官地礦33423工作面切眼地震勘探應用研究

史海江

（山西焦煤西山煤電集團有限公司官地煤礦，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西北側，東北側為3#煤北四回風巷、33307采空區，西北側為33421工作面采空區，東南側為北四新區皮帶巷、回風巷及33419、33417、33413、33411工作面采空區及33415工作面（正在回采），西南側為北四左翼輔運巷、3#煤皮帶配巷、3#煤回風配巷，上部3.5～5.5m為32302、22423、22425、32404工作面采空區和中北回風巷。

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

工作面采3#煤，平均煤厚3.3m，煤層結構簡單，煤層傾角2°～11°，平均6°，煤層穩定，煤質以半暗型為主。煤層偽頂為炭質泥巖，平均厚度0.4m；直接頂為泥巖，平均厚度1.32m；老頂為細粒砂巖，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 工作面構造發育情況

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

（2）斷層。工作面在正巷掘進過程中揭露落差0.6m的逆斷層1條，副巷掘進過程中揭露落差0.8m正斷層1條、1.5m逆斷層1條，工作面內預計將揭露落差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。巷道副巷掘進過程中揭露N3-25陷落柱（此次勘探的目的），正巷掘進過程中揭露Z4-35陷落柱，工作面內預計將揭露N4-46、N4-15、Z4-105、Z4-104、Z4-101陷落柱，煤柱內存在N4-14陷落柱。

（4）工作面內部不排除有其他隱伏地質構造。

結合地質情況及現場環境，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的延伸情況，為33423工作面回采工作提供技術依據。

2 地震物探原理分析

2.1 分布式震波反射探測原理

地震波在煤層中傳播遇到煤層中的不連續體，即遇到波阻抗（速度和密度）差異的分界面，就會產生反射波信號，因此，識別出這些反射波信號就能直接判斷出煤層不連續的位置。炮點與檢波點布置在同一巷道內，炮點在排列附近。反射法的最大優點是可以在一條煤巷中向兩側探測，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備采用福州華虹制造的“KDZ3114礦井分布式震波勘探儀系統”。

2.2 反射共偏移法原理

此技術是根據反射波探測原理，首先選出最佳偏移距離，然后多次從觀測系統中覆蓋數據進行數據采集工作。在利用此技術探測時，先利用單邊排列方法針對測試工作面地震地質條件進行噪聲監測，然后針對排列記錄進行分析對比，確定合適的反射共偏移接受信息窗口，在檢測的同時按照一定步距向前推進完成工作面區域探測任務。本次采用KDZ1114-6A30礦井地質探測儀。

3 方案設計

3.1 分布式震波反射探測方案

在33423工作面切眼內工作面側沿副巷到正巷方向穿插布置炮點和檢波點，在距離副巷和切眼交叉口18m位置布置第一個炮點，共布置炮點14個，炮點間距10m；在距離副巷和切眼交叉口0.5m位置布置第一個檢波點，共布置檢波點36個，檢波點間距5m。炮點和相鄰檢波點間距2.5m，如圖2所示。

物探施工前，由礦方放炮員按照設計要求打眼裝藥，布置好物探設備后連接物探啟動設備和起爆器，由物探員指揮放炮員逐一單炮起爆，現場施工嚴格按照相關安全規程施工，保證施工安全和數據質量。

3.2 反射共偏移法探測方案

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系統（一個激發點兩個檢波點接收），施工完成后，按照移動步距將整個觀測系統搬站，重復與第一次觀測相同的工作，后續重復，直到觀測系統覆蓋整個工作面為止。最小偏移距（即震源點與1號檢波點的距離）1m，道間距（兩個檢波點間距離）1m，移動步距1m。測線布置示意圖如圖3所示，覆蓋范圍如圖4所示。

工作人員應攜帶卷尺、記錄本等現場使用工具。物探施工時，由物探員指揮激發錘擊震源和布置觀測系統，現場施工嚴格按照相關安全規程施工，保證施工安全和數據質量。

3.3 工作量統計

本次勘探33423工作面切眼長185m，分別采用分布式震波反射和反射共偏移法對其進行勘探。本次分布式震波反射探測、反射共偏移探測現場采集數據預計1d時間。分布式震波反射和反射共偏移法都是在切眼激發和接收，分布式震波反射勘探炮間距10m，道間距5m，測線長度175m，共布置炮點14個，檢波點36個。反射共偏移每一次觀測需設置1個震源激發點，2個檢波點，測線長度130m，移動步距1m，共需重復進行130多次觀測。具體情況如表1所示。

圖3 反射共偏移測線布置示意圖

圖4 反射共偏移覆蓋范圍圖

表1 勘探工作量表

4 數據處理分析

根據設備軟件數據處理平臺，可以得到直觀的效果圖，如圖5、圖6所示。

圖5 震波CT共中心點時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發射相位。

根據分布式震波CT共中心點時間水平疊加剖面、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高頻、高速特征，確定為高密度介質。

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

5 結論

本文針對官地礦井下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33423工作面切眼處陷落柱進行了探測，通過數據分析平臺，得到了33423工作面切眼處橫向20～90m（切眼內沿副巷至正巷方向）、深度0～82m（切眼垂直工作面面內方向）范圍，為陷落柱發育范圍。