槽波地震探測在煤峪口礦地質探測中的應用研究

陳燕廷

（晉能控股煤業集團有限公司煤峪口礦，山西 大同 037041）

煤峪口礦隸屬于大同煤業股份有限公司，位于大同煤田的南西部65°處，直線距離長達14 km。井田四周接臨周邊煤礦，鄰礦之間均設有保護設施，且沒有越采現象，周圍也不存在小窯開采。煤峪口礦井田區域地形為平緩丘陵，洪水沖刷切割劇烈，溝谷發育，支溝分布為羽狀，最高點位于井田的西南部，標高1 362.4 m，最低點在4號井的西面，標高1 058.2 m，相對高差最大達304.2m。

1 煤峪口礦地質概況

煤峪口礦現采掘工作面有三類：3個壁式綜采工作面、4個機掘工作面、4個工掘工作面。井田面積為17.906 7 km2，現主要開采11號、12號、14號煤層。本次探測8810回采工作面，綜采14號煤層，該工作面位于408盤區。煤層厚度大致為0.2～2.9 m，平均厚度為2.0 m。

8810回采工作面14號煤層存在偽頂、直接頂和老頂，地質構成主要為粉砂巖、泥巖、細砂巖、中砂巖、粗砂巖，底板主要組成為灰-灰黑粉砂巖、細砂巖。該工作面的整體上下均為巖石、中部為煤層，并且煤層與圍巖的物理特性存在較大差別，兩者之間的波阻抗也有較大差異，因此，煤層與圍巖分界處可作為地震波反射面，對煤層中槽波的傳播比較有利，且工作面寬度也較小，保證了槽波傳輸過程中的能量不容易發生衰減。據此可知，若想探測8810回采工作面地質異常體發育情況，適合選用槽波地震探測技術來進行探測。

2 槽波地震探測技術

2.1 槽波透射法

槽波地震探測技術利用了地震波在巖石層和煤層中傳播特性不同的特點，通過在探測區域制造、發射并接收地震波來分析數據特點，進而分析出地質構造特點。槽波地震探測技術包括槽波透射法（見圖1）和槽波反射法，其中透射法又分半透視觀測系統和完全透視觀測系統。結合8810回采工作面采掘工程資料以及其他相關資料，最終確定選擇探測精度較高的完全透視觀測系統[1]。

圖1 槽波透射法探測示意圖

2.2 探測任務

本文采用槽波透射探測技術主要是為了探測煤峪礦408盤區8810回采工作面內地質構造發育狀況，為工作面煤礦回采提供地質保障。本次探測需要完成以下兩個任務：探測斷層的發育情況；探測其他地質異常體發育情況。

2.3 影響因素分析

8810回采工作面地層是典型的含煤地層，結構為層狀結構，地層垂直方向的上層—中層—下層分別為巖層—煤層—巖層，中間層煤層上下分界面處均形成良好的波阻抗分界面，相較于上下巖層，煤層為低速導波層，地層條件滿足：

式中：ρ為相應物質密度；v為地震波在該物質中傳播的速度。

由此得出：ρ巖層v巖層＞ρ煤層v煤層，可見巖層波阻抗大于煤層波阻抗，這將有利于地震波發生全反射，且會不斷地向前傳播。

除上述有利條件外，運用槽波透射探測技術探測時也存在不利因素。由于施工區域地質結構復雜，可能會使波場變得復雜甚至不可辨；煤層夾矸，且厚度不均勻，影響波的傳播；巷道不平穩，局部穿過夾矸層，可能導致波的激發和接收發生在不同層面。

通過以上分析，8810回采工作面具備槽波地震探測的基本要求，但同時也存在一些影響探測效果的因素，施工過程中，應對多方因素予以充分考慮。

2.4 施工方案

采用完全透視觀測系統探測手段進行探測施工，將放炮點設在機巷，接收點設在風巷，然后交換位置，再將放炮點設在風巷，接收點設在機巷。本次施工共設置放炮點50個，兩兩間距約20 m，炮孔深度大致在1.5～2.0 m，炸藥200 g，接收點共設置80個，道間距約10 m，具體參數如表1所示。

表1 地震波激發、接收點設置參數表

施工中，探測儀器放炮啟動記錄儀、傳感器、檢波器等設備均要嚴格按施工方案安裝到位。設好放炮點、接收點后，進入激發工序，按要求鉆井，并放置炸藥，然后通過放炮激發地震波，之后利用檢波器等設備接收地震波，由數據記錄儀進行數據采集記錄，最后對采集到的數據進行分析，從而得出工作面地質發育情況。

3 應用分析

3.1 探測結果

8810回采工作面經上述探測工程施工后，共獲得三組圖像數據：槽波能量衰減系數平面圖（見圖2）、透視P波速度平面圖（見圖3）、槽波頻散系數平面圖（見圖4）。

圖2 槽波能量衰減系數平面圖

圖3 透視P波速度平面圖

圖4 槽波頻散系數平面圖

3.2 結果分析

1）槽波能量衰減系數平面圖：圖2中冷色系區域表示衰減系數小，暖色系區域表示衰減系數大，衰減小的區域內地層構造簡單或煤層結構正常，反之說明地質發育復雜或煤層結構復雜。

2）透視P波速度平面圖：圖3中暖色區域為高速P波分布區，觀察發現有多處條帶狀高速異常區，說明P波穿越巖石層，構造發育。圖3高速異常區與圖2能量衰減大的區域具有一致性，說明結果準確可靠。

3）槽波頻散系數平面圖：圖4中冷色向暖色過度，說明頻率變化由大到小，即冷色區頻散性更強，也說明地質構造復雜或煤層厚度發生變化。

結合槽波地震探測原理及探測結果圖像的分析，8810回采工作面煤層夾矸發育、厚度不均，分析得出：工作面內存在斷層，落差在3～10 m的有少數幾條，落差在3 m以下的發育較多；沒有發現其他地質異常體[2-3]。

4 結語

1）本次施工放炮點設置50處，槽波接收點設置有80處，波場完全覆蓋整個工作面。

2）經采集的數據得出三組圖像數據，分別為：槽波能量衰減系數平面圖、透視P波速度平面圖、槽波頻散系數平面圖。

3）圖像結果較好地解釋了工作面內斷層及異常體發育情況，即：工作面內部存在斷層，落差在3～10 m的有少數幾條，落差在3 m以下的發育較多，沒有發現有其他地質異常體。

4）結合其他技術手段以及實際采掘已有的資料進行綜合分析，發現結果一致性較高，表明槽波地震探測技術在本礦區有較好的探測應用價值，且可以推廣到地質條件相近的其他礦區的探測中去[4]。