槽波探测技术在榆树坡煤矿矿井生产中的应用

张嘉耀

(山西宁武榆树坡煤业有限公司，山西 忻州 036700)

1 矿井概况

本井田位于山西省宁武县城东北约2km处，行政隶属宁武县凤凰镇和阳方口镇两镇管辖。S305公路、北同蒲铁路由井田西边南北向并行通过，原(平)——神(池)高速从井田东侧南北向通过，在距矿井工业场地4km处设有宁武站出入口。井田内各自然村间均有简易公路，交通十分便利。

本井田地处晋北山区，沟谷纵横，梁峁绵延，地形比较复杂，呈中低山地貌。最高点海拔1665.1m；最低海拔1323.0m，最大相对高差342.1m。

榆树坡煤矿位于宁武煤田轩岗矿区北部，井田面积15.02km2，地质储量3.8亿吨，可采储量约1.4亿吨。全区含煤8层，其中2、5号煤层为全井田稳定可采煤层。2号煤层厚度2.55-6.41m，平均4.42m。顶板岩性为粗中砂岩，底板为砂质泥岩。5号煤层厚度13-16m，平均15.07m。

主要地质构造以北北东向新华夏系构造为主，发育为北东向区域张性大断裂为主，一般断层规模较大。断距从2m至48m不等，平均断距5-9m。全井田经3次三维地震及精细解释探明断层条数54条，其中正断层52条，逆断层2条。

2 槽波探测技术应用背景

2014年10月，矿井建设基本完成，首采面1201工作面投产。当回采推进至250m时，遇回风顺槽揭露的落差为1.8m的正断层(三维地震未查明)。继续推进50m时，断层落差增大到7.2m。由于该面未进行超前物探，提前开掘绕巷，导致工作面无法推进，停产。后补打绕巷420m，近三个月，造成公司生产被动局面。

1202工作面两顺槽全部掘进到位，在切巷贯通对打施工过程中由于中部存在隐伏逆断层(三维地震未查明)，造成切巷上下错位重叠，无法贯通。后经补打探巷、施工钻孔探明断层落差31m，导致工作面不能正常接替。经公司领导研究决定，引进槽波探测技术，补打进风顺槽670m，贯通切巷投入生产，影响工作面衔接近5个月。

以上两起隐伏地质构造影响造成公司衔接失调，延误生产时间近8个月，少出煤量100万吨，直接经济损失3.5亿元。生产被动的教训引发公司领导大胆尝试，决定引进槽波探测技术，明确表态今后对所有工作面掘进乃至回采前必须进行槽波探测，强化地质构造预测预报。

3 槽波探测技术基本原理

槽波地震勘探(in seam seismics，简称ISS)是利用在煤层中激发和传播的槽波(或称导波)探查煤层不连续性的一种地球物理方法。

在含煤地层中，煤层是一个低速地震槽。煤层与围岩的界面，一般呈现良好的反射面，煤层与其顶底板围岩相比总是以低速度、低密度，从而以低波阻抗出现。在煤层中激发地震波，所激发的纵波、横波均以地震源为中心，以球面体波形式向四周传播，并以不同的角度入射到顶底板界面。在煤层这个低速槽内向外扩散传播形成槽波。

波地震勘探可以探查小断层、陷落柱、煤层分叉与变薄带、采空区及废旧巷道等资质异常，具有探测距离大、精度高、抗干扰能力强、波形特征较易于识别及最终成果直观的优点。

4 槽波探测在井下工作面具体应用及效果

(1)1202工作面反射槽波探测(一面变两面)，如图1所示。

1202工作面分别对进、回风顺槽进行反射槽波探测，确定逆断层断层面，经后期打钻验证，断层面位置准确可靠。根据探测结果：断层上下盘煤层重叠达50m。工作面设计采长由原来的150m变成两个采长80m的工作面，现已回采完一个面，采出煤量32万吨。

图1 1202工作面一面变两面

(2)1201(小1)工作面反射槽波精准探测断层面——1200m顺槽擦边通过构造带，如图2所示。

1201(小1)工作面利用左侧北翼进风系统巷1400m向右侧进行槽波反射，探测结果与三维地震在某局部有偏差近60m，按槽波结果设计施工1201(小1)进风顺槽650m处揭露槽波探测断层(见图)。擦边延伸100m后全煤，继续延伸450m，多出煤量30万吨。

图2 1201(小1)工作面反射槽波精准探测断层面

槽波透射探明断层落差，提前绕巷处理，回采连续推进，槽波反射探明断层走向位置，巷探跟进验证，定论采掘取舍。

1203工作面经槽波透射探明与DF18三维地震断层延伸长度及落差7.5-9m相吻合，提前绕巷处理，回采连续生产，如图3所示。

图3 1203工作面提前绕巷

1204工作面槽波透射探测DF19断层从进风斜穿回风达400余米，并伴生两条次生断层，断层落差均小于1/2煤厚，后补打中间探巷，验证断层落差与槽波探测结果吻合，决定大面回采，比原回采设计方案多出煤28万吨。

1207工作面在先形成单侧顺槽后进行槽波反射，准确探测断层带走向及位置，后经断层走向施工探巷，配合钻探验证，确定走向断层，落差大于1/2煤厚和小于1/2煤厚的分界点，再决定工作面的取舍(将1207工作面落差小于1/2煤厚的区段大面回采，大于1/2煤厚煤厚的区段，缩短小面回采，多出煤量约45万吨)。

1208工作面在先形成单侧顺槽后进行槽波反射，准确探测断层带走向及位置，后经断层走向施工探巷，配合钻探验证，确定走向断层，落差大于1/2煤厚和小于1/2煤厚的分界点，再决定工作面的取舍(1208工作面经探明断层落差全部小于1/2煤厚，大面回采布置，多出煤量13.7万吨)。

(4)单侧掘进巷道先行施工，槽波反射定论另一侧顺槽开口位置，减少无效进尺。

由于井田内断层构造星罗棋布，纵横交错，不能严格按照采区总体设计规划布面，大多在断层条带中寻找空间，故在衔接部署上只能先行施工单侧巷道，经槽波反射探明构造带走向位置和延伸长度后，再定另一侧顺槽的开口位置。

5 结语

榆树坡煤矿从2015年元月至2018年六月，全矿井利用槽波探测技术共计施工掘进工作面12个，已回采工作面10个。共计探明断层构造30余条，其中8条对已有三维地震探明构造进行了2-60m不等的调整，另外20余条均属槽波技术独立探测，与生产过程实际揭露基本吻合，槽波探测准确率可达90%。自使用槽波技术以来，从断层构造带内探明、并挖潜采出的资源量共计达148.7万吨，创造经济效益达4.8亿元。以榆树坡煤矿大量的掘采验证数据，可以说明槽波探测技术对扭转煤矿生产被动，强化超前地质预测预报起到积极推进作用。