兩種物探方法在薄層礦體斷層探測中的應用

劉振慶

（山西靈石銀源安苑煤業有限公司，山西 晉中 031300）

薄層礦體內揭露斷層延展范圍探測主要采用坑透法和槽波地震兩種探測方法，由于槽波地震成本較高、采樣時間長，需要巷道內放炮，對巷道成型影響大，尚未大范圍普及。坑透法由于具有施工簡便快捷的優點，已經被廣泛應用。由于坑透探測技術在薄層礦體中探測精度較低，應需要本文采用坑透及瑞雷波探測兩種方法，對回采工作面切眼揭露斷層延展情況進行探測，結合瑞雷波探測成果、地質及鉆探資料分析，準確圈定揭露斷層延展范圍，為后期工作面改造提供重要依據。

1 地質概況

某工作面煤層穩定、結構單一，以半光亮煤為主，黑色、粉快狀構造，易碎、預計煤厚1.20m～1.29m，平均煤厚1.28m。

頂板為灰色、灰白色、結構致密、裂隙發育的K2灰巖，頂板為結構致密、性脆的砂質泥巖。工作面走向長度830m，切眼長度120m，工作面掘進至距切眼100m范圍出現煤層起伏，切眼掘進過程中揭露走向232°，傾角65°，落差4.3m正斷層，嚴重影響回采。

2 坑透法探測原理及局限性

2.1 原理

坑透法是利用高頻電磁波在煤層中的衰減幅值來研究、確定目標體的位置、形態、大小等參數的一種常用的礦井物探方法，該方法主要通過研究電磁波在鉆孔或工作面兩順槽間的傳播特性和被介質吸收的情況來尋找、圈定各種目標，主要用來探測工作面內構造、煤層變薄帶等[1]。

2.2 局限性

煤層和巖石對所發射高頻電磁波的吸收是不同的，低電阻率的巖石對電磁波能量吸收作用大，因此接收的信號弱，而高阻煤層吸收作用小，接收的信號強。在薄煤層中進行探測時，電磁波能量多衰減在頂底板巖層中，造成異常構造分辨率大幅降低[2]。

2.3 現場施工

本次施工使用WKT-E型坑透儀，采用頻率0.5MHz的天線進行接收，利用定點觀測方法，可以發射點距50m，接收點距10m，每個發射點接收11個數據，在兩順槽共布置發射點10個，接收點總計110個。

3 瑞雷波法探測原理

3.1 原理

瑞利波探測法是礦井地質經常采用的掘進工作面超前勘探方法之一，該方法主要通過采集人工激發的瑞利波所攜帶的地質信息來分析探測前方構造發育情況，主要是利用瑞利波的兩個特性：一是波在分層介質中傳播時的頻散特性；二是波的傳播速度與介質的物理力學特性密切相關[3]。

3.2 現場施工

根據坑透探測成果，橫坐標50m～100m、100m～200m范圍圈定2處陰影異常（A、B），選擇于橫坐標70m、120m位置各采集1組瑞雷波分層曲線，為保證探測精度采集5條曲線用于對比。

4 成果分析

4.1 坑透探測成果分析

分析圖1發現圖中陰影區域主要呈條帶狀分布，橫坐標40m～100m，縱坐標0～50m范圍、橫坐標100m～200m，縱坐標30m～100m范圍（圖中虛線圈定A、B異常區）存在明顯條帶陰影異常，結合實際揭露情況分析，A異常處未揭露斷層，存在煤層傾角變化，推測為褶曲構造影響所致，B異常對應切眼位置揭露斷層，推測為斷層延展范圍。

圖1 工作面相對衰減成像圖

4.2 瑞雷波探測成果分析

圖2 瑞雷波分層曲線圖

分析圖2發現，（a）圖縱坐標30m位置（圖中虛線劃定位置）無明顯分層界面，（b）圖縱坐標30m位置存在較明顯分層界面，故推測圖1坑透探測成果圖中A異常為假異常，要求在橫坐標70m、120m位置沿煤層方向向工作面內垂直施工2個鉆孔。

4.3 鉆探成果分析

結合圖1、圖2及鉆孔資料分析，70m位置鉆孔施工50m距離未見異常，120m位置鉆孔至31m遇斷層[4]。故圖1中B異常為斷層延展范圍，根據此成果建議礦在圖1橫坐標100m位置重新開切眼對工作面進行改造，結果新切眼未揭露斷層，探測成果與實際情況很好吻合。

5 結論

本文通過分析兩種物探方法探測成果結合鉆探成果資料，準確圈定薄煤層中斷層延展范圍，為煤礦工作面回采提供技術支持。