寺河礦W2303工作面槽波地震探測分析

焦運磊

摘 要：以寺河礦W2303回采工作面為工程背景，在分析槽波地震探測技術原理的基礎上，對槽波地震探測技術在W2303回采工作面的應用情況進行分析，并將槽波地震探測結果與坑探及鉆探結果進行了對比。結果表明，坑探、鉆探結果與槽波地震探測劃定的異常區范圍一致，表明了槽波地震探測技術可以對回采面異常帶進行有效勘探。

關鍵詞：煤礦;地質構造;槽波地震探測

中圖分類號：P631.44 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）17-0068-03

Abstract： Based on the engineering background of W2303 mining face in Sihe Mine and the analysis of the principle of trench wave seismic detection technology， the application of trench wave seismic detection technology in W2303 mining face was analyzed， and the results of trench wave seismic detection were compared with those of pit exploration and drilling. The results show that pit exploration and drilling knot are formed. The results are consistent with the anomaly zones delineated by channel wave seismic exploration， which indicates that channel wave seismic exploration technology can effectively explore the anomaly zones of mining face.

Keywords： coal mine;geological structure;trench wave seismic detection

隨著科學技術的不斷快速發展，煤礦機械化的開采水平已經顯著提升，地質構造是影響煤礦回采工作面或者掘進工作面快速推進重要因素，掌握煤礦井下地質構造的賦存狀況尤為重要，而地震勘探是煤礦井下勘探地質構造的一個重要手段。地震勘探的技術種類較多，其中以槽波地震探測的應用最為廣泛[1，2]。寺河礦W2303工作面回采巷道掘進期間遇到的地質構造較為復雜。為了探明回采區域內地質構造的具體位置、參數，保證回采工作面的安全生產，在回采工作面回采巷道中采用槽波地震勘探技術。

1 槽波地震探測技術原理

槽波地震探測技術是地球物理方法，屬于地震勘探技術的一個重要分支，基本原理是利用在井下激發的并在煤層中傳播的地震波，對區域內的不連續物進行探測。利用槽波地震探測技術既可以實現對勘探區內斷層、褶皺、陷落柱等地質構造的勘探，又可以實現對煤層分叉、廢棄巷道、回采采空區等的勘探[3]。槽波地震探測技術具有勘探范圍廣、勘探精度高、抗干擾能力強等優點，在煤礦井下地質勘探中得到廣泛應用。相對于坑透等勘探技術，槽波地震探測在探測范圍以及探測精度上都有明顯的優勢。槽波地震探測技術根據發射點與接收點的位置關系可以分為透射法、反射法和聯合法。

1.1 透射法

透射法是將震波發出的槽波信號透過煤層傳輸至接收點。炮點以及接收點分別布置在勘探區周邊不同巷道內，根據接收點接收到的槽波信號的強弱、有無，對槽波經過的扇形區的地質異常區域進行探測[4]。同樣，也可以通過對接收到的透射槽波信號進行分析，為反射法運用時取得的數據進行處理、解釋提供一定的參考。透射法探測的范圍可以達到煤層厚度的數百倍。由于炮點發出的槽波能量在煤層中受到束縛，當槽波傳播過程中遇到地質異常點時（如斷層的落差大于煤層厚度，使得煤層不連續），接收點可能接收不到槽波信號，若能接收到信號，則表明探測區域內地質異常點的影響較小，或者不存在地質異常點。在煤礦井下的一條巷道內布置炮點，釋放能量，在煤層中形成地震波，在探測范圍對應的另一條巷道內布置接收點，接收來自炮點的地震波。透射法對探測區域的地質解釋主要是依靠接收點接收到的L波進行的。

1.2 反射法

反射法主要用于對回采工作面或者掘進工作面前方的斷層進行探測。當探測區域內的煤層被斷層斷開時，由于斷層上下盤兩側的波阻不同，因此，斷層就會形成一個反射體。反射法就是利用接收點接收到反射體反射回的槽波信號對地質異常進行解釋。反射法接收點接收到的主要是R型槽波，對地質異常點進行解釋。炮點發出的槽波經過斷層反射后，接收點中的檢波器主要接收一小部分受到激發的R型槽波，地質異常點的波阻抗越大，槽波的反射越明顯。地質異常點的波阻抗與巖層的性質、破碎程度等密切相關，可以根據接收到的反射的槽波輕度來對地質異常點參數進行一定量的判別。

1.3 聯合法

顧名思義，聯合法是透射法以及反射法兩種方法的結合，可以對工作面內的地質異常進行勘探、接收，聯合法具體示意圖如圖1所示。

2 槽波地震探測技術在W2303工作面中的應用

2.1 工作面概況

晉城煤業集團寺河礦W2303工作面長1 357m，傾向長276～296m，煤層為3#煤層，煤厚6m左右，為穩定可采煤層，采用一次采全高采煤工藝、全部垮落法對頂板進行管理。工作面內可能存在隱伏性小斷層，節理、裂隙發育，牽引褶曲、煤層產狀急劇變化，煤體破碎，煤層變薄等地質異常現象。因此，為了進一步查明W2303工作面內部的地質異常區域，保障工作面安全開采，采用槽波地震探測技術對落差大于煤厚1/2的斷層、直徑較大的陷落柱以及構造破碎帶的發育情況進行勘探，保證工作面的正常安全回采。

2.2 施工設計

本次探測在兩條巷道進行，一發一收，分兩段施工：第1段為W2303工作面切眼向外290～1 300m，23031巷、23033巷發射點各23個，發射點間距40m;接收點各177個，接收點間距5m;第2段為W2303工作面切眼向外0～750m，23031巷、23033巷發射點各19個，發射點間距40m;接收點各150個，接收點間距5m。具體布置見表1及表2。

2.3 槽波數據分析

在對槽波數據進行分量切割、觀測系統載入、濾波、壞道剔除等初步處理后，根據槽波的振幅進行拾取，并對振幅衰減系數進行分析，根據振幅衰減系數迭代計算成圖即為能量衰減系數CT成像，為本次槽波勘探進行地質解釋的主要依據。針對本次槽波資料特點，以槽波能量衰減系數CT成圖（見圖2）進行異常劃分，最終本次W2303工作面的槽波探測結果共圈定5個異常區，即YC1至YC5。

①本次W2303工作面槽波透射勘探，共探測出5個異常區，對YC1區域進行分析，判斷其為陷落柱。

②圖中YC4和YC5區域槽波能量衰減劇烈，形成多片狀連接的異常區域。根據現場實際情況綜合分析，預計在該區域構造復雜交錯，構造主要以斷層為主（兩側巷道均有揭露），同時不排除存在陷落柱的可能。

③在整體槽波探測區域中，YC3至YC5區域能量衰減反應最為突出，預計該區域由于構造復雜交錯，致使煤體應力集中，破碎相對嚴重，望礦井加強關注，并采取相關防范措施。

具體的槽波探測異常區推斷描述如表3所示。

3 探測驗證

為了進一步對槽波地震探測結果進行驗證，采用無線電坑透技術對W2303工作面進行探測，坑透成果圖具體如圖3所示。

通過對圖2及圖3進行對比分析可知：槽波與坑透成果圈定的異常和坑透異常在工作面位置關系及異常區范圍上，基本吻合，因此，可以確定所圈定各異常的可靠程度較高。在回采工作面回采推進鉆探過程中，對圈定的異常區進行鉆孔驗證，結果也表明，在圈定的YC1區域探測出直徑為7m的陷落柱，但不含水，周邊較為破碎;在圈定的YC2區域探測出構造破碎帶;在圈定的YC3區域探測出落差為3m的正斷層;在圈定的YC4區域探測出落差為1.6m的逆斷層;在圈定的YC5區域探測出落差為2m的逆斷層。鉆探結果也與槽波探測結果較為接近，表明槽波探測結果可以指導礦井生產。

4 結論

寺河礦W2303工作面采用槽波透射法進行探測，探測測線長度為1 350m。經過數據分析和處理，本次槽波探測共圈定出5處異常區域，并采用無線電坑透及鉆孔鉆探等方式對探測出的地質異常帶進行驗證。結果表明，槽波探測結果與無線電坑透、鉆探結果較為接近，槽波探測可以對礦井生產起到良好的指導作用。

參考文獻：

[1]潘長斌，呂兆海，陳鐵軍，等.槽波地震探測技術在金家渠煤礦中的應用與分析[J].神華科技，2018（4）：23-27.

[2]劉剛.槽波地震勘探方法及應用分析[J].科技創新與應用，2016（9）：148.

[3]汪國勝，史心全，曹趙飛，等.槽波地震與無線電波透視探測效果對比分析[J].煤炭與化工，2013（10）：59-61.

[4]周國興.影響地震探測陷落柱的若干因素分析[J].能源技術與管理，2012（1）：40-42.