新技術在煤礦地質構造探測中的應用分析

崔云飛

（晉能控股煤業集團大西煤礦,山西 晉城 048100）

隨著煤礦不斷開拓延伸，礦井地質條件日益復雜，地質構造成為了影響采掘施工的重要因素之一。煤礦傳統上主要采用三維地震探測、坑透技術等技術手段對采掘區域地質構造進行探測，但是傳統地質探測技術手段局限性大、精度低，無法保證采掘工作面施工安全。所以，本文以大西煤礦3018運輸順槽掘進為例，在巷道掘進期間采用了槽波反射法進行地質構造探測，該技術可探測范圍達煤層厚度的300倍以上，可對復雜條件開采區域的斷層、褶皺、陷落柱等進行精準探測。

1 3018運輸槽概述

3018運輸順槽北部為實體煤，南部為實體煤，西部為礦界，東部為軌道大巷。巷道坡度2°～7°，該巷道有工作面運料、進風、行人等作用，施工中應加強頂幫支護管理及瓦斯管理。3018運輸順槽設計掘進長度889 m，含風橋、繞道、聯絡巷等附屬工程，屬于回采巷道。

3018運輸順槽掘進煤層為3#層，煤層傾角約為3°～7°，傾角3°，工作面所掘3號煤層位于山西組中下部，煤層厚度為2.6～3.2 m，平均為2.8 m，穩定可采。根據礦地測科提供資料顯示，巷道掘進過程中在300 m、700 m處分別存在一條斷層F2、F3，斷層平均落差為1.7 m，平均傾角為55°，為了準確判斷斷層位置及斷層參數，保證巷道安全快速掘進，決定采用槽波反射法進行探測。

2 槽波反射法原理

槽波反射法主要是在井下巷道中安裝一套槽波發射裝置及一套接收裝置來對巷道進行全方位探測。該方法在井下巷道的探測方面具有較廣的使用空間。當井下掘進巷道由于斷層帶多、地質構造復雜等原因，如造成某些區域無法探測，勘探人員使用傳統的槽波透射法無法對井下巷道全方位探測的情況時，就可以采用槽波反射法對井下巷道進行勘探。這是因為槽波發射裝置及接收裝置體積較小，不受巷道布置限制，施工人員很容易在同一巷道內安裝設備。此外，由于井下掘進巷道的頂板及底板巖層均具有較好的導波性，槽波探測在巖層中能夠更好的發揮效果。槽波反射法探測還有抗干擾強、精確度高、波形識別率高、能量強等優點，在實際使用中，不會由于巷道周圍鐵磁性物質影響而造成探測結果有誤。該法施工平面示意圖如圖1所示。

圖1 槽波反射法施工平面示意圖

3 槽波反射法應用分析

3.1 探測裝備

3018運輸順槽主要采用YKZ5型地震儀進行槽波反射探測。地震儀具有對槽波進行無線遙測、集中回收及分布式采集的功能，采用MEMS傳感技術對微弱槽波數據進行提取、探測，同時還能夠對采集的信號進行儲存及分析處理。該地震儀使用64位嵌入技術及A/D轉換功能，具有穩定向強的優點。

3.2 測點布置

1）由于3017工作面正處于回采階段，3017回風順槽與3018運輸順槽之間設計預留保安煤柱寬度為25 m，3017回風順槽規格為寬×高=4.5 m×3.0 m，巷道頂板及圍巖主要采用錨桿（索）聯合支護，圍巖穩定性好，所以決定在3017回風順槽布置槽波反射探測點，對3018運輸順槽掘進區域進行地質探測。

2）3017回風順槽內每相鄰20 m布設一個槽波激發點，同時要保證所有的激發點要均勻的安裝在煤層的中部位置，共計布置25個，這樣能夠確保槽波的激發質量。炮孔的鉆孔深度為2.8 m，采用瞬發電雷管進行激發，鉆孔黃泥進行封孔，激發點從里到外依次編號為S1～S20。測點布置如圖2所示。

圖2 3017回風順槽槽波反射測點布置平面示意圖

3）3017回風順槽每10 m布置一個槽波接收點,共計50個，且所有的接受裝置均勻的安裝在煤層的中部位置，這樣能夠確保槽波的接受信號，接受點從里到外也要依次編號為G1～G50。

3.3 探測施工

1）3017回風順槽槽波激發、接收、采集作業共進行了3個小時，觀察采集到的槽波數據均符合標準。技術人員對接收信號進行分析發現，在炮點G18～G44范圍內反射的槽波存在明顯異常，與3017回風順槽水平距為45 m，且成線狀布置。根據反射槽波速度以及槽波分布形態可以推斷，在該區域內存在一條正斷層，斷層落差在2.0 m左右，延伸長度達24 m，但是在700～800 m處未探測到異常區。

2）為進一步驗證槽波反射法探測結果，決定在3017回風順槽300～500 m段向3018運輸順槽施工探測孔，孔深為100 m，鉆孔間距為10 m。根據鉆探結果發現，該區域存在一個延伸距離為15 m、落差為1.8 m的正斷層，且該處的巖層破碎比較嚴重，施工人員在掘進至該處時需提前采取支護措施，避免破碎斷層帶對掘進工作產生影響。

4 結論

大西煤礦采用槽波反射法對3018運輸順槽進行探測，通過實際應用效果來看，取得了顯著應用成效：

1）相比傳統三維地震、坑透等技術手段，槽波反射法具有探測精度高、便于操作、測距遠以及測點布置方便等優點，可應用于井下復雜地質條件的采掘工作面中，而且還可用于隧道、石油化工等領域中，適用性強，具有較高應用價值。

2）采用槽波反射法明確了3018運輸順槽在325 m處存在一條正斷層，斷層落差為1.8 m，傾角為52°，并通過井下鉆探驗證與槽波反射法探測結果相符，為后期巷道掘進過斷層前進行超前鉆探、掘進工藝調整、支護強化提供了有力的依據，有效保證了巷道安全快速掘進。