羊東礦8471 工作面多方法聯合物探應用及效果

何繼剛

（冀中能源峰峰集團有限公司，河北 邯鄲 056200）

1 概 況

羊東礦8471 工作面為4 煤綜采工作面,位于五一采區，設計工作面走向長498 m，傾斜長127 m。標高為-738—-782 m，該工作面地質條件較復雜，總體呈向斜構造形態，受褶曲構造影響，煤巖層產狀變化較大，走向為N16°～WN25°E，傾向NE ～SW，煤巖層傾角5°～23°，平均傾角15°，受下伏奧灰水威脅，屬帶壓開采，水文條件復雜。厚度0.94 ～1.23 m，平均厚度1.2 m，煤層穩定，結構簡單，無夾石，局部有結核。8471 工作面受71 向斜及F10-1 斷層（H=33 ～40 m） 影響，附近次生小斷層交錯發育。工作面實際揭露斷層33 條，均為正斷層，落差大于1.5 m 以上斷層8 條，最大落差H=5.5 ～9 m，1.5 m 以下25 條。

2 施工方案及工作量

2.1 瞬變電磁

現場接收、發射框間距10 m，發射頻率25 Hz，疊加次數64，線框尺寸1.5 m×1.5 m。工作布置為工作面全覆蓋，其中運料巷長500 m，溜子道長700 m，切眼長120 m，切眼超前2 組。共完成多角度側線長1 440 m。

瞬變電磁探測角度設計如圖1 所示。

運料巷（0 ～50 號）：探測角度為里幫0、-20°、-40°、-60°、-80°，外幫-30°、-60°，共7 個角度，測點間距10 m。

溜子道（0 ～70 號）：探測角度為里幫0、-20°、-40°、-60°、-80°，外幫-30°、-60°，共7 個角度，測點間距10 m。

運料巷切眼超前探測1 組，探測范圍為運料巷切眼處向外90°范圍，探測角度為垂向0、-20°、-40°、-60°，共4 個角度。

溜子道磁超前探測1，探測范圍溜子道左幫0～右幫180°，每15°探測一組方向，每組方向探測角度為垂向0、-20°、-40°、-60°。

2.2 電測深法工作布置

工作面電測深測線布置如圖2 所示，分別在運料巷和溜子道布置測點和測線。

圖2 工作面電測深測線布置示意Fig.2 The layout of electric depth-measurement line in the working face

運料巷測線布置自測點20 往里18 m 至切眼與溜子道交口處，共布置2 站，其中第一站布置45個電極，測線長度約440 m；第二站布置43 個電極，測線長度約420 m，2 站之間重合120 m，平均電極間距10 m。

溜子道測線布置自測點15 ～測點53 往里40 m，共布置2 站，其中第三站布置41 個電極，測線長度約400 m，第四站布置45 個電極，測線長440 m，2 站之間重合120 m，平均電極間距10 m。

運料巷完成電測深測線長860 m，溜子道完成電測深測線長840 m，測線總長度共計1 700 m。

2.3 槽波地震測線布置與工作量

8471 工作面槽波地震探測采用面內雙巷透射加面外反射觀測系統，共布置3 個測站，具體測站及測線布置如圖3 所示。8471 工作面內槽波地震透射測線長1 146 m，切眼地震反射測線長126 m，測線總長度共計1 272 m。

圖3 工作面槽波地震測站及測線布置示意Fig.3 The layout of in-seam wave seism station and survey line in the working face

測站1：8471 運料巷和切眼激發，8471 溜子道接收。在8471 運料巷和切眼布置炮點，平均炮間距20 m，共27 個，編號P1-1～P1-27；在8471溜子道布置接收點，平均道間距10 m，共50 個，編號J1-1～J1-50。

測站2：切眼外幫槽波反射探測。在切眼外幫布置炮點，平均炮間距10 m，共12 個，編號P2-1～P2-12；在切眼外幫布置接收點，平均道間距10 m，共12 個，編號J2-1～J2-12。

測站3：8471 溜子道激發，8471 運料巷接收。在8471 溜子道布置炮點，平均炮間距20 m，共24個，編號P3-1～P3-24；在8471 運料巷布置接收點，平均道間距10 m，共48 個，編號J3-1～J3-48。

3 物探解釋成果

3.1 瞬變電磁解析方法及結果分析

去除探測中勘探范圍內的金屬體和巷道積水等干擾因素，使煤層與含水異常時形成明顯的物性差異。煤層通過突出顯示底板巖層構造裂隙發育且含水時的低電性與不含水巖層的高電性差異，利用這些物性差異，確認為是煤巖層是否含水的反映。

巷道實測數據先進行去噪、濾波，然后進行反演，即可繪制成視電阻率等值線斷面圖。采用水文地質研究與物探資料解釋相結合的基本原則，減少異常的多解性，提高解釋可靠性。

（1） 運料巷探測成果，運料巷0 ～500 m 段共探測7 個方向，在46 號～49 號探測出低阻異常為相對低阻異常區，結合現場條件分析為受掘進機影響所致。

（2） 溜子道探測成果，溜子道0 ～700 m 段共探測7 個方向，在53 號～54 號探測出的異常為相對低阻異常區，切眼口為53 號，分析為受切眼鐵器掘進機、皮帶機頭、機尾影響所致。其他區域無明顯低阻突變區。

（3） 切眼及超前探測成果，切眼0 ～120 m段共探測7 個方向，成果圖顯示在8 號～12 號顯示的異常為相對低阻異常區，分析為受現場掘進機影響所致。其他區域無明顯低阻突變區。

3.2 電測深解析方法及結果分析

電測深處理是基于三極電測深電流場理論。實際數據處理在WBD2.0 軟件中得到單巷電測深成果圖，然后利用AGI（Earth Image） 軟件輸入電法數據，設置采集布置參數，進行三維電法數據反演，得到工作面底板下電測深視電阻率等值線切面圖。

工作面內三維電法探測成果，三維電法坐標系是以溜子道測點5 往里5 m 處為坐標原點，沿溜子道指向切眼方向為X 軸正向，垂直指向運料巷方向為Y 軸正向。對運料巷、溜子道和切眼采集的數據選取全空間層狀模型，采用帶地形的全空間三維電阻率進行反演，得到不同深度視電阻率成像水平切面圖及三維并行電法不同深度、空間總體分布圖，共得到從底板-10～-120 m 深度的不同水平切片，反映了工作面底板下120 m 范圍以內巖層電性的總體分布情況，也反映了物探異常體在空間上的連通情況。

此次電測深成果，根據水文地質資料及電法探測成果圖得出探測區域內整體電阻率值較高，均大于10Ω·m，富水性較弱，未發現低阻異常的存在。

3.3 槽波地震解析方法及結果分析

槽波地震解析要通過數據預處理、建立觀測系統、槽波能量擴散補償、濾波、頻散分析等6 個步驟進行處理。

異常道會影響后續的處理效果，由于異常道的能量超過了正常衰減幅度，干擾了正常振幅的衰減規律，導致補償系數求取困難，限制了能量成像作用的正確顯現。所以預處理就是要剔除空炮、壞道、不正常道等，確保數據的可靠。

觀測系統就是指炮點與接收點之間的幾何位置的布置關系，如圖4 所示。

圖4 8471 工作面槽波地震單炮射線追蹤路徑及觀測系統示意Fig.4 The diagram of in-seam wave seism single shot ray tracing path and observation system in No.8471 face

槽波能量擴散補償是指通過原始單炮經擴散補償、校正。解決槽波在二維板狀擴散中，能量擴散耗損問題。通過擴散補償校正后，對遠距離記錄的能量呈現得到加強；突出層次；分辨更加清楚。

濾波就是壓制縱波和橫波，提高槽波的信噪比，同時也可以分出不同形式的槽波。圖5 為溜子道P3-10 單炮濾波后地震波數據記錄。

圖5 溜子道P3-10 炮濾波后地震波數據記錄Fig.5 Seismic wave data record after filtering of slip channel P3-10 shot

頻散分析就是對原始地震波數據進行分析，計算出槽波的頻散曲線。從頻散圖中可以看出，槽波的能量主要集中在125 ～250 Hz。抽取125 ～250 Hz 的槽波信號得到窄帶寬的地震槽波信號。

此次8471 工作面槽波正演模擬系統利用槽波埃里相位能量進行成圖（圖6）。圖中依次以從小到大來代表能量衰減強度。對槽波能量衰減反演結果圖分析，并結合8471 工作面巷道地質編錄剖面及相關地質資料對此次探測解釋進行同步驗證，探測區域共解釋7 個異常區（YC1～YC7 異常區）。

圖6 8471 工作面槽波探測成果圖Fig.6 The detection result of in-seam wave

其中YC1～YC4、YC6、YC7 均為巷道揭露斷層向工作面內的延伸，其延伸距離均小于40 m。YC5 異常區位于工作面內，為一隱伏構造。其走向長約為54 m，傾向延展26 m，分析此區域內含隱伏斷層，預計落差0.6 ～1.2 m，造成槽波能量一定范圍內強衰減，異常區延展范圍小，對工作面回采影響較小。

4 結 語

通過對羊東礦8471 工作面瞬變電磁、電測深、槽波地震等多方法的聯合物探的工作布置及成果分析，探查了8471 工作面在地質構造復雜的情況下，底板含水特性和構造分布情況。利用瞬變電磁和三維電測深技術充分驗證了利用多方法聯合物探法對復雜地質構造工作面底板含水性探查的可靠，和槽波地震工作面同時實施透反射法的在復雜工作面探查的優勢.在采取多聯合物探法對復雜工作面探查值得在各個煤礦進行推廣，不但能深一步相互驗證排除單一法中的物探假異常，而且對異常形態和類型進行合理判別。