槽波地震法勘探與無線電波透視法在傾斜煤層構造探測中應用研究

常永峰 范 創 張 勇

（山東能源棗礦集團柴里煤礦，山東 滕州 277519）

1 引言

柴里煤礦3上605工作面處于一水平西翼六采區北部，工作面總體呈單斜構造形態，傾角5～22°，平均11°。工作面走向長978～979m(因為工作面設計停采線有點傾斜)，傾向長73～170m，面積為121686m2。該工作面掘進期間揭露斷層較多，其中F3605-3、F3605-10、F3605-2、F3605-4斷層，落差分別為21m、19m、10m、8m，對工作面布置影響較大，報廢巷道270m，先后修改三次設計，工作面可采儲量減小1/2，造成接續緊張。為探明工作面內及周邊地質情況，為工作面正常開采及下步周邊地質分析提供可靠的技術保障，采用槽波和無線電波透視超前對3上605工作面及周邊地質條件進行探測。

2 主要內容

2.1 槽波地震探測法

槽波地震勘探是利用在煤層中激發和傳播的導波，探查煤層不連續性的一種地球物理方法，槽波地震勘探可以探查小斷層、陷落柱、煤層分叉與變薄帶、采空區及廢棄巷道等地質異常，具有探測距離大、精度高、抗干擾能力強、波形特征易于識別以及最終成果直觀的優點，尤其在探測精度和距離上優于其他煤礦井下勘探方法，是目前最有效的探測方法之一。

2.2 施工流程

（1）測量標點。根據設計的炮點接收點的位置，由測量人員在運輸巷非工作面一側煤幫進行測量標點，炮點以P1、P2……標記，接收點以C1、C2……標記，標記位置要選擇在固定設施上。

（2）打孔。按照標記位置打孔。炮孔和接收孔要求如下：

① 炮孔：深2m，直徑適宜炸藥即可，高度距底板1.5m，垂直煤壁。

接收孔:：深2m，高度距底板1.7m，垂直煤壁。

② 炮孔和接收孔盡量布置在煤層中。

③ 鉆孔將煤粉吹干凈。

（3）安裝檢波器與儀器。攜帶檢波器與儀器至施工處，按測點標記位置及對照現場圖紙布置檢波器和儀器,由數據采集方對儀器和檢波器逐點檢查安裝質量。采集無誤后所有設備同步，等待放炮。

（4）放炮采集。放炮人員需要和數據采集方配合完成，在采集人員同意且在設備準備就緒后方可放炮。各個炮點一炮一放，逐點完成。采用同一批次瞬發2段雷管，礦用乳膠炸藥，每孔藥量150g（或1管）；坐底泥長度不少于1.5m，正向裝藥，不能炮藥分離；炮泥搗實至孔口，盡量保證起炮后不沖孔。

（5）收工。放炮時采集數據，全部炮點放完后，數據回放存儲，施工完成。

圖1 3上605工作面槽波透視勘探觀測系統示意圖

2.3 槽波透射法

2.3.1 方法原理

槽波透射法所用的有效波是從震源透過煤層傳至接收點的直達槽波信號。炮點與檢波點（接收點）布置在采區周圍不同巷道內，根據槽波的有無、強弱來判斷在相應的透射線扇形區內有無構造異常。

2.3.2 工程量

槽波透視分別在工作面運輸巷和軌道巷施工：運輸巷測線長度為1000m，道間距為10m，共布置100個測點，炮間距20m，共55炮，從里往外依次單個放炮；軌道巷測線長度為1000m，道間距為10m，共布置100個測點，炮間距20m，共50炮，從里往外依次單個放炮。如圖1。

2.4 槽波反射法

2.4.1 方法原理

槽波反射法有效波是反射槽波信號。槽波在煤層中傳播遇到了煤層中的不連續體，即遇到了地震波的波阻抗，識別出這些反射槽波信號就能直接判斷出煤層不連續的位置。

2.4.2 工程量

槽波反射分別在運輸巷外幫和切眼外幫施工：運輸巷外幫測線長度為1100m，道間距為10m，共布置110個測點，炮間距20m，共55炮；切眼外幫測線長度為130m，道間距5m，共布置26個測點，炮間距10m，共13炮，從里往外依次單個放炮。如圖2。

圖2 3上605工作面槽波反射勘探觀測系統示意圖

2.5 槽波地震數據處理

井下所采集的槽波地震數據需經過專門處理才能轉化為直觀的槽波成果圖，顯現工作面內的地質異常體的分布特點。數據處理流程見圖3。

圖3 槽波處理流程圖

2.6 結果分析

結合槽波反射和透射的探測結果，分析探測范圍內存在9處能量集中區域，分別為JDF1、JDF2、JDF3、JDF4、JDF5、JDF6、JDF7、JDF8、JDF9。根據探測結果及工作面揭露斷層分析，JDF1為面內隱伏構造；JDF2為3605-4斷層發育位置；JDF3為工作面內煤層結構變化范圍；JDF4為斷層3605-8主要發育區段；JDF5為隱伏的斷裂構造；JDF6為斷層3605-12主要發育區段；JDF7為斷層3605-12主要發育區段；JDF8為斷層3605-10主要發育區段；JDF9為隱伏的斷裂構造。見圖4。

圖4 3上605工作面槽波探測地質解釋圖

3 無線電波透視法探測

3.1 方法原理

電磁波在地下巖層中傳播時，由于各種巖、礦石電性的不同，對電磁波能量吸收不同，低阻巖層對電磁波具有較強的吸收作用，當波前進方向遇到斷裂構造所出現的界面時，電磁波將在界面上產生反射和折射作用，也造成能量的損耗。因此，在礦井下，電磁波穿過煤層途中遇到斷層、陷落柱或其他構造時，波能量被吸收或完全被屏蔽，則在接收巷道收到微弱信號或收不到透射信號，形成所謂的透視異常。

3.2 施工布置與數據采集

在3上605運輸巷共布置19發射點，對每個發射點在軌道巷接收11個實測場強值，在3605軌道巷共布置19發射點，對每個發射點在運輸巷接收11個實測場強值。采用無線電波透視技術在運輸巷和軌道巷內分別發射和接收。

圖5 3上605工作面無線電透視CT現場探測布置

3.3 結果分析

采用無線電波透視CT軟件系統對所采集的數據進行反演，其結果以實測場強曲線圖、實測場強交會成像圖和SIRT法疊代CT成像圖表示。CT成像圖為煤巖層電磁波吸收系數值圖，綜合實測場強、吸收系數分布情況分析，各個異常區探測結果見圖6所示。

圖6 無線電波透視CT成像資料解釋圖

3.4 結論

（1）根據槽波探測結果分析,探測范圍內存在9處能量集中區域,分別是JDF1、JDF2、JDF3、JDF4、JDF5、JDF6、JDF7、JDF8、JDF9；

（2）無線電波透視探測結果分析存在5個構造異常區，分別是1#異常區、2#異常區、3#異常區、4#異常區、5#異常區；

（3）根據槽波探測和無線電波透視探測結合工作面巷道揭露斷層分析，JDF1為面內隱伏構造；JDF2為3605-4斷層發育位置；JDF3為工作面內煤層結構變化范圍；JDF4為斷層3605-8主要發育區段；JDF5為隱伏的斷裂構造；JDF6為斷層3605-12主要發育區段；JDF7為斷層3605-12主要發育區段；JDF8為斷層3605-10主要發育區段；JDF9為隱伏的斷裂構造。

4 創新點

（1）利用槽波和無線電波透視兩種物探方法對復雜地質條件區域進行探測，互相印證，提高探測精度。

（2）探測結果與地質資料分析相結合得出較為準確的地質資料。

（3）為工作面的正常開采及下步周邊工作面布置提供指導依據。

（4）為后續地質分析及探查指明了方向。

5 應用推廣情況

隨著礦井服務年限的延長，礦井生產區域向深部及構造復雜零星塊段轉移，采用物探方法探測與鉆探、巷探等其他探測方法相比，具有低投入、高回報的優點，多種探測方法應用，更為準確地解決了礦井對邊遠及未開拓區域斷層構造位置、落差、延展情況以及主采煤層可采范圍、厚度變化等缺乏前瞻性的問題，為采掘生產提供技術指導，極大地促進了礦井的安全、高效生產，具有較好地推廣價值。