官地礦33423工作面切眼地震勘探應(yīng)用研究

史海江

（山西焦煤西山煤電集團(tuán)有限公司官地煤礦，山西 太原 030022）

1 工程概況

1.1 工作面概況

33423工作面位于官地煤礦北四采區(qū)西北側(cè)，東北側(cè)為3#煤北四回風(fēng)巷、33307采空區(qū)，西北側(cè)為33421工作面采空區(qū)，東南側(cè)為北四新區(qū)皮帶巷、回風(fēng)巷及33419、33417、33413、33411工作面采空區(qū)及33415工作面（正在回采），西南側(cè)為北四左翼輔運(yùn)巷、3#煤皮帶配巷、3#煤回風(fēng)配巷，上部3.5～5.5m為32302、22423、22425、32404工作面采空區(qū)和中北回風(fēng)巷。

33421工作面在回采過程中揭露一陷落柱，揭露范圍約60m，根據(jù)已知地質(zhì)資料推測(cè)其與原33423副巷揭露的陷落柱為同一個(gè)，本次勘探區(qū)的位置為33423工作面目前推進(jìn)位置，具體位置如圖1所示。

工作面采3#煤，平均煤厚3.3m，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，煤層傾角2°～11°，平均6°，煤層穩(wěn)定，煤質(zhì)以半暗型為主。煤層偽頂為炭質(zhì)泥巖，平均厚度0.4m；直接頂為泥巖，平均厚度1.32m；老頂為細(xì)粒砂巖，平均厚度3.28m。直接底為泥巖，平均厚度4.7m；老底為粗粒砂巖，平均厚度12.9m。

1.2 工作面構(gòu)造發(fā)育情況

（1）褶曲。工作面范圍內(nèi)整體為單斜構(gòu)造，工作面東北部有一背斜構(gòu)造，兩翼傾角2°～5°。

（2）斷層。工作面在正巷掘進(jìn)過程中揭露落差0.6m的逆斷層1條，副巷掘進(jìn)過程中揭露落差0.8m正斷層1條、1.5m逆斷層1條，工作面內(nèi)預(yù)計(jì)將揭露落差2.8m、0.5m、0.6m、0.8m正斷層4條，落差0.5m、4.5m逆斷層2條。

（3）陷落柱。巷道副巷掘進(jìn)過程中揭露N3-25陷落柱（此次勘探的目的），正巷掘進(jìn)過程中揭露Z4-35陷落柱，工作面內(nèi)預(yù)計(jì)將揭露N4-46、N4-15、Z4-105、Z4-104、Z4-101陷落柱，煤柱內(nèi)存在N4-14陷落柱。

（4）工作面內(nèi)部不排除有其他隱伏地質(zhì)構(gòu)造。

結(jié)合地質(zhì)情況及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，本次在33423切眼采用分布式震波反射法（震波CT）、地震波反射共偏移兩種方法綜合探查33423切眼和33423副巷揭露的陷落柱在工作面內(nèi)的延伸情況，為33423工作面回采工作提供技術(shù)依據(jù)。

2 地震物探原理分析

2.1 分布式震波反射探測(cè)原理

地震波在煤層中傳播遇到煤層中的不連續(xù)體，即遇到波阻抗（速度和密度）差異的分界面，就會(huì)產(chǎn)生反射波信號(hào)，因此，識(shí)別出這些反射波信號(hào)就能直接判斷出煤層不連續(xù)的位置。炮點(diǎn)與檢波點(diǎn)布置在同一巷道內(nèi)，炮點(diǎn)在排列附近。反射法的最大優(yōu)點(diǎn)是可以在一條煤巷中向兩側(cè)探測(cè)，是井下地震勘探的重要方法。本次33423工作面分布式震波反射勘探設(shè)備采用福州華虹制造的“KDZ3114礦井分布式震波勘探儀系統(tǒng)”。

2.2 反射共偏移法原理

此技術(shù)是根據(jù)反射波探測(cè)原理，首先選出最佳偏移距離，然后多次從觀測(cè)系統(tǒng)中覆蓋數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作。在利用此技術(shù)探測(cè)時(shí)，先利用單邊排列方法針對(duì)測(cè)試工作面地震地質(zhì)條件進(jìn)行噪聲監(jiān)測(cè)，然后針對(duì)排列記錄進(jìn)行分析對(duì)比，確定合適的反射共偏移接受信息窗口，在檢測(cè)的同時(shí)按照一定步距向前推進(jìn)完成工作面區(qū)域探測(cè)任務(wù)。本次采用KDZ1114-6A30礦井地質(zhì)探測(cè)儀。

3 方案設(shè)計(jì)

3.1 分布式震波反射探測(cè)方案

在33423工作面切眼內(nèi)工作面?zhèn)妊馗毕锏秸锓较虼┎宀贾门邳c(diǎn)和檢波點(diǎn)，在距離副巷和切眼交叉口18m位置布置第一個(gè)炮點(diǎn)，共布置炮點(diǎn)14個(gè)，炮點(diǎn)間距10m；在距離副巷和切眼交叉口0.5m位置布置第一個(gè)檢波點(diǎn)，共布置檢波點(diǎn)36個(gè)，檢波點(diǎn)間距5m。炮點(diǎn)和相鄰檢波點(diǎn)間距2.5m，如圖2所示。

物探施工前，由礦方放炮員按照設(shè)計(jì)要求打眼裝藥，布置好物探設(shè)備后連接物探啟動(dòng)設(shè)備和起爆器，由物探員指揮放炮員逐一單炮起爆，現(xiàn)場(chǎng)施工嚴(yán)格按照相關(guān)安全規(guī)程施工，保證施工安全和數(shù)據(jù)質(zhì)量。

3.2 反射共偏移法探測(cè)方案

在33423工作面切眼與33423副巷交叉口處沿副巷到正巷方向開始布置第一次觀測(cè)系統(tǒng)（一個(gè)激發(fā)點(diǎn)兩個(gè)檢波點(diǎn)接收），施工完成后，按照移動(dòng)步距將整個(gè)觀測(cè)系統(tǒng)搬站，重復(fù)與第一次觀測(cè)相同的工作，后續(xù)重復(fù)，直到觀測(cè)系統(tǒng)覆蓋整個(gè)工作面為止。最小偏移距（即震源點(diǎn)與1號(hào)檢波點(diǎn)的距離）1m，道間距（兩個(gè)檢波點(diǎn)間距離）1m，移動(dòng)步距1m。測(cè)線布置示意圖如圖3所示，覆蓋范圍如圖4所示。

工作人員應(yīng)攜帶卷尺、記錄本等現(xiàn)場(chǎng)使用工具。物探施工時(shí)，由物探員指揮激發(fā)錘擊震源和布置觀測(cè)系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)施工嚴(yán)格按照相關(guān)安全規(guī)程施工，保證施工安全和數(shù)據(jù)質(zhì)量。

3.3 工作量統(tǒng)計(jì)

本次勘探33423工作面切眼長(zhǎng)185m，分別采用分布式震波反射和反射共偏移法對(duì)其進(jìn)行勘探。本次分布式震波反射探測(cè)、反射共偏移探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)預(yù)計(jì)1d時(shí)間。分布式震波反射和反射共偏移法都是在切眼激發(fā)和接收，分布式震波反射勘探炮間距10m，道間距5m，測(cè)線長(zhǎng)度175m，共布置炮點(diǎn)14個(gè)，檢波點(diǎn)36個(gè)。反射共偏移每一次觀測(cè)需設(shè)置1個(gè)震源激發(fā)點(diǎn)，2個(gè)檢波點(diǎn)，測(cè)線長(zhǎng)度130m，移動(dòng)步距1m，共需重復(fù)進(jìn)行130多次觀測(cè)。具體情況如表1所示。

圖3 反射共偏移測(cè)線布置示意圖

圖4 反射共偏移覆蓋范圍圖

表1 勘探工作量表

4 數(shù)據(jù)處理分析

根據(jù)設(shè)備軟件數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，可以得到直觀的效果圖，如圖5、圖6所示。

圖5 震波CT共中心點(diǎn)時(shí)間水平疊加剖面成果圖

圖6 地震波反射共偏移剖面成果圖

由圖分析可得：地震波在巖石中相比在煤層中呈現(xiàn)高頻、高速特征，且在煤巖分界的波阻抗差異位置存在明顯增強(qiáng)發(fā)射相位。

根據(jù)分布式震波CT共中心點(diǎn)時(shí)間水平疊加剖面、地震波反射共偏移剖面可以看出：橫向20～90m、深度0～82m范圍（具體位置見圖中線圈定的范圍），相比其他地震波呈現(xiàn)高頻、高速特征，確定為高密度介質(zhì)。

因此，可以得到官地礦33423工作面切眼處橫向20～90m（切眼內(nèi)沿副巷至正巷方向）、深度0～82m（切眼垂直工作面面內(nèi)方向）范圍，為陷落柱發(fā)育范圍。

5 結(jié)論

本文針對(duì)官地礦井下33423工作面切眼和33423副巷揭露的陷落柱情況不明確等問題，分析了分布式震波反射法（震波CT）、地震波反射共偏移勘探方法的工作原理，并針對(duì)33423工作面切眼處陷落柱進(jìn)行了探測(cè)，通過數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，得到了33423工作面切眼處橫向20～90m（切眼內(nèi)沿副巷至正巷方向）、深度0～82m（切眼垂直工作面面內(nèi)方向）范圍，為陷落柱發(fā)育范圍。