瑞利波技術在煤礦地質(zhì)構(gòu)造超前探測中的應用

張澤宇

（山西陽煤集團五人小組管理部，山西 陽泉 045000）

煤礦地質(zhì)構(gòu)造超前探測對井下工作的質(zhì)量與安全有著重要影響，提高超前探測技術，促進探測工作的效率與質(zhì)量的提高。這會為井下設計工作提供更為準確使得參考數(shù)據(jù)，從而制定更高質(zhì)量的工作方案與應急處理措施，保證井下工作安全高效進行。

1 瑞利波技術與其他煤礦地質(zhì)構(gòu)造探測法對比分析

在煤礦工作中前期探測作為整體工作的基礎，對井下作業(yè)的安全與效率印象重大，為此技術工作人員不斷開發(fā)各種探測技術。到目前為止瑞利波技術是探測效果更精細，作用最佳的煤礦地質(zhì)構(gòu)造探測技術。將各種技術進行對比其結(jié)果如表1所示。我們會明顯的發(fā)現(xiàn)，至今為止瑞利波技術在煤礦地質(zhì)構(gòu)造探測時，其距離已達到80m，并且探測效果精準度極高。同時也可看出瑞利波技術應用的穩(wěn)定性與重復性效果得到進一步提高，其對小信號的分辨能力增強，并實現(xiàn)了井下全方位探測，進一步提高了探測質(zhì)量。

為進一步突出瑞利波技術應用優(yōu)勢，將集中探測儀器進行比較，其對比結(jié)果如表2所示。從表中我們不難看出，與其他集中儀器相比YTR（D）的動態(tài)范圍最廣以達到138dB，其對小信號的分辨率更增加感知更為靈敏，并且具有現(xiàn)場處理與性能自檢功能，大大提升了探測工作的精準性、科學性與有效性。為此瑞利波探測儀器在煤礦工作中被廣泛應用，也被應用于礦井地質(zhì)災害處理中，提高是鬼解決效率，降低其帶來的危險與損害。

表1 煤礦地質(zhì)構(gòu)造探測技術對比

表2 探測儀器作業(yè)指標對比

2 瑞利波技術在煤礦地質(zhì)構(gòu)造超前探測中應用

2.1 瑞利波技術原理

瑞利波技術術語彈性波型、面波探測方法的一種。在應用該技術進行探測時設置探測所需的質(zhì)點，質(zhì)點會在相應介質(zhì)表面逆時針方向、沿橢圓形遠動軌跡運動。利用傳播介質(zhì)對傳播速度的不同會導致頻散現(xiàn)象發(fā)生。該波傳播時發(fā)生的相應信息主要是受到截止物理力學的影響。

2.2 瑞利波技術實際應用方法

根據(jù)瑞利波技術應用原理，其主要應用方法是在選定合適的震源位置后，由探測儀發(fā)出探測波，利用脈沖信號傳播。探測器的兩組傳感器會接受探測波的傳播的信號，如圖1超前探技術應用圖所示。將接受的信號制成頻譜，通過對頻普進行分析，將瑞利波按不同的頻段進行分離，總結(jié)信號信號相應的相位差，以此計算傳播的速度。綜合各項數(shù)據(jù)制出該探測點的頻散曲線，從而工作人員可得到下一組煤的深度、其方向上的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、隔水層及相應厚度、煤礦深度施工的安全深度等數(shù)據(jù)[1]。

圖1 超前探測技術應用圖

瑞利波技術在實際煤礦中應用時，主要利用錘擊與炮震作為震源，將六道傳感震動接收器布置為一字型。利用任意兩道進行函數(shù)分析，計算波的傳播速度。此外，利用瑞利波技術進行煤礦地質(zhì)構(gòu)造的全方位探測，在淺層探測中主要是用其探測該批次煤層的剩余厚度。深層探測與超前探測的技術的距離多在 3～80m。

3 瑞利波技術在煤礦地質(zhì)結(jié)構(gòu)超前探測中的應用實例

瑞利波技術在煤礦地質(zhì)結(jié)構(gòu)超前探測中的應用較為廣泛。本文將以新強礦五采區(qū)54層左三片側(cè)幫探測與龍湖礦東一采區(qū)左四片57上采煤工作面探測為實例，對瑞利波技術在煤礦地質(zhì)結(jié)構(gòu)超前探測應用進行具體說明。前面的實例主要講述該技術在側(cè)幫探測中的應用，后者則是對工作面的探測，重在突出瑞利波技術在煤礦地質(zhì)結(jié)構(gòu)探測應用的全面性與準確性。

3.1 新強礦五采區(qū)54層左三片側(cè)幫探測

這次應用是七臺河礦區(qū)對斷層結(jié)果的探測，使其迎頭超前探測中的一次。在測試過程中，共設置了4個探測點，并且分別采用了錘擊測試與炮震測試。由兩次探測所得的頻散曲線所得速度曲線結(jié)果對比如圖2所示，可見兩次探測結(jié)果大體相同，說明探測的結(jié)果的精確性較高。

圖2 錘擊與炮震探測結(jié)果對比

從圖2中我們能明顯看出，本次探測結(jié)果較為復雜，說明當?shù)卮嬖谀撤N地質(zhì)結(jié)構(gòu)。從前面錘擊4個探測點瑞利波傳播速度明顯存在3處異常，分別在5m、20m與30m之間、50m與60m之間。而炮震測試中速度曲線分三段來看，首先，在15m以內(nèi)，瑞利波的速度變化較為復雜、凌亂；其次，20m-30m之間存在明顯的異常變化；最后，50m-60m之間存在異常變化。經(jīng)實際揭露的結(jié)果可以看出，20m-30m的處速度的異常變化是由斷層構(gòu)造引起的，而50m-60m處速度異常變化是由對面空巷導致的。從整體的探測實驗結(jié)果來看，瑞利波對地質(zhì)構(gòu)造變化反應明顯，七臺河礦區(qū)在新強礦五采區(qū)54層左三片附近存在斷層構(gòu)造。利用瑞利波技術進行探測不僅可以明確周圍的地質(zhì)構(gòu)造，還可極準確的探測到相應的位置。提高了探測的準確性，為各項工作的安全開展提供了重要依據(jù)[2]。

3.2 龍湖礦東一采區(qū)左四片57上采煤工作面探測

龍湖礦東一采區(qū)左四片57上采煤工作面進行了一次探測，利用瑞利波處理軟件對探測結(jié)果進行解釋，并以實際揭露驗證了本次探測結(jié)果。此次探測共有5次，其結(jié)果以www03011_www03055為編號進行留檔保存。根究探測所得的頻散曲線計算生成的速度曲線圖如圖3所示。

從圖3中我們可以看出，紅色代表著瑞利波的傳播速度發(fā)生了變化，這就說明在該位置地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生了相應的變化。對比圖3中錘擊探測所得的速度曲線與炮震探測所得速度曲線，明顯發(fā)現(xiàn)在15m處均有明顯異常。這說明該處存在明顯的地質(zhì)構(gòu)造或分層。后經(jīng)采煤工作實際開采驗證，證明在15m有巷道揭露斷層。進一步表明瑞利波技術探測結(jié)果的準確性。

圖3 探測速度曲線

通過兩項實例可發(fā)現(xiàn)瑞利波技術在應用時，可準確發(fā)現(xiàn)地質(zhì)斷層與其他構(gòu)造的存在，并可準確探測出相應位置。同時經(jīng)實證發(fā)現(xiàn)瑞利波對地質(zhì)斷層的感應相當敏感，無論以哪種震源進行測量都可準確發(fā)現(xiàn)斷層構(gòu)造的存在及其準確位置。應用瑞利波技術進行煤礦地質(zhì)結(jié)構(gòu)探測，大大提高了探測的精準性，促進我國煤礦工作的安全進行。

4 結(jié) 論

瑞利波技術是當前煤礦地質(zhì)結(jié)果超前探測中應用的重要技術，尤其是新型YTR（D）瑞利波的應用，大大促進探測工作精準性與科學性與全面性性能的提升。但其應用中仍存在不足之處，工作人員在應用過程中要不斷探索其技術的高效應用方法，促進探測結(jié)果精準性的將進一步提升。如探測時實現(xiàn)淺層與深層探測相結(jié)合，避免出現(xiàn)不必要的疏漏。在當前探測基礎上加大技術的研發(fā)，使其在更深層的探測中發(fā)揮實際效用。