地震勘探技術在礦井采空區勘測中的實踐研究

【摘 要】本文以一個實例為基礎，介紹了將地震勘探方法應用到采空區勘測中的數據采集，對地質解釋依據進行分析，探討地震勘探在采空區勘測中的有效性。

【關鍵詞】地震勘探；采空區；縱波反射

自從上世紀末以來，我國礦業開采的秩序較為混亂，在河北、河南、山西等北方地區普遍存在著采空區，這些采空區的地理位置大多數不明確，還有一些位于城郊位置，很容易引起坍塌，會嚴重影響居民的正常生活和城市規劃工作。解決上述問題的前提條件就是要科學地探查井下空區的即時狀態和空間形狀，為空區安全治理和資源回采提供準確的設計依據。結合某礦的實際工程地質條件，利用地下空間和采空區三維激光系統（C-ALS）對礦山的部分空區進行探測，了解其空區的形狀、大小和位置，運用其自帶的軟件進行編輯與成圖。從而確定空區在礦山平面圖上的具體位置，為空區的處理提供可靠的理論依據，從而確保作業工人和設備的安全。

一、典型實例應用

（1）采空區地質地震條件。某礦采空區所處地段是低山丘陵，且該場區位于山前丘陵地帶，基本無植被生長，該套地層南傾13°，由南向北漸變淺。地層從下到上依次是：煤層，二1煤層和二3煤層，兩每層之間充滿了19.2m的泥砂巖互層；泥巖層，由南向北漸變淺，其厚度為40m；砂巖層，主要是厚度約為31m的砂巖；礫巖層，以礫巖為主，其總厚度大約是35m；表土層：主要是鈣核層、粉土和粉質粘土層，小部分區域有一些小卵石。該區是低山丘陵，地形起伏較大，地勢較開闊，有一些村莊，雖然淺部地層的地震地質條件相對較差，但根據前面所述的地層情況可以看出，不同構造的地層，其密度不同，泥巖與煤層、礫巖與砂巖的界面具備的波阻抗差異明顯，地震波在不同的地層中傳播速度不同，當地震波遇到巖層破碎帶或者采空區時，他的振幅會降低同時期傳播速度也會明顯減小，具備了較好的反射條件和地震勘查勘測的前提和營養條件。（2）野外數據的采集。本次數據采集工作，使用的是德國公司（DMT）生產的單個檢波器（60Hz）接收和數字地震儀（Summit），疊加觀測系統（12次水平），本次工作所選取的采集參數是：道間距為3m，最大炮險距是43m～55m，偏移距是8m～20m，采用藥量450克和井深3米的淺井炸藥激發方法，激發時采取多次垂直疊加（≧20次），以突出有效波并壓制干擾波。針對礦區特有的上述地震地質情況，我們采用激發藥量盡可能小等措施，盡可能的壓制地面波的干擾；為了獲得較理想的單炮記錄，我們挖坑插放檢波器并用土埋起來。在一些無法清除掉覆蓋的石子的勘查區，在埋置檢波器之前我們現在要在其需要放置的部位刨坑，之后填滿粘土，使檢波器和地面能很好的耦合，提高信息接收的一致性。多數情況下，需要在夜間進行野外數據的采集工作，盡量將交通車輛或者及其造成的干擾降到最低，這些措施都能在一定程度上保證采集到高品質、可靠性強的野外地震數據。（3）地震勘測數據的處理。地震勘測數據的處理，是為了利用不同功能的地震處理模塊，來獲得水平疊加偏移時間剖面圖，從而能直觀反映地質信息和解釋所處地質條件。某礦按以下流程對收集到的地震波進行了處理分析：資料輸入→原始數據解編→動平衡→頻譜分析→數值濾波→速度掃描→自動校正→剩余時差靜校正→水平疊加→波動方程偏移→反褶積→繪制疊加偏移時間剖面。（4）采空區和塌陷區的地質解釋。圖1所示內容分別是接近為東西走向的平行測線3上面的一段水平疊加偏移時間剖面圖，他所代表的區域地勢相對較平坦，對剖面的坡長特征進行分析發現，剖面分辨率高、層次清晰，存在兩個相互平行、連續性好的波組T1、T2（60ms～170ms）。將上述內容與該地區實際地質情況進行比較，可以判斷出該剖面實際反映的是地下約165m深度處的地層。兩個連續波組T1、T2在地震時間剖面出現的時間分別是60ms和165ms，T2波組能量相對較強、間斷性連續，代表的大約為120m深度的煤層；T1波組能量強、連續，代表的大約是50m深度處的砂巖層和礫巖層。

（5）運用地震波解釋采空區和塌陷區。對水平疊加偏移時間剖面圖內地震波的特征進行分析，發現采空塌陷區缺失T2（煤層反射波）波，還表現為反射波的振幅弱、反射凌亂以及塌陷邊緣處的反射波出現同相軸錯斷，T1表現為波反射頻率低、連續相差、扭曲，正如圖1中樁號為10-170處；煤層采空區的地震波T1沒有異常的表現，T2煤層反射波會出現凌亂的、低頻的弱反射以及該波的缺失。經本次野外地震勘測，根據圖1中所示的T1和T2的波組反射特點和地質解釋，我們可以推斷出該區有2個地下采空區和8個塌陷區，這與我們實地鉆探和考察后的結果是一致的，僅在深度問題上存在一些出入，這可能與轉換計算時深時存在的誤差有關。

二、結語

近幾年，地震勘探被廣泛地應用到礦區的采空區勘測中，利用地震勘測技術能基本上查清，礦區是單純采空，還是采空后還伴隨有塌陷，這相較于其他勘探手段更為合適。但是我們的實際勘測工作還存在一些不足，需要我們進一步改進，比如可以在一些具有代表性的坍塌區和未坍塌的采空區進行勘測，并做速度側求，這樣在轉換計算時深時避免誤差的出現，從而更準確的解釋坍塌和采空區的實際深度。

參 考 文 獻

[1]張華，陳小宏，劉松.地震勘探技術在公路采空區調查中的應用[J].地下空間與工程學報.2011，v.7；No.4902：371-374+412

[2]霍軍鵬，周竹峰，王萬合.三維地震勘探技術在煤礦采空區探測中的應用[J].黑龍江科技信息.2012（14）：15～16