槽波地震探测在煤峪口矿地质探测中的应用研究

陈燕廷

（晋能控股煤业集团有限公司煤峪口矿，山西 大同 037041）

煤峪口矿隶属于大同煤业股份有限公司，位于大同煤田的南西部65°处，直线距离长达14 km。井田四周接临周边煤矿，邻矿之间均设有保护设施，且没有越采现象，周围也不存在小窑开采。煤峪口矿井田区域地形为平缓丘陵，洪水冲刷切割剧烈，沟谷发育，支沟分布为羽状，最高点位于井田的西南部，标高1 362.4 m，最低点在4号井的西面，标高1 058.2 m，相对高差最大达304.2m。

1 煤峪口矿地质概况

煤峪口矿现采掘工作面有三类：3个壁式综采工作面、4个机掘工作面、4个工掘工作面。井田面积为17.906 7 km2，现主要开采11号、12号、14号煤层。本次探测8810回采工作面，综采14号煤层，该工作面位于408盘区。煤层厚度大致为0.2～2.9 m，平均厚度为2.0 m。

8810回采工作面14号煤层存在伪顶、直接顶和老顶，地质构成主要为粉砂岩、泥岩、细砂岩、中砂岩、粗砂岩，底板主要组成为灰-灰黑粉砂岩、细砂岩。该工作面的整体上下均为岩石、中部为煤层，并且煤层与围岩的物理特性存在较大差别，两者之间的波阻抗也有较大差异，因此，煤层与围岩分界处可作为地震波反射面，对煤层中槽波的传播比较有利，且工作面宽度也较小，保证了槽波传输过程中的能量不容易发生衰减。据此可知，若想探测8810回采工作面地质异常体发育情况，适合选用槽波地震探测技术来进行探测。

2 槽波地震探测技术

2.1 槽波透射法

槽波地震探测技术利用了地震波在岩石层和煤层中传播特性不同的特点，通过在探测区域制造、发射并接收地震波来分析数据特点，进而分析出地质构造特点。槽波地震探测技术包括槽波透射法（见图1）和槽波反射法，其中透射法又分半透视观测系统和完全透视观测系统。结合8810回采工作面采掘工程资料以及其他相关资料，最终确定选择探测精度较高的完全透视观测系统[1]。

图1 槽波透射法探测示意图

2.2 探测任务

本文采用槽波透射探测技术主要是为了探测煤峪矿408盘区8810回采工作面内地质构造发育状况，为工作面煤矿回采提供地质保障。本次探测需要完成以下两个任务：探测断层的发育情况；探测其他地质异常体发育情况。

2.3 影响因素分析

8810回采工作面地层是典型的含煤地层，结构为层状结构，地层垂直方向的上层—中层—下层分别为岩层—煤层—岩层，中间层煤层上下分界面处均形成良好的波阻抗分界面，相较于上下岩层，煤层为低速导波层，地层条件满足：

式中：ρ为相应物质密度；v为地震波在该物质中传播的速度。

由此得出：ρ岩层v岩层＞ρ煤层v煤层，可见岩层波阻抗大于煤层波阻抗，这将有利于地震波发生全反射，且会不断地向前传播。

除上述有利条件外，运用槽波透射探测技术探测时也存在不利因素。由于施工区域地质结构复杂，可能会使波场变得复杂甚至不可辨；煤层夹矸，且厚度不均匀，影响波的传播；巷道不平稳，局部穿过夹矸层，可能导致波的激发和接收发生在不同层面。

通过以上分析，8810回采工作面具备槽波地震探测的基本要求，但同时也存在一些影响探测效果的因素，施工过程中，应对多方因素予以充分考虑。

2.4 施工方案

采用完全透视观测系统探测手段进行探测施工，将放炮点设在机巷，接收点设在风巷，然后交换位置，再将放炮点设在风巷，接收点设在机巷。本次施工共设置放炮点50个，两两间距约20 m，炮孔深度大致在1.5～2.0 m，炸药200 g，接收点共设置80个，道间距约10 m，具体参数如表1所示。

表1 地震波激发、接收点设置参数表

施工中，探测仪器放炮启动记录仪、传感器、检波器等设备均要严格按施工方案安装到位。设好放炮点、接收点后，进入激发工序，按要求钻井，并放置炸药，然后通过放炮激发地震波，之后利用检波器等设备接收地震波，由数据记录仪进行数据采集记录，最后对采集到的数据进行分析，从而得出工作面地质发育情况。

3 应用分析

3.1 探测结果

8810回采工作面经上述探测工程施工后，共获得三组图像数据：槽波能量衰减系数平面图（见图2）、透视P波速度平面图（见图3）、槽波频散系数平面图（见图4）。

图2 槽波能量衰减系数平面图

图3 透视P波速度平面图

图4 槽波频散系数平面图

3.2 结果分析

1）槽波能量衰减系数平面图：图2中冷色系区域表示衰减系数小，暖色系区域表示衰减系数大，衰减小的区域内地层构造简单或煤层结构正常，反之说明地质发育复杂或煤层结构复杂。

2）透视P波速度平面图：图3中暖色区域为高速P波分布区，观察发现有多处条带状高速异常区，说明P波穿越岩石层，构造发育。图3高速异常区与图2能量衰减大的区域具有一致性，说明结果准确可靠。

3）槽波频散系数平面图：图4中冷色向暖色过度，说明频率变化由大到小，即冷色区频散性更强，也说明地质构造复杂或煤层厚度发生变化。

结合槽波地震探测原理及探测结果图像的分析，8810回采工作面煤层夹矸发育、厚度不均，分析得出：工作面内存在断层，落差在3～10 m的有少数几条，落差在3 m以下的发育较多；没有发现其他地质异常体[2-3]。

4 结语

1）本次施工放炮点设置50处，槽波接收点设置有80处，波场完全覆盖整个工作面。

2）经采集的数据得出三组图像数据，分别为：槽波能量衰减系数平面图、透视P波速度平面图、槽波频散系数平面图。

3）图像结果较好地解释了工作面内断层及异常体发育情况，即：工作面内部存在断层，落差在3～10 m的有少数几条，落差在3 m以下的发育较多，没有发现有其他地质异常体。

4）结合其他技术手段以及实际采掘已有的资料进行综合分析，发现结果一致性较高，表明槽波地震探测技术在本矿区有较好的探测应用价值，且可以推广到地质条件相近的其他矿区的探测中去[4]。