槽波超前勘探技術在巷道前方探測斷層的應用

高玉超 鄧重青 李繼路

（微山金源煤礦，山東 微山 277600）

大屯斷層為金源煤礦邊界斷層，為一走向近東西、傾向南的正斷層，落差80～600m。其中，23上18工作面附近斷層落差約300m，造成奧灰與煤層對接，奧灰水可以直接補給煤層及其頂底板砂巖，若保護煤柱留設不當，有可能造成奧灰突水，進而威脅礦井安全。因此采用槽波超前勘探技術在23上18進風順槽迎頭進行超前探測，探測大屯斷層的位置及走向，為礦井保護煤柱的留設、工作面安全回采提供可靠的地質保障。

1 槽波超前探測原理

槽波超前探測的原理類似于地震勘探中的反射法，在煤層中激發和傳播的槽波在沿著煤巷傳播時，如果工作面或者巷道前方存在反射界面，槽波就會發生反射，形成反射槽波，通過分析反射槽波、繞射波等，對其進行偏移成像，就能獲得反射界面的位置、走向等空間信息。其工作原理如圖1所示，圖中，×：炮點；○：檢波點；實線：地震波傳播路徑射線。

圖1 槽波超前探測方法工作原理示意圖

在煤礦中，通過巷道超前探測，可探明迎頭前方可能存在的地質構造（如斷層、陷落柱及溶洞等）的位置、產狀及規模等，并及時給出預測預報，使其可以提前合理規劃和治理，從而避免地質災害。

2 觀測系統設計

槽波超前探測方法基于直達槽波和反射槽波的時距曲線，能否準確拾取直達槽波和反射槽波的同相軸曲線將直接影響最終成像精度。檢波器排列長度需要達到一定值才可以較精確定位。另外斷層距離越近，定位越準確，且道間距不能過大，否則無法識別到準確的反射槽波曲線。因此排列的長度要合理選擇。

由于23上18工作面切眼已掘進，在進風順槽的左幫布置炮點和檢波點。進風順槽左幫布置40道檢波器，道間距2.5m，排列長度為100m。布設15個炮點，單孔炸藥量150g，以保證足夠的能量覆蓋。

3 實際探測工作

勘探區域為金源礦23上18進風順槽，有效探測距離約為迎頭前方120m范圍。

本次勘探在充分考慮現有的條件和目的任務的基礎上，在巷道左幫布置檢波點、炮點（激發點），如圖2所示，具體參數如下。

圖2 23上18進風順槽超前探示意圖

（1）道間距：2.5m。

23上18進風順槽左幫（J1-J40）。

（2）炮點位置：

左幫：P1距J110m，P2距J15m，P3位于J3和J4之間，P4位于J9和J10之間，P5位于J16和J15之間，P6位于J22和J21之間，P7位于J28和J27之間，P8位于J34和J33之間，P9位于J38和J39之 間，P10距 J405m，P11距 J4010m，P12距J4015m，P13距J4020m，P14位于切眼，距切眼5m，P15位于切眼，距切眼10m。

（3）總炮數：共15炮（設計15炮，實際施工15炮）。

（4）總道數：40道（設計40道，實際施工40道）。

（5）炮孔情況：在煤層中間位置鉆孔，孔深度為2m，誤差小于0.3m。所打全部炮孔都在煤層里。

（6）藥量和雷管選擇：150g瞬發雷管/炮，瞬發雷管。

（7）接收點技術要求：在處于煤層中間的錨桿上，使用轉接頭將檢波器固定在錨桿上（注意：錨桿須要在煤層中，且平行于煤層）。檢波器安置方向既平行于煤層，又平行于煤側壁，且保證所有檢波器方向一致。

4 數據處理分析

4.1 數據單炮記錄分析

選取第1炮和第13炮進行處理，經過對整個炮記錄進行正負視速度濾波和F-K分析等，然后拾取直達槽波埃里相位置，結果如圖3和圖4所示。

圖3 p1濾波分離剖面

圖4 p13濾波分離剖面

4.2 克希霍夫積分偏移成像

地面地震勘探中的水平疊加剖面雖然可以大致地反映出地下構造形態，但若要對復雜地質下構造異常體的位置、結構、構造等進行準確的描述，必須要對地震記錄進行偏移處理。特別是針對疊前地震勘探數據進行深度域的偏移，使得接收到的地震波場能被準確歸位，這樣處理后的地震剖面才符合真實的地下地質構造關系。進行偏移的方法很多，其中以聯合波動方程和Kirchhoff積分解和射線追蹤計算走時的應用最為廣泛和成熟。

此次采用克希霍夫積分偏移成像對采集的數據進行處理分析。

4.3 結果分析與解釋

根據最終積分成像結果，選擇x分量的成像結果進行最終的地質解釋。對最終的成果圖進行地質解釋，如圖5所示。

圖5 槽波超前探測成果解釋圖

根據最終成果圖共劃分解釋出3個異常（YC1、YC2和YC3），詳細解釋如下：

（1）根據最終反演結果，推測YC1異常為斷層，該異常與進風順槽夾角約38°，位于J16T導線點后約13m至J16T導線點前約29m，距離進風左幫巷約14～51m。

（2）YC2異常位于迎頭正前方，位于J17T導線點前約100m，對巷道掘進有一定的影響。

（3）YC3異常位于迎頭正前方，位于J17T導線點前約140m，對巷道掘進有一定的影響。

5 鉆探驗證及后期回采情況

為了對槽波超前探測結果進行驗證，進一步查清大屯斷層位置、導水性、富水性，留設合理斷層保護煤柱，為工作面安全回采提供可靠的地質資料，在迎頭位置進行鉆探施工。

5.1 鉆探設計

在詳細分析槽波超前物探結果資料及地質水文資料的基礎上，根據井下鉆探技術規范有關要求，結合礦井實際開采情況，充分利用現有巷道，本次共設計井下鉆孔4個，預計工程量約530.0m。其鉆孔參數如表1所示。

表1 設計鉆孔技術參數一覽表

5.2 鉆探結果

井下鉆探工程施工鉆孔4個，完成鉆探進尺503.5m。鉆孔施工工程技術參數如表2所示。

表2 鉆孔施工工程技術參數一覽表

各鉆孔施工過程中及終孔深度均未出現涌水。通過本次探查鉆孔施工，與槽波超前探測結果基本吻合，大屯斷層在工作面140m以外，工作面回采不受奧灰水威脅。

5.3 后期回采情況

工作面自初采后已安全回采500m，初次來壓步距40m，周期來壓步距18m，工作面回采期間無突水現象，涌水無變化。

6 結論

槽波超前探測不同于傳統的體波超前探測，具有能量強、傳播距離遠、波形特征易于識別等優勢，在礦井煤巷地質構造的超前探測中具有更廣闊的應用前景。金源煤礦槽波發育較好，探測范圍廣，能夠進行遠距離超前探測，槽波超前探測技術在滕縣煤田南部礦區具有較高的推廣應用價值。