在8471溜子道布置接收點(diǎn)，平均道間距10 m，共50 個(gè)，編號J1-1～J1-50。

測站2：切眼外幫槽波反射探測。在切眼外幫布置炮點(diǎn)，平均炮間距10 m，共12 個(gè)，編號P2-1～P2-12；在切眼外幫布置接收點(diǎn)，平均道間距10 m，共12 個(gè)，編號J2-1～J2-12。

測站3：8471 溜子道激發(fā)，8471 運(yùn)料巷接收。在8471 溜子道布置炮點(diǎn)，平均炮間距20 m，共24個(gè)，編號P3-1～P3-24；在8471 運(yùn)料巷布置接收點(diǎn)，平均道間距10 m，共48 個(gè)，編號J3-1～J3-48。

3 物探解釋成果

3.1 瞬變電磁解析方法及結(jié)果分析

去除探測中勘探范圍內(nèi)的金屬體和巷道積水等干擾因素，使煤層與含水異常時(shí)形成明顯的物性差異。煤層通過突出顯示底板巖層構(gòu)造裂隙發(fā)育且含水時(shí)的低電性與不含水巖層的高電性差異，利用這些物性差異，確認(rèn)為是煤巖層是否含水的反映。

巷道實(shí)測數(shù)據(jù)先進(jìn)行去噪、濾波，然后進(jìn)行反演，即可繪制成視電阻率等值線斷面圖。采用水文地質(zhì)研究與物探資料解釋相結(jié)合的基本原則，減少異常的多解性，提高解釋可靠性。

（1） 運(yùn)料巷探測成果，運(yùn)料巷0 ～500 m 段共探測7 個(gè)方向，在46 號～49 號探測出低阻異常為相對低阻異常區(qū)，結(jié)合現(xiàn)場條件分析為受掘進(jìn)機(jī)影響所致。

（2） 溜子道探測成果，溜子道0 ～700 m 段共探測7 個(gè)方向，在53 號～54 號探測出的異常為相對低阻異常區(qū)，切眼口為53 號，分析為受切眼鐵器掘進(jìn)機(jī)、皮帶機(jī)頭、機(jī)尾影響所致。其他區(qū)域無明顯低阻突變區(qū)。

（3） 切眼及超前探測成果，切眼0 ～120 m段共探測7 個(gè)方向，成果圖顯示在8 號～12 號顯示的異常為相對低阻異常區(qū)，分析為受現(xiàn)場掘進(jìn)機(jī)影響所致。其他區(qū)域無明顯低阻突變區(qū)。

3.2 電測深解析方法及結(jié)果分析

電測深處理是基于三極電測深電流場理論。實(shí)際數(shù)據(jù)處理在WBD2.0 軟件中得到單巷電測深成果圖，然后利用AGI（Earth Image） 軟件輸入電法數(shù)據(jù)，設(shè)置采集布置參數(shù)，進(jìn)行三維電法數(shù)據(jù)反演，得到工作面底板下電測深視電阻率等值線切面圖。

工作面內(nèi)三維電法探測成果，三維電法坐標(biāo)系是以溜子道測點(diǎn)5 往里5 m 處為坐標(biāo)原點(diǎn)，沿溜子道指向切眼方向?yàn)閄 軸正向，垂直指向運(yùn)料巷方向?yàn)閅 軸正向。對運(yùn)料巷、溜子道和切眼采集的數(shù)據(jù)選取全空間層狀模型，采用帶地形的全空間三維電阻率進(jìn)行反演，得到不同深度視電阻率成像水平切面圖及三維并行電法不同深度、空間總體分布圖，共得到從底板-10～-120 m 深度的不同水平切片，反映了工作面底板下120 m 范圍以內(nèi)巖層電性的總體分布情況，也反映了物探異常體在空間上的連通情況。

此次電測深成果，根據(jù)水文地質(zhì)資料及電法探測成果圖得出探測區(qū)域內(nèi)整體電阻率值較高，均大于10Ω·m，富水性較弱，未發(fā)現(xiàn)低阻異常的存在。

3.3 槽波地震解析方法及結(jié)果分析

槽波地震解析要通過數(shù)據(jù)預(yù)處理、建立觀測系統(tǒng)、槽波能量擴(kuò)散補(bǔ)償、濾波、頻散分析等6 個(gè)步驟進(jìn)行處理。

異常道會影響后續(xù)的處理效果，由于異常道的能量超過了正常衰減幅度，干擾了正常振幅的衰減規(guī)律，導(dǎo)致補(bǔ)償系數(shù)求取困難，限制了能量成像作用的正確顯現(xiàn)。所以預(yù)處理就是要剔除空炮、壞道、不正常道等，確保數(shù)據(jù)的可靠。

觀測系統(tǒng)就是指炮點(diǎn)與接收點(diǎn)之間的幾何位置的布置關(guān)系，如圖4 所示。

圖4 8471 工作面槽波地震單炮射線追蹤路徑及觀測系統(tǒng)示意Fig.4 The diagram of in-seam wave seism single shot ray tracing path and observation system in No.8471 face

槽波能量擴(kuò)散補(bǔ)償是指通過原始單炮經(jīng)擴(kuò)散補(bǔ)償、校正。解決槽波在二維板狀擴(kuò)散中，能量擴(kuò)散耗損問題。通過擴(kuò)散補(bǔ)償校正后，對遠(yuǎn)距離記錄的能量呈現(xiàn)得到加強(qiáng)；突出層次；分辨更加清楚。

濾波就是壓制縱波和橫波，提高槽波的信噪比，同時(shí)也可以分出不同形式的槽波。圖5 為溜子道P3-10 單炮濾波后地震波數(shù)據(jù)記錄。

圖5 溜子道P3-10 炮濾波后地震波數(shù)據(jù)記錄Fig.5 Seismic wave data record after filtering of slip channel P3-10 shot

頻散分析就是對原始地震波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算出槽波的頻散曲線。從頻散圖中可以看出，槽波的能量主要集中在125 ～250 Hz。抽取125 ～250 Hz 的槽波信號得到窄帶寬的地震槽波信號。

此次8471 工作面槽波正演模擬系統(tǒng)利用槽波埃里相位能量進(jìn)行成圖（圖6）。圖中依次以從小到大來代表能量衰減強(qiáng)度。對槽波能量衰減反演結(jié)果圖分析，并結(jié)合8471 工作面巷道地質(zhì)編錄剖面及相關(guān)地質(zhì)資料對此次探測解釋進(jìn)行同步驗(yàn)證，探測區(qū)域共解釋7 個(gè)異常區(qū)（YC1～YC7 異常區(qū)）。

圖6 8471 工作面槽波探測成果圖Fig.6 The detection result of in-seam wave

其中YC1～YC4、YC6、YC7 均為巷道揭露斷層向工作面內(nèi)的延伸，其延伸距離均小于40 m。YC5 異常區(qū)位于工作面內(nèi)，為一隱伏構(gòu)造。其走向長約為54 m，傾向延展26 m，分析此區(qū)域內(nèi)含隱伏斷層，預(yù)計(jì)落差0.6 ～1.2 m，造成槽波能量一定范圍內(nèi)強(qiáng)衰減，異常區(qū)延展范圍小，對工作面回采影響較小。

4 結(jié) 語

通過對羊東礦8471 工作面瞬變電磁、電測深、槽波地震等多方法的聯(lián)合物探的工作布置及成果分析，探查了8471 工作面在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的情況下，底板含水特性和構(gòu)造分布情況。利用瞬變電磁和三維電測深技術(shù)充分驗(yàn)證了利用多方法聯(lián)合物探法對復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造工作面底板含水性探查的可靠，和槽波地震工作面同時(shí)實(shí)施透反射法的在復(fù)雜工作面探查的優(yōu)勢.在采取多聯(lián)合物探法對復(fù)雜工作面探查值得在各個(gè)煤礦進(jìn)行推廣，不但能深一步相互驗(yàn)證排除單一法中的物探假異常，而且對異常形態(tài)和類型進(jìn)行合理判別。