槽波地震勘探在煤矿中的应用

2013-04-29刘刚等

中小企业管理与科技·上旬刊 2013年6期

关键词：试验

刘刚等

摘要：概述了槽波地震的勘探方法及基本原理。利用透射槽波勘探法和反射槽波勘探法来圈定构造所在位置，为采场布置提供依据。

关键词：槽波地震勘探方法试验

1 槽波地震勘探方法及基本原理

如图1所示，任何一个透射二次波，当他的波速大于入射波速的条件下，只要入射角大于临界角都可能产生全反射。当多层介质中有一个低速层时，其速度比上下围岩低，它的顶界面都将是一个强反射面。

槽波地震勘探的物理前提是煤层具有槽导性。在煤系地层中，与围岩相比煤层具有速度低、密度小的特点，煤与围岩的密度、速度比值约为1：1.5～3.0之间，煤的密度一般为1.2～1.5g/cm3，纵波速为1400～2700m/s，横波速为800～1600m/s，而煤层顶底板大多是岩化程度较高的泥岩或灰岩，它们的密度较大，通常2.2～2.8g/cm3，纵波速为1800～5000m/s，横波速为1600～4000m/s，且多数速度值偏高。在地质剖面中，煤层是一个典型的低速夹层，在物理上构成一个“波导”。因此，许多煤层与顶底板岩层界面均是高波阻抗。当煤层中激发的体波包括纵波与横波，激发的部分能量由于顶底界面的多次全反射被禁锢在煤层及其邻近的岩石中（简称煤槽），不向围岩辐射，在煤层中相互叠加、相长干涉，形成一个强的干涉扰动，即槽波。它以煤层为波导沿煤层向外传播，因此槽波又称煤层波或导波。

槽波勘探方法分为透射槽波勘探法和反射槽波勘探法：

1.1 透射勘探法

如图2、3所示激发点（炮点）布置在工作面的一个巷道内，数据采集站布置在工作面的另一个巷道内，接收来自炮点的地震透射信息。主要用于探测煤层的地质结构和内部异常，包括煤层厚度变化，夹矸石分布，大、小断层，陷落柱，剥蚀带，古河床冲刷，岩墙，老窑等，在某些情况下判断煤层内部压力相对变化。透射法的探测距离是煤层厚度的300倍左右。

1.2 反射勘探法

如图4、5所示，炮点和检波器点布设在一条巷道里进行探测，接收的是反射槽波信号。当震源激发的槽波沿煤层向远处传播中遇到不连续体，即遇到地震波的波阻抗（速度與密度的乘积）的分界面时，将产生反射槽波信号，利用布设在巷道壁或工作面壁上的检波器，就可以接收到这些反射槽波信号。通过识别和分析这些反射槽波信号，就能直接判断出煤层不连续体的所在位置。

反射法主要用于探测煤层内的各种大、小正断层和逆断层以及侵入体和岩墙等。探测距离是煤层厚度的100倍左右。

2 现场试验

2.1 完成工作量

截止2012年8月15日，已完成8次槽波试验工作，试验地点分别在张集矿1410（1）、1113（1）、1217（1）工作面，顾北矿1342（1）工作面，潘三矿1622（3）、12428工作面，测线总长3900m。2011年完成2400m，2012年完成1500m。其中11-2煤4个工作面、13槽煤1个工作面、8槽煤1个工作面。透射法在张集矿1410（1）工作面做过一次，其它7次均为反射法试验。

2.2 试验成果

2.2.1 透射法试验

目前槽波地震勘探透射法试验研究工作只在张集矿1140（1）工作面进行一次，现场数据采集时间为2011年6月2日。实际有效记录27炮，炸药量为160g/炮。从现场实测槽波记录看，激发炮药量160g偏少。

依据CT成像图圈定6个波速相对较高异常区，结合已知的地质资料分析，1#、2#为煤厚变化引起，4#、6#为夹矸厚度变化反映，3#、5#为煤厚变化或断层反映。经工作面回采验证，探测结果与实际基本一致。

2.2.2 反射法试验

潘三矿1622（3）工作面

现场数据采集时间为2012年8月10日，沿1622（3）工作面轨道顺槽外帮进行，有效炮点30个，药量330g/炮。（图6）

依据槽波探测结果，F20-1断层反应明显，与三维地震资料对比，槽波预测断层位置较三维地震距离1622（3）轨道顺槽近。

2.3 潘三矿12428工作面

现场数据采集时间为2012年8月13日，沿12428工作面运输顺槽里帮进行，有效炮点24个，药量220g/炮。（图7）

此次试验目标是F23断层，确定其准确位置。从资料处理图上，可以看出F23断层异常比较明显，比原先位置稍有偏差，此面目前正在回采，回采到F23断层处，将会对该断层进行全方位验证。

4 试验地质效果