三維地震勘探技術在煤礦開采過程中的應用

楊永波

（黑龍江省煤田地質物測隊 黑龍江 哈爾濱150008）

1 概況

1.1 礦井概況

東榮三礦是雙鴨山礦業集團的主力礦井之一，設計生產能力150萬t/a。開拓方式為立井分區式上山開拓，煤層群聯合開采，現生產水平為-300 m水平和-600 m水平。東榮三礦井田位于東榮井田福山背斜的西翼，井田以斷裂構造為主。井田內F10、F41、F41-1、F48、F53和F56斷層。受這幾條大斷層的影響，井田內小斷層密集，且相互切割并伴有巖漿巖侵入，對煤層破壞比較嚴重，屬構造復雜礦井。

1.2 勘探區概況

-600m水平由沈陽煤礦設計院依據1985年《雙鴨山礦務局東榮三礦精查地質報告》設計了兩條綜采生產線，確定為150萬t/a的綜合機械化采區。隨著近年來的地質補充勘探和開拓工程及采煤過程中實見，發現該區構造情況比原精查報告更為復雜。為了查清該區地質構造的發育情況并優化采掘設計，為采掘工作提供可靠的地質依據，雙鴨山礦業集團委托我隊對該區進行了三維地震勘探。

2 勘探區基本地質條件及需解決的問題

2.1 地質條件

東榮三礦井田位于集賢煤田東南，區內地層系統簡單，侏羅系上統不整合于古生界泥盆系與元古界麻山群及其侵入花崗巖組成的拼合基底上。區內地層層序為鉆孔連續控制。城子河組地層為主要含煤巖系，含煤層段地層總厚616～1376m。地面被第四系地層覆蓋，與下覆第三系地層呈角度不整合接觸，第四系地層厚度介于52～240m之間。其下的第三系地層與下伏的城子河組煤系地層呈不整合接觸，第三系地層厚度介于0～240m之間。勘探區內發育的可采煤層不多，24#煤層只是在測區西部分布一小塊，面積不大。該煤層結構較簡單，有1～2層夾矸，為較穩定煤層，厚0.05～1.64m。頂板為粉砂巖，底板為粉、細砂巖。30#煤層：為全區發育主要可采煤層，結構較復雜，有1～4層夾石，為較穩定煤層。頂板以粉砂巖為主，底板以細砂巖和粉砂巖與細砂巖互層為主。勘探區內30#煤層的厚度為0.75～6.31m，淺部地段的煤厚均在5m以上。24#煤層與30#煤層之間的距離，一般在285m-305m之間。

2.2 構造條件

三維地震勘探區總體形態上為一單斜構造，傾向西，走向近似南北。其煤層傾角一般在12°～17°之間，測區東南部地層傾角能達到35°以上。測區內斷層較多，構造相對比較復雜，精查報告查明的斷層有F10、F41、F41-1、F48、F53和F56斷層。

2.3 需解決的地質問題

(1)勘探區內24、30煤層底板起伏形態，深度誤差不超過±1.5%；

(2)勘探區內落差在5m以上的斷層和3～5m的斷點，其平面擺動不超過±30m；

(3)研究火成巖對24、30煤層的破壞情況；

(4)研究24、30煤層的厚度變化趨勢。

3 勘探成果驗證與分析

3.1 煤層賦存形態的控制

在勘探區內已有地面補充勘探鉆孔6個，井下探巷10個，采區的開拓工程已經完成，并對部分采面進行了采煤工作。對煤層賦存形態的控制點數較多，但由于勘探區內斷裂構造發育，煤層賦存形態在局部有較大變化，本次三維地震勘探的重點為24、30煤層。24煤層驗證點的平均誤差為5.73m，精度誤差為0.93%；30煤層驗證點的平均誤差為4.62m，精度誤差為0.72%，完全符合三維地震合同誤差1.5%的要求。

3.2 構造情況的控制

本次三維地震勘探對24、30煤層的底板起伏形態的控制，與原精查報告一致，但三維地震勘探在原精查報告單斜的基礎上，局部發育有小的背、向斜。原來的精查報告解釋斷層只有6條，本次三維地震勘探共解釋斷層211條，其中正斷層197條，逆斷層14條，24、30煤層均被切割的斷層有151條，只切割24煤層的斷層有28條，只切割30煤層的斷層有32條。其中落差大于10m的斷層74條。本次三維地震勘探新發現斷層205條，其中落差大于10m的斷層68條，落差5～10m的斷層69條，落差小于5m的斷層68條。可靠斷層164條，占77.73%；較可靠斷層46條,占21.80%；控制程度較差斷層1條，占0.47%。從礦井工程的實際揭露來看，三維地震勘探對一些斷距比較大的斷層的控制是比較準確的，對采礦生產有較好的指導作用。而對一些落差比較小，特別是落差較小的逆斷層解釋不太理想，斷距與實際揭露的出入較大，但平面位置比較準確。這與本次選擇勘探所采用的三維地震觀測系統有一定的關系。

4 經濟效益分析

(1)在補充鉆探及采掘工程資料的基礎上，本次三維地震勘探進一步查明了該礦的構造情況，尤其是較大落差斷層的確定，為優化采掘設計、采煤施工提供了更加可靠的地質資料。根據三維地震勘探資料對24煤層、30煤層的采掘設計進行了修改，大大減少了工程量，可節省資金800余萬元。

(2)三維地震的立體勘探，比鉆探投入少，獲得的地質信息比鉆探多，利用鉆探極限布孔1km2布孔9個，每孔資金70萬元，需要資金600多萬元，而三維地震勘探1km2只需要有2～3個鉆孔，最多需要資金300余萬元，每平方千米節約資金300多萬元，對煤層的賦存情況、斷層的控制程度比鉆探高得多，同時勘探周期也比鉆探縮短很多。

5 結束語

5.1 煤礦應用三維地震勘探技術的必要性

(1)東榮三礦已經開采20多年，隨著礦井逐漸延深，礦井深部地質構造越來越復雜，而綜采對地質條件的適應性比較差，迫切需要應用三維地震勘探技術，加強對煤層賦存狀況、地質構造的精細控制，以滿足綜合機械化采煤的要求。

(2)在謀劃企業的長遠發展時，首先要考慮采礦生產的高產與高效，帶動煤礦企業整體效益的穩步提高。只有迅速獲得準確可靠的地質資料，準備出高產高效采礦工作面，再加上精良的設備、高素質的人員、現代化的管理手段等措施，煤炭生產的高產高效才能夠實現。所以，三維地震勘探技術在煤礦高產高效中能發揮重要作用。

5.2 提高地質技術人員的綜合素質

(1)隨著三維地震勘探技術在煤礦的廣泛應用，對三維地震資料的驗證工作越來越多，能否熟練運用三維地震資料解釋礦井地質現象及煤層賦存狀況就顯得尤其重要。所以，應加強對煤礦地質人員有關三維地震技術的培訓，使地震資料的應用更加廣泛、準確，隨時指導采掘設計及采煤施工。

(2)在三維地震的數據采集與資料解釋過程中，煤礦地質技術人員的參與是必不可少的，這將會使資料的解釋更符合實際，同時大大減少工作的難度，同時能夠縮短勘探周期。

[1]丁在宇,羅振麗.高分辨三維地震技術在煤礦開采中的應用和發展[J].能源技術與管理,2004(04).