综合物探在工作面地质构造探测中的应用

摘 要：为了降低采面隐伏构造对煤炭开采影响，针对5325综采工作面地质构造复杂问题，采用以无线电透视+槽波地震探测相结合的综合物探技术对采面开采范围内的煤体存在的构造进行探测，并详细对各物探技术现场布置方案、探测成果进行探讨分析，最终用钻探方式对综合物探进行验证。现场应用发现5325综采工作面内有12条隐伏断层、5个隐伏陷落柱、9个地质异常体，探测到的隐伏构造多发于在采面第2、第3回采阶段。综合物探成果现场应用取得显著成果，探测结果可在一定程度上指导采面煤炭生产。

关键词：综合物探;隐伏构造;断层;陷落柱;综采工作面

断层、陷落柱、褶曲等是煤炭开采过程中常遇地质构造，同时也是良好的导水体[1-3]。因此，在煤炭开采过程中精准探测地质构造对确保生产安全具有重要意义。现阶段矿井普遍采用物探+钻探方式对回采工作面未采煤体内存在的地质构造进行探测，在一定程度上提升了矿井地质构造应对能力。各种物探技术有其自身特点及适应范围，文中就以6403综采工作面为工程背景，采用无线电透视+槽波地震探测对采面地质构造进行综合探测，现场应用效果显著。

1 工程概况

某矿5325综采工作面开采3号煤层，回采巷道设计长为2150m，由于受到区域地质构造影响，采面分3段开采，每段采面切眼斜长分别为138m、185m、260m。主采的3号煤层赋存较为稳定，厚度平均5.62m。采面巷道、切眼掘进揭露多条断层、多个陷落柱，采面内地质构造发育、分布较为复杂。前期三维地质勘探探测结果存在一定的局限性，采面内可能会有其他隐伏的小型构造、富水体以及煤岩破碎带等地质异常区。因此，为了精准掌握5325采面开采范围内地质构造赋存情况，降低地质构造对采面生产影响，特在5325采面进行综合探测。

2 现场布置

2.1 布置方案

2.1.1 无线电透视探测布置方案

无线电透视是根据电磁波能量差异判定采面内是否存在地质构造以及构造类型。在现场应用时采用型号为WKT-7型无线电透视仪、工作频率为256kHz。在5325进风巷每隔50m布置一发射点，回风巷每隔5m布置一接收点接收发出的电磁波信号;回风巷每隔50m布置一发射点，进风巷每隔5m布置一接收点。

2.1.2 槽波地震探测布置方案

在5325采面采用槽波地震探测时选用槽波透视法进行探测，选用的SummitII槽波地震仪。在5325运输巷向3号煤层施工深度2m钻孔，并装入150g乳化炸药，炮孔间距为20m;在回风巷布置的检波器孔深2m、孔径55mm，共计布置104个检波器孔、孔间距为20m。

2.2 探测结果

2.2.1无线电透视探测结果

在5325综采工作面采用“双发双收”方式进行无线电透视探测，具体得到的探测反演结果见图1所示。综合反演结果在采面共计圈定5个地质异常带，其中YC1综合分析认为是断层、其余的4个异常带综合分析认为是隐伏小型陷落柱。受到无线电透视局限性影响，得到的反演图中异常带多呈现矩形、条带形分布，纵向分辨率较差，无法精准确定探测到的断层、陷落柱等地质构造在采面影响范围。

2.2.2 槽波地震探测结果

在5325综采工作面采用槽波透视法进行探测，依据采集到的透射槽波能量差异，在得到探测范围内的槽波振幅后，采用以BPT、SIRT为主的CT层析成像发绘制出槽波能量衰减系数图，从而推断得到探测范围内地质构造发育情况，具体探测成果图见图2所示。

槽波能量衰减相对较为明显区域为地质构造异常带，通过对于BPT、SIRT两种分析方法反演结果，发现采用BPT、SIRT两种方法分别在采面探测区内共圈定11、13处地质异常区。上述两种分析方式均可圈定采面内地质构造异常区，但是无法准确区域地质异常区类型。

2.3 物探成果综合分析

根据无线电透视以及槽波探测成果，并结合回采巷道掘进揭露地质资料，在采面内共圈定隐伏构造17个，其中包含12条断层、5个陷落柱，另外探测到有9个地质异常体（主要为煤岩体破碎带）。采面内隐伏地质构造多在采面第2、第3回采阶段，具体位置见图3所示。

3 钻探验证分析

5235综采工作面开采范围内地质构造发育复杂，矿井根据综合物探确定的异常带进行钻探，均验证了物探探测到的地质异常带。现阶段，采面已经回采推进160m，揭露1处地质异常体，该异常体共有5条断层，落差均在0.3～0.9m、断距在1.5～2.3m，延伸范围均在综合物探圈定的范围内;物探圈定的2～9号异常体经钻探发现为煤岩体破碎带;探测到的5个陷落柱及断层经钻探验证均存在，同时陷落柱及断层均在物探圈定的异常区范围内发育。

综合上述分析，采用无线电透视+槽波地震探测相结合的综合物技术可充分发挥各探测技术优点，从而对采面内隐伏的地质构造进行探测，且可精准的探测地质构造异常体类型、影响范围。5235综采工作面根据物探探测结果以及钻探验证成果，对采面内存在的地质构造异常带提前采用注浆加固、强化顶板管理以及降低采高等措施，降低了地质构造对采面回采影响。

4 总结

①无线电透视技术可实现对探测区内地质构造类型判定，但受到无线电透视技术应用局限性影响，该技术无法准确确定地质构造异常体范围;而地震槽波探测可实现对探测区内地质构造异常体影响范围圈定，但无法判定异常体类型。因此，将上述2中探测技术综合使用，充分发挥各技术优点，可实现对探测区内地质构造精准探测，为采面生产提供精准度较高的地质资料;②将综合物探技术应用到5235综采工作面开采范围内煤体隐伏构造探测中，共发现12条隐伏断层、5个隐伏陷落柱及9个地质异常体，采用钻探技术均探测到物探确定的地质异常体，表明矿井在5235工作面采用的综合物探技术探测结果具有较强的可信度。

参考文献：

[1]刘威.综合物探结合长距离钻孔控制隐伏构造[J].江西煤炭科技，2020（03）：39-41.

[2]吴超凡，邱占林，路拓，梁文全.綜合物探技术在大弯煤矿巷道超前地质预报中的应用[J].煤炭工程，2020，52（04）： 43-47.

[3]赵永亮.综合物探技术在东庞矿21209工作面中的应用[J].煤炭与化工，2020，43（01）：45-48.

作者简介：

李鹏（1987- ），男，山西省长子县人，2014年1月毕业于太原理工大学，采矿工程专业，本科，现为工程师。