地震勘探技術(shù)在礦井采空區(qū)勘測中的實踐研究

【摘 要】本文以一個實例為基礎(chǔ)，介紹了將地震勘探方法應(yīng)用到采空區(qū)勘測中的數(shù)據(jù)采集，對地質(zhì)解釋依據(jù)進行分析，探討地震勘探在采空區(qū)勘測中的有效性。

【關(guān)鍵詞】地震勘探；采空區(qū)；縱波反射

自從上世紀末以來，我國礦業(yè)開采的秩序較為混亂，在河北、河南、山西等北方地區(qū)普遍存在著采空區(qū)，這些采空區(qū)的地理位置大多數(shù)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(guī)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(qū)的即時狀態(tài)和空間形狀，為空區(qū)安全治理和資源回采提供準確的設(shè)計依據(jù)。結(jié)合某礦的實際工程地質(zhì)條件，利用地下空間和采空區(qū)三維激光系統(tǒng)（C-ALS）對礦山的部分空區(qū)進行探測，了解其空區(qū)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(qū)在礦山平面圖上的具體位置，為空區(qū)的處理提供可靠的理論依據(jù)，從而確保作業(yè)工人和設(shè)備的安全。

一、典型實例應(yīng)用

（1）采空區(qū)地質(zhì)地震條件。某礦采空區(qū)所處地段是低山丘陵，且該場區(qū)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(zhì)粘土層，小部分區(qū)域有一些小卵石。該區(qū)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(zhì)條件相對較差，但根據(jù)前面所述的地層情況可以看出，不同構(gòu)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?shù)卣鸩ㄓ龅綆r層破碎帶或者采空區(qū)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(yǎng)條件。（2）野外數(shù)據(jù)的采集。本次數(shù)據(jù)采集工作，使用的是德國公司（DMT）生產(chǎn)的單個檢波器（60Hz）接收和數(shù)字地震儀（Summit），疊加觀測系統(tǒng)（12次水平），本次工作所選取的采集參數(shù)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(fā)方法，激發(fā)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(qū)特有的上述地震地質(zhì)情況，我們采用激發(fā)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(qū)，在埋置檢波器之前我們現(xiàn)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(shù)情況下，需要在夜間進行野外數(shù)據(jù)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(zhì)、可靠性強的野外地震數(shù)據(jù)。（3）地震勘測數(shù)據(jù)的處理。地震勘測數(shù)據(jù)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(zhì)信息和解釋所處地質(zhì)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(shù)據(jù)解編→動平衡→頻譜分析→數(shù)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(qū)和塌陷區(qū)的地質(zhì)解釋。圖1所示內(nèi)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(qū)域地勢相對較平坦，對剖面的坡長特征進行分析發(fā)現(xiàn)，剖面分辨率高、層次清晰，存在兩個相互平行、連續(xù)性好的波組T1、T2（60ms～170ms）。將上述內(nèi)容與該地區(qū)實際地質(zhì)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(xù)波組T1、T2在地震時間剖面出現(xiàn)的時間分別是60ms和165ms，T2波組能量相對較強、間斷性連續(xù)，代表的大約為120m深度的煤層；T1波組能量強、連續(xù)，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(qū)和塌陷區(qū)。對水平疊加偏移時間剖面圖內(nèi)地震波的特征進行分析，發(fā)現(xiàn)采空塌陷區(qū)缺失T2（煤層反射波）波，還表現(xiàn)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(xiàn)同相軸錯斷，T1表現(xiàn)為波反射頻率低、連續(xù)相差、扭曲，正如圖1中樁號為10-170處；煤層采空區(qū)的地震波T1沒有異常的表現(xiàn)，T2煤層反射波會出現(xiàn)凌亂的、低頻的弱反射以及該波的缺失。經(jīng)本次野外地震勘測，根據(jù)圖1中所示的T1和T2的波組反射特點和地質(zhì)解釋，我們可以推斷出該區(qū)有2個地下采空區(qū)和8個塌陷區(qū)，這與我們實地鉆探和考察后的結(jié)果是一致的，僅在深度問題上存在一些出入，這可能與轉(zhuǎn)換計算時深時存在的誤差有關(guān)。

二、結(jié)語

近幾年，地震勘探被廣泛地應(yīng)用到礦區(qū)的采空區(qū)勘測中，利用地震勘測技術(shù)能基本上查清，礦區(qū)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(qū)和未坍塌的采空區(qū)進行勘測，并做速度側(cè)求，這樣在轉(zhuǎn)換計算時深時避免誤差的出現(xiàn)，從而更準確的解釋坍塌和采空區(qū)的實際深度。

參 考 文 獻

[1]張華，陳小宏，劉松.地震勘探技術(shù)在公路采空區(qū)調(diào)查中的應(yīng)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(shù)在煤礦采空區(qū)探測中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息.2012（14）：15～16