“三维地震+槽波”立体综合探查技术在大型综采工作面地质保障中的应用
2021-10-27胡生强张成见
*胡生强 张成见
(中煤新集刘庄煤矿 安徽 236200)
随着煤炭开采技术的进步,井工煤矿回采工作面面长已经超过300m,大型工作面的高产高效安全回采对地质保障工作提出了更高的要求,工作面内的隐伏地质构造对工作面回采影响巨大,目前探查大型工作面的隐伏构造主要采用钻探、物探相结合的方法,经常用于回采工作面隐伏构造探查的物探技术主要有坑透和槽波地震勘探,槽波地震勘探又以其独特的优势在煤矿隐伏地质构造的探查中发挥着越来越重要的作用。采用“三维地震+槽波”技术对刘庄煤矿171306工作面隐伏地质构造进行立体综合探查,取得了理想的探查效果。
1.工作面地质概况
刘庄煤矿171306工作面开采煤层为二叠系上石盒子组13-1煤,平均煤厚5.75m,工作面总体为一单斜构造,围面掘进揭露三条落差大于煤厚的断层F8、FL13、FL14和4条落差2~5m的断层F8-1、FW-9、FW-6、F6-2。工作面回采前同时采用“三维地震+槽波”探测技术对工作面隐伏地质构造进行立体综合探查,为工作面安全高效开采提供精细化的地质保障。
2.地面三维地震勘探
刘庄煤矿地处淮南煤田,地面标高26.0~27.0m,地面三维地震条件优越,171306工作面所在区域的三维地震是2003年完成的,试验确定井深7m,2kg药量,采用8线8炮制观测系统进行资料采集,用LARDMARK人机联作工作站进行地震资料解释,2014年刘庄煤矿又对矿井三维地震资料进行了二次精细解释并建立了三维地震工作站对三维地震数据体实施动态解释。利用地面三维地震查明了171306工作面13-1煤层的赋存形态和工作面内落差≥5m的断层FL13、FL14、F8,解释了落差小于5m的断层FW-9、FL-21,无直径大于30m的陷落柱(图1)。
图1 171306工作面三维地震13-1煤沿层切片(上图)和三维地震解释成果(下图)
3.井下槽波地震勘探
171306工作面槽波地震勘探采用透射、反射联合勘探方法,基本采集参数:炸药量为330g、炮孔深度为2.5m、炮点布置在距巷道底板0.6m,采样时间长度为4s。在171306工作面胶带顺槽、轨道顺槽布置炮点(激发点),在胶带顺槽、切眼、轨道顺槽布置检波点,测线长度2640m,倾斜宽度320m。炮间距、道间距各10m。
槽波能量CT成像及反射叠加偏移成像综合分析,171306槽波地震勘探共解释得到6个异常区(图2),均推断为断层影响所致,没有直径大于20m的陷落柱。
图2 171306工作面透射槽波能量CT成果图H和反射槽波叠后偏移成果图
4.回采验证
171306工作面2020年6月回采结束,根据回采验证,工作面共揭露8条断层,其中大于煤厚的断层3条(FL13、FL14、F8),小于煤厚的断层5条(F21、F6-2、FW-6、FW-9、F8-1)。具体如图3。
图3 171306工作面回采验证地质构造
地面三维地震勘探成果总体上精度较高,对落差5m以上的断层和直径30m以上的陷落柱解释准确,171306工作面回采验证落差大于5m的断层:FL14、F8、FL13解释准确;落差小于5m的断层:F21断层基本准确(图4)。槽波地震成果对落差大于煤厚的断层:FL14解释准确,F8解释基本准确;对落差小于5m的断层:FW-6解释准确(图5)。
图4 171306工作面三维地震解释成果和回采验证对比
地面三维地震解释的FW-9断层位置差异较大,其他落差小于5m断层未解释(图5),主要是受地面三维地震资料纵向分辨率的限制引起解释精度降低,需要在矿井生产过程中,对实际揭露的地质构造及时进行采探对比,及时进行二次解释,加深对矿井地质构造规律的认识,使地震勘探资料的地质解释更加完善。
图5 171306工作面槽波地震勘探成果与回采揭露地质构造对比图
槽波地震成果经实际揭露验证落差小于5m的断层误差大(如F6-2、FW-9、F8-1断层,F21断层未解释)。误差发生的主要原因是测线的两端因数据覆盖次数少,构造解释误差较大,部分现场采集数据质量低造成处理过程参数拾取不合理而出现虚假异常。
5.结语
采用“三维地震+槽波”技术对刘庄煤矿171306工作面隐伏地质构造进行立体综合探查,取得了理想的探查效果。利用三维地震工作站动态解释三维地震数据体,地面三维地震数据体技术对构造解释具有独特优势,各种沿层切片内容丰富信息量大,沿层切片结合时间剖面能准确解释落差5m以上的断层和直径30m以上的陷落柱;槽波透射能量CT成像法解释与巷道角度较大或垂直的断层精确度高,反射速度叠后偏移法解释与巷道角度较小或平行的断层准确度高,采用透射反射槽波联合探测技术可以增加异常解释的可靠程度。
运用“三维地震+槽波”立体综合探测技术探查大型工作面的隐伏地质构造,井上、下探查相结合,物探、钻探相结合,互相验证,为大型综采工作面地质构造的探查提供了精细化的技术保障。