瑞利波探測在防突預報中的應用

胡應旭，胡 洋

(恒源煤電集團公司任樓煤礦生產技術部， 安徽淮北市 235123)

瑞利波探測在防突預報中的應用

胡應旭，胡 洋

(恒源煤電集團公司任樓煤礦生產技術部， 安徽淮北市 235123)

煤層中的瓦斯含量與瓦斯壓力一方面與煤層的埋藏深度有重要的關系，另一方面與煤層的賦存條件和地質構造有關，在斷層、褶曲、煤層厚度變化區、火成巖侵入區等地質構造附近，瓦斯含量異常活躍，往往易發生煤與瓦斯突出現象。超前預測預報地質構造體附近的瓦斯聚集區，應用有效的防突手段，提前抽排出瓦斯，防止煤與瓦斯突出事故的發生，對于高沼礦井的安全有效開采極其重要。介紹了利用瑞利波探測在防突預報中的應用研究。

煤與瓦斯突出;防突預報;瑞利波探測

1 地質構造體與瓦斯賦存的關系

隨著開采深度的增加，礦井的地溫、礦壓、瓦斯壓力及瓦斯涌出量等出現明顯或突變增加現象，造成很多高沼礦井向煤與瓦斯突出型礦井轉變，給礦井的瓦斯管理及煤與瓦斯突出超前預測預報提出了難題。

地質構造對瓦斯的聚積和排放具有雙重作用。在煤層頂板巖性致密、透氣性差的條件下，在未受斷裂破壞和嚴重剝蝕的褶皺地區，由于構造的圈閉，致使瓦斯沿煤層向上運移較易，因此背斜頂部較向斜槽部瓦斯相對聚積，瓦斯含量較大，瓦斯壓力較高。

在遭受斷裂構造破壞的地區，尤其是那些局限于煤層附近，尚未通達地表的掩伏式壓性、壓扭性斷裂起著封存瓦斯的作用，致使斷裂附近瓦斯含量增大，被反向斷層切割的下盤地段，也有利于瓦斯的封存，瓦斯含量較大。這就為利用探測隱伏地質構造體，預測瓦斯賦存性提供了物理前提。

2 探測實例分析

2.1 地質及瓦斯涌出概況

任樓煤礦Ⅱ7214工作面位于礦井二水平Ⅱ1采區北翼三階段。該面風巷標高為－620～－640 m;機巷標高為－660～－680 m;工作面走向長660～750 m，平均705 m。本工作面煤層為72、73煤合并區，煤厚平均約5.1 m。據Ⅱ1四車場及下部車場瓦斯測壓孔資料，該區72、73煤瓦斯絕對壓力為0.9 MPa。另據Ⅱ7211工作面回采資料，該面瓦斯絕對涌出量平均為25.0 m3/min，相對涌出量平均為6.8 m3/t。通過通風區對II7214機、風巷煤層鉆屑量、瓦斯壓力、瓦斯涌出量等指標分析，評定II7214工作面為有煤與瓦斯突出危險性工作面。

2.2 實際探測情況

為提高II7214機、風巷防突預報的準確性，任樓礦嚴格按計劃對II7214機、風巷進行瑞利波超前探查，并收到了很好的效果，見表1。

表1 Ⅱ7214機巷瑞利波探查成果

從表1可看出:瑞利波探測可以較準確的反映煤巷前方煤層賦存情況，主要體現在以下兩方面。

(1)落差大于煤厚1/2的斷裂構造的瑞利波反映。2008年8月21日，瑞理波在II7214機巷j7點前43.5 m迎頭探查時，發現在獲得的10條頻散曲線圖中，有6條頻散曲線在探測前方15～20 m范圍內出現“之”字型拐折(即煤巖層分界面)，見圖1。分析認為，這可能為一斷裂構造影響所致。前期超前預測預報后，采用抽吸式麻花鉆桿，對該異常進行探查，在探測前方(即j7點前62 m)有頂鉆現象，煤與瓦斯絕對壓力達到1.2 MPa，下套管進行抽排，瓦斯涌出量達到34.5 m3/min，相對涌出量平均為8.8 m3/t，瓦斯涌出量相對較大，較為聚集。結果與鉆探驗證一致，為后期巷道的安全掘進提供了保障。

圖1 瑞利波超前探測頻散曲線

(2)穩定煤層的瑞利波反映。2008年10月28日，在II7214機巷j10點9～49 m迎頭探查，從獲得的10條頻散曲線圖知，本次探測有效距離為40 m(即j10點前9～49 m)，其中在探測前方40 m范圍內10條探測頻散曲線表現為一條均一直線，未出現“之”字型拐折點，見圖2。結合地質資料，推測在迎頭前方40 m范圍內煤層賦存穩定，無明顯構造異常，經巷道驗證該范圍煤層穩定與探查結果吻合。另外，該段瓦斯釋放量穩定，煤與瓦斯絕對壓力達到0.3 MPa，瓦斯涌出量達到 0.8 m3/min，相對涌出量平均為0.5 m3/t，瓦斯壓力、涌出量相對較小。

圖2 瑞利波超前探測頻散曲線

3 結論

(1)任樓煤礦通過實踐，提出了利用礦井物探手段對有煤與瓦斯突出危險性的掘進頭及工作面進行超前地質構造探查，并收到了較好效果。

(2)拓展了物探技術探測領域，打破了物探技術只服務于水文地質的概念。

(3)利用瑞利波超前探測技術，實現了對掘進巷道長距離無傷害地質構造帶的較準確超前預測預報，降低了因鉆探擾動引起的煤與瓦斯突出現象。

(4)施工面積小，移動方便，便于在煤礦井下(包括獨頭巷道)使用，對瓦斯突出進行了安全、有效的預測預報。

(5)探測精度比較高，對瓦斯賦集的構造探測，提高了數據的可靠性，能夠更準確的對其定位、定量、定性。

［1］ 儲紹良.瑞利波勘探—礦井物探應用［M］.北京:煤炭工業出版社，1995.

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［3］ 張碧星，魯來玉，鮑光淑.瑞利波勘探中“之”字形頻散曲線研究［J］.地球物理學報，2002，45(2):263－274.

［4］ 楊天奇，易偉建，吳 奇.瑞利波“之”字形頻散的正演及實踐對比［J］.煤田地質與勘探，2005，33(3):71－73.

2011－03－13)

胡應旭(1978－)，男，安徽鳳臺人，從事物探應用技術工作。