槽波地震法勘探与无线电波透视法在倾斜煤层构造探测中应用研究

常永峰 范 创 张 勇

（山东能源枣矿集团柴里煤矿，山东 滕州 277519）

1 引言

柴里煤矿3上605工作面处于一水平西翼六采区北部，工作面总体呈单斜构造形态，倾角5～22°，平均11°。工作面走向长978～979m(因为工作面设计停采线有点倾斜)，倾向长73～170m，面积为121686m2。该工作面掘进期间揭露断层较多，其中F3605-3、F3605-10、F3605-2、F3605-4断层，落差分别为21m、19m、10m、8m，对工作面布置影响较大，报废巷道270m，先后修改三次设计，工作面可采储量减小1/2，造成接续紧张。为探明工作面内及周边地质情况，为工作面正常开采及下步周边地质分析提供可靠的技术保障，采用槽波和无线电波透视超前对3上605工作面及周边地质条件进行探测。

2 主要内容

2.1 槽波地震探测法

槽波地震勘探是利用在煤层中激发和传播的导波，探查煤层不连续性的一种地球物理方法，槽波地震勘探可以探查小断层、陷落柱、煤层分叉与变薄带、采空区及废弃巷道等地质异常，具有探测距离大、精度高、抗干扰能力强、波形特征易于识别以及最终成果直观的优点，尤其在探测精度和距离上优于其他煤矿井下勘探方法，是目前最有效的探测方法之一。

2.2 施工流程

（1）测量标点。根据设计的炮点接收点的位置，由测量人员在运输巷非工作面一侧煤帮进行测量标点，炮点以P1、P2……标记，接收点以C1、C2……标记，标记位置要选择在固定设施上。

（2）打孔。按照标记位置打孔。炮孔和接收孔要求如下：

① 炮孔：深2m，直径适宜炸药即可，高度距底板1.5m，垂直煤壁。

接收孔:：深2m，高度距底板1.7m，垂直煤壁。

② 炮孔和接收孔尽量布置在煤层中。

③ 钻孔将煤粉吹干净。

（3）安装检波器与仪器。携带检波器与仪器至施工处，按测点标记位置及对照现场图纸布置检波器和仪器,由数据采集方对仪器和检波器逐点检查安装质量。采集无误后所有设备同步，等待放炮。

（4）放炮采集。放炮人员需要和数据采集方配合完成，在采集人员同意且在设备准备就绪后方可放炮。各个炮点一炮一放，逐点完成。采用同一批次瞬发2段雷管，矿用乳胶炸药，每孔药量150g（或1管）；坐底泥长度不少于1.5m，正向装药，不能炮药分离；炮泥捣实至孔口，尽量保证起炮后不冲孔。

（5）收工。放炮时采集数据，全部炮点放完后，数据回放存储，施工完成。

图1 3上605工作面槽波透视勘探观测系统示意图

2.3 槽波透射法

2.3.1 方法原理

槽波透射法所用的有效波是从震源透过煤层传至接收点的直达槽波信号。炮点与检波点（接收点）布置在采区周围不同巷道内，根据槽波的有无、强弱来判断在相应的透射线扇形区内有无构造异常。

2.3.2 工程量

槽波透视分别在工作面运输巷和轨道巷施工：运输巷测线长度为1000m，道间距为10m，共布置100个测点，炮间距20m，共55炮，从里往外依次单个放炮；轨道巷测线长度为1000m，道间距为10m，共布置100个测点，炮间距20m，共50炮，从里往外依次单个放炮。如图1。

2.4 槽波反射法

2.4.1 方法原理

槽波反射法有效波是反射槽波信号。槽波在煤层中传播遇到了煤层中的不连续体，即遇到了地震波的波阻抗，识别出这些反射槽波信号就能直接判断出煤层不连续的位置。

2.4.2 工程量

槽波反射分别在运输巷外帮和切眼外帮施工：运输巷外帮测线长度为1100m，道间距为10m，共布置110个测点，炮间距20m，共55炮；切眼外帮测线长度为130m，道间距5m，共布置26个测点，炮间距10m，共13炮，从里往外依次单个放炮。如图2。

图2 3上605工作面槽波反射勘探观测系统示意图

2.5 槽波地震数据处理

井下所采集的槽波地震数据需经过专门处理才能转化为直观的槽波成果图，显现工作面内的地质异常体的分布特点。数据处理流程见图3。

图3 槽波处理流程图

2.6 结果分析

结合槽波反射和透射的探测结果，分析探测范围内存在9处能量集中区域，分别为JDF1、JDF2、JDF3、JDF4、JDF5、JDF6、JDF7、JDF8、JDF9。根据探测结果及工作面揭露断层分析，JDF1为面内隐伏构造；JDF2为3605-4断层发育位置；JDF3为工作面内煤层结构变化范围；JDF4为断层3605-8主要发育区段；JDF5为隐伏的断裂构造；JDF6为断层3605-12主要发育区段；JDF7为断层3605-12主要发育区段；JDF8为断层3605-10主要发育区段；JDF9为隐伏的断裂构造。见图4。

图4 3上605工作面槽波探测地质解释图

3 无线电波透视法探测

3.1 方法原理

电磁波在地下岩层中传播时，由于各种岩、矿石电性的不同，对电磁波能量吸收不同，低阻岩层对电磁波具有较强的吸收作用，当波前进方向遇到断裂构造所出现的界面时，电磁波将在界面上产生反射和折射作用，也造成能量的损耗。因此，在矿井下，电磁波穿过煤层途中遇到断层、陷落柱或其他构造时，波能量被吸收或完全被屏蔽，则在接收巷道收到微弱信号或收不到透射信号，形成所谓的透视异常。

3.2 施工布置与数据采集

在3上605运输巷共布置19发射点，对每个发射点在轨道巷接收11个实测场强值，在3605轨道巷共布置19发射点，对每个发射点在运输巷接收11个实测场强值。采用无线电波透视技术在运输巷和轨道巷内分别发射和接收。

图5 3上605工作面无线电透视CT现场探测布置

3.3 结果分析

采用无线电波透视CT软件系统对所采集的数据进行反演，其结果以实测场强曲线图、实测场强交会成像图和SIRT法叠代CT成像图表示。CT成像图为煤岩层电磁波吸收系数值图，综合实测场强、吸收系数分布情况分析，各个异常区探测结果见图6所示。

图6 无线电波透视CT成像资料解释图

3.4 结论

（1）根据槽波探测结果分析,探测范围内存在9处能量集中区域,分别是JDF1、JDF2、JDF3、JDF4、JDF5、JDF6、JDF7、JDF8、JDF9；

（2）无线电波透视探测结果分析存在5个构造异常区，分别是1#异常区、2#异常区、3#异常区、4#异常区、5#异常区；

（3）根据槽波探测和无线电波透视探测结合工作面巷道揭露断层分析，JDF1为面内隐伏构造；JDF2为3605-4断层发育位置；JDF3为工作面内煤层结构变化范围；JDF4为断层3605-8主要发育区段；JDF5为隐伏的断裂构造；JDF6为断层3605-12主要发育区段；JDF7为断层3605-12主要发育区段；JDF8为断层3605-10主要发育区段；JDF9为隐伏的断裂构造。

4 创新点

（1）利用槽波和无线电波透视两种物探方法对复杂地质条件区域进行探测，互相印证，提高探测精度。

（2）探测结果与地质资料分析相结合得出较为准确的地质资料。

（3）为工作面的正常开采及下步周边工作面布置提供指导依据。

（4）为后续地质分析及探查指明了方向。

5 应用推广情况

随着矿井服务年限的延长，矿井生产区域向深部及构造复杂零星块段转移，采用物探方法探测与钻探、巷探等其他探测方法相比，具有低投入、高回报的优点，多种探测方法应用，更为准确地解决了矿井对边远及未开拓区域断层构造位置、落差、延展情况以及主采煤层可采范围、厚度变化等缺乏前瞻性的问题，为采掘生产提供技术指导，极大地促进了矿井的安全、高效生产，具有较好地推广价值。