槽波地震勘探在煤礦中的應用

劉剛等

摘要：概述了槽波地震的勘探方法及基本原理。利用透射槽波勘探法和反射槽波勘探法來圈定構造所在位置，為采場布置提供依據。

關鍵詞：槽波地震 勘探方法 試驗

1 槽波地震勘探方法及基本原理

如圖1所示，任何一個透射二次波，當他的波速大于入射波速的條件下，只要入射角大于臨界角都可能產生全反射。當多層介質中有一個低速層時，其速度比上下圍巖低，它的頂界面都將是一個強反射面。

槽波地震勘探的物理前提是煤層具有槽導性。在煤系地層中，與圍巖相比煤層具有速度低、密度小的特點，煤與圍巖的密度、速度比值約為1：1.5～3.0之間，煤的密度一般為1.2～1.5g/cm3，縱波速為1400～2700m/s，橫波速為800～1600m/s，而煤層頂底板大多是巖化程度較高的泥巖或灰巖，它們的密度較大，通常2.2～2.8g/cm3，縱波速為1800～5000m/s，橫波速為1600～4000m/s，且多數速度值偏高。在地質剖面中，煤層是一個典型的低速夾層，在物理上構成一個“波導”。因此，許多煤層與頂底板巖層界面均是高波阻抗。當煤層中激發的體波包括縱波與橫波，激發的部分能量由于頂底界面的多次全反射被禁錮在煤層及其鄰近的巖石中（簡稱煤槽），不向圍巖輻射，在煤層中相互疊加、相長干涉，形成一個強的干涉擾動，即槽波。它以煤層為波導沿煤層向外傳播，因此槽波又稱煤層波或導波。

槽波勘探方法分為透射槽波勘探法和反射槽波勘探法：

1.1 透射勘探法

如圖2、3所示激發點（炮點）布置在工作面的一個巷道內，數據采集站布置在工作面的另一個巷道內，接收來自炮點的地震透射信息。主要用于探測煤層的地質結構和內部異常，包括煤層厚度變化，夾矸石分布，大、小斷層，陷落柱，剝蝕帶，古河床沖刷，巖墻，老窯等，在某些情況下判斷煤層內部壓力相對變化。透射法的探測距離是煤層厚度的300倍左右。

1.2 反射勘探法

如圖4、5所示，炮點和檢波器點布設在一條巷道里進行探測，接收的是反射槽波信號。當震源激發的槽波沿煤層向遠處傳播中遇到不連續體，即遇到地震波的波阻抗（速度與密度的乘積）的分界面時，將產生反射槽波信號，利用布設在巷道壁或工作面壁上的檢波器，就可以接收到這些反射槽波信號。通過識別和分析這些反射槽波信號，就能直接判斷出煤層不連續體的所在位置。

反射法主要用于探測煤層內的各種大、小正斷層和逆斷層以及侵入體和巖墻等。探測距離是煤層厚度的100倍左右。

2 現場試驗

2.1 完成工作量

截止2012年8月15日，已完成8次槽波試驗工作，試驗地點分別在張集礦1410（1）、1113（1）、1217（1）工作面，顧北礦1342（1）工作面，潘三礦1622（3）、12428工作面，測線總長3900m。2011年完成2400m，2012年完成1500m。其中11-2煤4個工作面、13槽煤1個工作面、8槽煤1個工作面。透射法在張集礦1410（1）工作面做過一次，其它7次均為反射法試驗。

2.2 試驗成果

2.2.1 透射法試驗

目前槽波地震勘探透射法試驗研究工作只在張集礦1140（1）工作面進行一次，現場數據采集時間為2011年6月2日。實際有效記錄27炮，炸藥量為160g/炮。從現場實測槽波記錄看，激發炮藥量160g偏少。

依據CT成像圖圈定6個波速相對較高異常區，結合已知的地質資料分析，1#、2#為煤厚變化引起，4#、6#為夾矸厚度變化反映，3#、5#為煤厚變化或斷層反映。經工作面回采驗證，探測結果與實際基本一致。

2.2.2 反射法試驗

潘三礦1622（3）工作面

現場數據采集時間為2012年8月10日，沿1622（3）工作面軌道順槽外幫進行，有效炮點30個，藥量330g/炮。（圖6）

依據槽波探測結果，F20-1斷層反應明顯，與三維地震資料對比，槽波預測斷層位置較三維地震距離1622（3）軌道順槽近。

2.3 潘三礦12428工作面

現場數據采集時間為2012年8月13日，沿12428工作面運輸順槽里幫進行，有效炮點24個，藥量220g/炮。（圖7）

此次試驗目標是F23斷層，確定其準確位置。從資料處理圖上，可以看出F23斷層異常比較明顯，比原先位置稍有偏差，此面目前正在回采，回采到F23斷層處，將會對該斷層進行全方位驗證。

4 試驗地質效果

通過工作面揭露資料、三維地震資料及坑透資料對比可見，目前槽波試驗地質效果良好。

反射法采集試驗數據較多、內容豐富，在8槽、11槽和13槽煤都進行過試驗，實驗表明對大于1/2煤厚的斷層都反映較明顯，探測距離目前可達到280m，探測距離非常理想。

透射法它對煤層變薄帶、夾矸變厚以及斷層反應較明顯，探測工作面寬度大于240m。

參考文獻：

[1]張守恩，姜克富.地震槽波法探測煤礦井下小型地質構造.

[2]煤科院.地質室.槽波地震法探測煤礦井下小構造的模擬實驗.

[3]付英俊.談礦井地質勘探的槽波地震法[J].科技促進發展，2012（03）.