干河礦2-118工作面構(gòu)造區(qū)域槽波勘探技術(shù)研究與應(yīng)用

韓 躍

（山西霍寶干河煤礦有限公司，山西 洪洞 041600）

1 工程概況

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霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司干河煤業(yè)2-118工作面主采2號煤層，煤層厚度為3.23～4.21 m，平均厚度為3.72 m，平均傾角為8°，屬于煤層穩(wěn)定性煤層，煤層頂板巖層為中粒砂巖和K8細(xì)粒砂巖，底板巖層為粉砂巖和細(xì)粒砂巖，根據(jù)巷道揭露情況，2-118工作面內(nèi)的主要有斷距大致在2～4 m的小斷層6條，直徑大于10 m的陷落柱1個，但現(xiàn)有工作面內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造情況資料僅依據(jù)巷道揭露時獲取，現(xiàn)為充分掌握工作面區(qū)域內(nèi)構(gòu)造區(qū)域的范圍及具體位置，采用槽波勘探技術(shù)進(jìn)行工作面區(qū)域內(nèi)的勘察探測。

2 槽波勘探技術(shù)實(shí)施

2.1 設(shè)計實(shí)施原則

槽波勘探技術(shù)中主要的技術(shù)參數(shù)均在觀測系統(tǒng)中進(jìn)行設(shè)置，觀測系統(tǒng)是指地震波激發(fā)點(diǎn)與接收點(diǎn)之間的相互幾何位置關(guān)系，其主要參數(shù)有道間距、炮間距和最小炮檢距等。在槽波地震勘探中，由于受開采技術(shù)條件的限制，所探測的地段可能只有1條巷道或若干條巷道，故接收點(diǎn)布置就不可能像地面三維地震勘探一樣布置成面積狀的觀測系統(tǒng)，接收點(diǎn)只能沿巷道呈線狀布置排列[1-2]。對于反射法，激發(fā)點(diǎn)與接收點(diǎn)則布置在同一巷道內(nèi)；對于透射法，激發(fā)點(diǎn)與檢波點(diǎn)布置在不同的巷道內(nèi)。

就一般情況而言，探測區(qū)周圍大多可有幾條巷道。根據(jù)要求探測的詳細(xì)程度，除了選擇最佳觀測方式組合外，還要對每種觀測方法選擇最佳排列參數(shù)，如道間距、炮間距、偏移距和最遠(yuǎn)炮間距。觀測系統(tǒng)參數(shù)的選擇非常重要，主要考慮如下：

1）保證足夠的探測精度，能分辨出計劃探測最小目標(biāo)體。

2）觀測系統(tǒng)設(shè)計的合理與否將直接影響施工效率和探測效果。如道間距或炮間距太密，會造成工作量太大、效率太低；相反，太疏時就有可能漏掉構(gòu)造。

3）觀測系統(tǒng)選擇合理，可有效壓制部分干擾。

2.2 觀測系統(tǒng)設(shè)計

結(jié)合2-118工作面和巷道建設(shè)的實(shí)際情況以及地質(zhì)條件，本次槽波勘探選用槽波透射法及反射法相結(jié)合的觀測系統(tǒng)，具體設(shè)計如下：

1）在2-118工作面輔助運(yùn)輸巷和皮帶運(yùn)輸巷布置檢波點(diǎn)，道間距為15 m，共計108個檢波點(diǎn)。

2）第1天的檢波器編號：J1—J30（反射法）、J31—J60（透射法）。

3）第2天的檢波器編號：J1—J30（反射法）、J1—J48（透射法，實(shí)際施工布置）。

4）在2-118工作面輔運(yùn)順槽輔助運(yùn)輸巷、以及聯(lián)絡(luò)巷布置炮點(diǎn)，炮間距15 m，共設(shè)計69炮：①第1天的炮點(diǎn)編號：P1—P30、聯(lián)絡(luò)6—聯(lián)絡(luò)12；②第2天的炮點(diǎn)編號：P1—P30。

干河礦2-118工作面的550～1 400 m段的透射和反射聯(lián)合勘探任務(wù)，共計2天完成。第1天，勘探完成1 400～958 m段；第2天，勘探完成958～550段。實(shí)際工作量材料圖如圖1所示。

圖1 2-118工作面槽波地震勘探實(shí)際材料圖

反射槽波地震勘探觀測系統(tǒng)主要參數(shù)（第1天和第2天相同）：①道間距15 m；②炮間距15 m；③總道數(shù)30；④總炮數(shù)30；⑤覆蓋次數(shù)（最大）30。

由于覆蓋次數(shù)不均勻引起的處理問題，在后續(xù)處理中須要提取部分地震數(shù)據(jù)使其整個覆蓋次數(shù)趨于均勻。在實(shí)際槽波地震勘探中，共完成62個炮點(diǎn)。

2.3 施工方法與過程

1）施工方法：①檢波點(diǎn)、炮點(diǎn)布設(shè)：以相對坐標(biāo)系原點(diǎn)為起點(diǎn)，15 m一點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，進(jìn)行檢波點(diǎn)布設(shè)，炮點(diǎn)布設(shè)在2臺檢波器正中間，依次布設(shè)；②測量儀器：德國SummitⅡEx防爆遙測數(shù)字地震儀、北京中礦大地YTC9.6防爆無纜遙測數(shù)字地震儀；③施工方法：透射槽波地震勘探，反射槽波地震勘探[3-4]。

2）施工過程：①檢波點(diǎn)、炮點(diǎn)布設(shè)：根據(jù)施工設(shè)計情況，回風(fēng)巷以相對坐標(biāo)原點(diǎn)為起點(diǎn)，15m一個布設(shè)檢波點(diǎn)，在2臺檢波器之間布設(shè)炮點(diǎn)。皮帶巷以切眼處為起點(diǎn)，每15 m布設(shè)1個檢波點(diǎn)；②測量控制：采集員對工作進(jìn)程進(jìn)行測量控制，依據(jù)德國SummitⅡEx防爆遙測數(shù)字地震儀、大地YTC9.6防爆無纜遙測數(shù)字地震儀的性能特點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；③施工方法：在回風(fēng)巷內(nèi)，炮點(diǎn)與檢波點(diǎn)在同一巷道內(nèi)，為反射法槽波地震勘探。在皮帶巷內(nèi)無炮點(diǎn)，皮帶巷內(nèi)接受透射槽波地震數(shù)據(jù)。

3 探測資料處理與分析

3.1 透射法資料處理成果及分析

工作面采用槽波透射勘探對工作面950 m范圍區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造情況進(jìn)行探測，通過對探測數(shù)據(jù)的處理得出工作面透射槽波能量CT成像見圖2。

圖2 工作面1 450-1 000 m槽波能量衰減透射法CT成像及解釋圖

分析圖2可知，在槽波能量成像圖中，紅色代表能量衰減較多區(qū)域，黃色次之，藍(lán)色代表槽波衰減少[5-6]。基于本次CT成像的解釋圖可知，探測區(qū)域存在3個異常（其中F-3異常可能為斷層或陷落柱）區(qū)域，分別如圖中F-1，F(xiàn)-2，F(xiàn)-3所示，其中F-1與皮帶順槽近平行，距離50～75 m，其中在橫坐標(biāo)為1 450-1 150 m處平行于皮帶順槽，1 150-1 050 m處斷層位置與皮帶順槽楔形向內(nèi)，與皮帶順槽大致70-120 m；F-2斷層起始于聯(lián)絡(luò)巷處，斜向上，其中段連通性較差；F-3異常可能為陷落柱，其長軸展布長度約83 m，中心位置距離輔助運(yùn)輸巷約50 m。在圖中右側(cè)虛線為實(shí)際透射法勘探分界線，虛線左側(cè)為實(shí)際第1天透射勘探區(qū)域，虛線右側(cè)為空白區(qū)域。

3.2 反射法資料處理成果及分析

由于防爆遙測數(shù)字地震儀所配的數(shù)據(jù)線有限，在第2天僅進(jìn)行了反射勘探的數(shù)據(jù)采集工作，沒有進(jìn)行工作面1 000-550 m段的透射地震數(shù)據(jù)。通過對P波反射偏移成像結(jié)果進(jìn)行分析，得出工作面不同區(qū)段P波反射法偏移成像結(jié)果，如圖3所示。

圖3 2-118工作面P波反射法偏移成像圖

圖3 （a）中出現(xiàn)1條明顯的斷層反射軸貫穿整個勘探區(qū)域，雙程走時為100～120 ms，由前面的速度分析，可知該區(qū)域的P波速度為2 800 m/s，計算得到該斷層距離輔運(yùn)順槽140～170 m，同時該斷層中部反射軸不強(qiáng)烈，推測斷層斷距減小或斷層破碎。由前面的透射結(jié)果，可推測該斷層對應(yīng)為F-1。

圖3（b）中出現(xiàn)1條的斷層反射軸，但是反射軸不清晰，振幅存在較大變化，斷層反設(shè)軸貫穿整個勘探區(qū)域，雙程走時為80～100 ms，由前面的速度分析，可知該區(qū)域的P波速度為2 800 m/s，所以計算得到該斷層距離輔運(yùn)順槽110～40 m，根據(jù)前面分析，該斷層是F-1斷層。

綜合P波反射法能夠得出，整個工作面區(qū)域P波反射法偏移成像結(jié)果如圖4所示。

圖4 2-118工作面整體區(qū)域P波反射法偏移成像圖

分析圖5可知：①斷層F-1走向如圖所示，幾乎貫穿整個勘探區(qū)域；②斷層距上巷道距離70～110 m，其中，1 450-1 150 m區(qū)域距離為70～80 m，1 200-550 m區(qū)域距離為80～110 m；③斷層1 350-1 250 m區(qū)域、900-750 m區(qū)域反射軸較模糊，說明該區(qū)域斷層斷距變小或斷層面破碎嚴(yán)重。

3.3 分析結(jié)果匯總

2-118工作面地質(zhì)構(gòu)造情況具體如下：

1）正斷層F-1，其在工作面內(nèi)部的位置為整體上距離皮帶運(yùn)輸巷道約60～110 m，在聯(lián)絡(luò)巷揭露處距離皮帶巷約60 m。F-1斷層的斷距大于煤層厚度，整體上走向近東西，沿走向延伸約900 m。

2）正斷層F-2，在聯(lián)絡(luò)巷揭露處距離輔助運(yùn)輸巷約64 m。該斷層的斷距小于煤層厚度的小斷層，走向北偏東約41°，沿走向延伸約130 m。

3）陷落柱F-3，其中心位置與輔助運(yùn)輸巷的垂直距離約為50 m，與聯(lián)絡(luò)巷的垂直距離約為170 m，其平面分布形狀近似橢圓形，長軸展布長度約為83 m，短軸長度約為30 m。

綜合上述分析，工作面槽波勘探地質(zhì)解釋結(jié)果匯總，具體工作面各異常區(qū)域位置如圖5所示。

圖5 2-118工作面地質(zhì)解釋成果圖

4 結(jié)論

根據(jù)2-118工作面回采巷道掘進(jìn)揭露的地質(zhì)構(gòu)造分布情況，采用槽波勘探技術(shù)進(jìn)行工作面區(qū)域內(nèi)的勘察探測，基于槽波探測的設(shè)計原則，進(jìn)行探測方案的設(shè)計，并進(jìn)行實(shí)際施工，通過探測結(jié)果分析，得出工作面內(nèi)正斷層F-1、F-2及陷落柱F-3的分布形態(tài)及范圍。