三维地震勘探技术在煤矿开采过程中的应用

杨永波

（黑龙江省煤田地质物测队 黑龙江 哈尔滨150008）

1 概况

1.1 矿井概况

东荣三矿是双鸭山矿业集团的主力矿井之一，设计生产能力150万t/a。开拓方式为立井分区式上山开拓，煤层群联合开采，现生产水平为-300 m水平和-600 m水平。东荣三矿井田位于东荣井田福山背斜的西翼，井田以断裂构造为主。井田内F10、F41、F41-1、F48、F53和F56断层。受这几条大断层的影响，井田内小断层密集，且相互切割并伴有岩浆岩侵入，对煤层破坏比较严重，属构造复杂矿井。

1.2 勘探区概况

-600m水平由沈阳煤矿设计院依据1985年《双鸭山矿务局东荣三矿精查地质报告》设计了两条综采生产线，确定为150万t/a的综合机械化采区。随着近年来的地质补充勘探和开拓工程及采煤过程中实见，发现该区构造情况比原精查报告更为复杂。为了查清该区地质构造的发育情况并优化采掘设计，为采掘工作提供可靠的地质依据，双鸭山矿业集团委托我队对该区进行了三维地震勘探。

2 勘探区基本地质条件及需解决的问题

2.1 地质条件

东荣三矿井田位于集贤煤田东南，区内地层系统简单，侏罗系上统不整合于古生界泥盆系与元古界麻山群及其侵入花岗岩组成的拼合基底上。区内地层层序为钻孔连续控制。城子河组地层为主要含煤岩系，含煤层段地层总厚616～1376m。地面被第四系地层覆盖，与下覆第三系地层呈角度不整合接触，第四系地层厚度介于52～240m之间。其下的第三系地层与下伏的城子河组煤系地层呈不整合接触，第三系地层厚度介于0～240m之间。勘探区内发育的可采煤层不多，24#煤层只是在测区西部分布一小块，面积不大。该煤层结构较简单，有1～2层夹矸，为较稳定煤层，厚0.05～1.64m。顶板为粉砂岩，底板为粉、细砂岩。30#煤层：为全区发育主要可采煤层，结构较复杂，有1～4层夹石，为较稳定煤层。顶板以粉砂岩为主，底板以细砂岩和粉砂岩与细砂岩互层为主。勘探区内30#煤层的厚度为0.75～6.31m，浅部地段的煤厚均在5m以上。24#煤层与30#煤层之间的距离，一般在285m-305m之间。

2.2 构造条件

三维地震勘探区总体形态上为一单斜构造，倾向西，走向近似南北。其煤层倾角一般在12°～17°之间，测区东南部地层倾角能达到35°以上。测区内断层较多，构造相对比较复杂，精查报告查明的断层有F10、F41、F41-1、F48、F53和F56断层。

2.3 需解决的地质问题

(1)勘探区内24、30煤层底板起伏形态，深度误差不超过±1.5%；

(2)勘探区内落差在5m以上的断层和3～5m的断点，其平面摆动不超过±30m；

(3)研究火成岩对24、30煤层的破坏情况；

(4)研究24、30煤层的厚度变化趋势。

3 勘探成果验证与分析

3.1 煤层赋存形态的控制

在勘探区内已有地面补充勘探钻孔6个，井下探巷10个，采区的开拓工程已经完成，并对部分采面进行了采煤工作。对煤层赋存形态的控制点数较多，但由于勘探区内断裂构造发育，煤层赋存形态在局部有较大变化，本次三维地震勘探的重点为24、30煤层。24煤层验证点的平均误差为5.73m，精度误差为0.93%；30煤层验证点的平均误差为4.62m，精度误差为0.72%，完全符合三维地震合同误差1.5%的要求。

3.2 构造情况的控制

本次三维地震勘探对24、30煤层的底板起伏形态的控制，与原精查报告一致，但三维地震勘探在原精查报告单斜的基础上，局部发育有小的背、向斜。原来的精查报告解释断层只有6条，本次三维地震勘探共解释断层211条，其中正断层197条，逆断层14条，24、30煤层均被切割的断层有151条，只切割24煤层的断层有28条，只切割30煤层的断层有32条。其中落差大于10m的断层74条。本次三维地震勘探新发现断层205条，其中落差大于10m的断层68条，落差5～10m的断层69条，落差小于5m的断层68条。可靠断层164条，占77.73%；较可靠断层46条,占21.80%；控制程度较差断层1条，占0.47%。从矿井工程的实际揭露来看，三维地震勘探对一些断距比较大的断层的控制是比较准确的，对采矿生产有较好的指导作用。而对一些落差比较小，特别是落差较小的逆断层解释不太理想，断距与实际揭露的出入较大，但平面位置比较准确。这与本次选择勘探所采用的三维地震观测系统有一定的关系。

4 经济效益分析

(1)在补充钻探及采掘工程资料的基础上，本次三维地震勘探进一步查明了该矿的构造情况，尤其是较大落差断层的确定，为优化采掘设计、采煤施工提供了更加可靠的地质资料。根据三维地震勘探资料对24煤层、30煤层的采掘设计进行了修改，大大减少了工程量，可节省资金800余万元。

(2)三维地震的立体勘探，比钻探投入少，获得的地质信息比钻探多，利用钻探极限布孔1km2布孔9个，每孔资金70万元，需要资金600多万元，而三维地震勘探1km2只需要有2～3个钻孔，最多需要资金300余万元，每平方千米节约资金300多万元，对煤层的赋存情况、断层的控制程度比钻探高得多，同时勘探周期也比钻探缩短很多。

5 结束语

5.1 煤矿应用三维地震勘探技术的必要性

(1)东荣三矿已经开采20多年，随着矿井逐渐延深，矿井深部地质构造越来越复杂，而综采对地质条件的适应性比较差，迫切需要应用三维地震勘探技术，加强对煤层赋存状况、地质构造的精细控制，以满足综合机械化采煤的要求。

(2)在谋划企业的长远发展时，首先要考虑采矿生产的高产与高效，带动煤矿企业整体效益的稳步提高。只有迅速获得准确可靠的地质资料，准备出高产高效采矿工作面，再加上精良的设备、高素质的人员、现代化的管理手段等措施，煤炭生产的高产高效才能够实现。所以，三维地震勘探技术在煤矿高产高效中能发挥重要作用。

5.2 提高地质技术人员的综合素质

(1)随着三维地震勘探技术在煤矿的广泛应用，对三维地震资料的验证工作越来越多，能否熟练运用三维地震资料解释矿井地质现象及煤层赋存状况就显得尤其重要。所以，应加强对煤矿地质人员有关三维地震技术的培训，使地震资料的应用更加广泛、准确，随时指导采掘设计及采煤施工。

(2)在三维地震的数据采集与资料解释过程中，煤矿地质技术人员的参与是必不可少的，这将会使资料的解释更符合实际，同时大大减少工作的难度，同时能够缩短勘探周期。

[1]丁在宇,罗振丽.高分辨三维地震技术在煤矿开采中的应用和发展[J].能源技术与管理,2004(04).