高家梁煤礦地質超前預報實測研究

摘 要：文章介紹了采用礦井地質探測儀進行地質超前預報的基本原理及方法，并對高家梁煤礦受不同采動影響的巷道進行實測研究，探測結果為煤礦巷道加固等措施的實施提供依據。

關鍵詞：超前預報；地質探測儀；破碎帶

煤炭井下開采過程中，經常會遇到斷層破碎帶、溶洞、軟弱層等不良地質體，易導致冒頂、片幫、突水、沖擊地壓等事故，給工作面安全開采構成嚴重威脅[1]。如果能提前掌握前方地質條件變化情況，將為采取有效措施提供依據，對防治相關地質災害具有重要意義[2-3]。文章介紹了采用礦井地質探測儀進行地質超前預報的方法，并對高家梁煤礦受不同采動影響的巷道進行現場探測。

1 地質超前探測方法

1.1 探測儀器

礦井地質探測儀是基于礦井震波運動學和動力學特征理論，通過對數學建模、反演算法、圖像處理、地質解析等專項技術開發形成的探測技術方法，可用于解決井下采掘工作面前方及周圍未探明的構造和影響范圍及巷道余煤（巖）厚度等的預測預報，能為煤礦開采過程中的安全科學施工提供有力支持。儀器采用先進電子技術與嵌入式操作系統，保證了地震數據信號的高保真采集及高分辨率信號解析處理，具有嵌入式Linux操作系統、信號動態范圍大、接收靈敏度高、各道信號采集同步、探測方法豐富、數據處理精深等優點。適合于井下未探明的小構造、斷層、采空區、陷落柱，巷道頂底余煤（巖）厚度等超前探測，以及地面及地下工程地震勘探。本次探測使用KDZ113-4便攜式礦井地質探測儀。

1.2 探測原理

探測采用單點自激自收探測方法，即反射波中偏移距為零的垂直反射形式。根據反射波原理，它是通過接受不同性質斷面交界面的地震波垂直反射信號，來解析計算目的的層距或厚度的。

2 探測實例

2.1 現場地質條件

高家梁井田位于鄂爾多斯市境內，井田南北最長約14.09km，東西最寬約12.69km，面積約87.4178km2。井田內共見可采煤層6層，即2-2上、2-2中、3-1、4-2中、5-1、6-2中煤層，目前主要開采2-2上、2-2中煤層。煤層頂底板多為砂質泥巖、粉砂巖，局部為細砂巖，裂隙發育，其力學強度較低，且在水中還有崩解破壞現象。區域內地質構造相對簡單，地層波狀起伏，小褶曲構造發育，局部有小斷層發生。

2-2上煤層厚度0.80～7.04 m，平均2.37 m。煤層結構簡單，頂板巖性以砂質泥巖、粉砂巖為主，局部為中砂巖；底板巖性主要為砂質泥巖和粉砂巖，局部為泥巖、細砂巖。2-2中煤層厚度0.80～8.95m，平均3.15m。煤層結構簡單，頂板巖性多為砂質泥巖、粉砂巖，局部為細砂巖；底板巖性以砂質泥巖、粉砂巖為主，局部為細砂巖、泥巖。工作面一般沿煤層走向布置，走向長度150～200m，傾向長度1000～1500m。工作面順槽采用矩形斷面形式，采用錨網索聯合支護；機頭硐室為直墻半圓拱形斷面形式，采用錨噴支護方式，同時配合金屬網和W型鋼帶進行支護。

2.2 地震波速測算

采用高精度震波探測技術，運用已知地質構造變化，反算出本礦井的地震波在巷道頂板中的傳播速度，為探測巷道未知區域的構造變化提供數據條件。探測地點為2中回風大巷h28測點往里95米處，巷道頂板為細砂巖。

2.3 探測結果

分別對20111工作面回風順槽、20108工作面回風順槽和2-2中203盤區右翼輔運大巷進行現場探測，探測結果如圖3～5所示。由圖可知，受一次采動影響時，在20111工作面回風順槽中，波傳播到12.75ms和21.12ms時發現異常，則距離探測地點為36.33m和60.19m處為弱膠結破碎帶；受兩次采動影響時，在20108工作面回風順槽中，波傳播到4.75ms時發現異常，其頂板內異常位置為13.53m；在2中203盤區右翼輔運大巷中，波形傳播到9.72ms、14.34ms、22.59ms時發現異常，則距離探測地點為27.70m、40.86m和64.38m處為弱膠結破碎帶。

3 結束語

礦井地質探測儀可有效地對煤礦井下不良地質體（包括斷層、破碎帶、溶洞等）進行超前預報，對高家梁煤礦探測結果表明，礦區頂板地震波傳播速度為2.85m/ms，在2上順槽和2中大巷均出現了一定程度的破碎帶。

參考文獻

[1]羅利銳，劉志剛，閆怡沖.超前地質預報系統的提出及其發展方向[J].巖土力學，2011，32（增1）：614-618.

[2]劉志剛，趙勇.隧道隧洞施工地質技術[M].北京：中國鐵道出版社，2001.

[3]呂兆海，來興平.破碎圍巖條件下井巷工程綜合超前地質預報實踐[J].物探與化探，2009，33（2）：229-229.

作者簡介：王建勇（1985-），男，內蒙古鄂爾多斯人，本科學歷，采煤初級助理工程師，從事技術管理工作。