綜合物探在工作面地質構造探測中的應用

摘 要：為了降低采面隱伏構造對煤炭開采影響，針對5325綜采工作面地質構造復雜問題，采用以無線電透視+槽波地震探測相結合的綜合物探技術對采面開采范圍內的煤體存在的構造進行探測，并詳細對各物探技術現場布置方案、探測成果進行探討分析，最終用鉆探方式對綜合物探進行驗證?，F場應用發現5325綜采工作面內有12條隱伏斷層、5個隱伏陷落柱、9個地質異常體，探測到的隱伏構造多發于在采面第2、第3回采階段。綜合物探成果現場應用取得顯著成果，探測結果可在一定程度上指導采面煤炭生產。

關鍵詞：綜合物探;隱伏構造;斷層;陷落柱;綜采工作面

斷層、陷落柱、褶曲等是煤炭開采過程中常遇地質構造，同時也是良好的導水體[1-3]。因此，在煤炭開采過程中精準探測地質構造對確保生產安全具有重要意義?，F階段礦井普遍采用物探+鉆探方式對回采工作面未采煤體內存在的地質構造進行探測，在一定程度上提升了礦井地質構造應對能力。各種物探技術有其自身特點及適應范圍，文中就以6403綜采工作面為工程背景，采用無線電透視+槽波地震探測對采面地質構造進行綜合探測，現場應用效果顯著。

1 工程概況

某礦5325綜采工作面開采3號煤層，回采巷道設計長為2150m，由于受到區域地質構造影響，采面分3段開采，每段采面切眼斜長分別為138m、185m、260m。主采的3號煤層賦存較為穩定，厚度平均5.62m。采面巷道、切眼掘進揭露多條斷層、多個陷落柱，采面內地質構造發育、分布較為復雜。前期三維地質勘探探測結果存在一定的局限性，采面內可能會有其他隱伏的小型構造、富水體以及煤巖破碎帶等地質異常區。因此，為了精準掌握5325采面開采范圍內地質構造賦存情況，降低地質構造對采面生產影響，特在5325采面進行綜合探測。

2 現場布置

2.1 布置方案

2.1.1 無線電透視探測布置方案

無線電透視是根據電磁波能量差異判定采面內是否存在地質構造以及構造類型。在現場應用時采用型號為WKT-7型無線電透視儀、工作頻率為256kHz。在5325進風巷每隔50m布置一發射點，回風巷每隔5m布置一接收點接收發出的電磁波信號;回風巷每隔50m布置一發射點，進風巷每隔5m布置一接收點。

2.1.2 槽波地震探測布置方案

在5325采面采用槽波地震探測時選用槽波透視法進行探測，選用的SummitII槽波地震儀。在5325運輸巷向3號煤層施工深度2m鉆孔，并裝入150g乳化炸藥，炮孔間距為20m;在回風巷布置的檢波器孔深2m、孔徑55mm，共計布置104個檢波器孔、孔間距為20m。

2.2 探測結果

2.2.1無線電透視探測結果

在5325綜采工作面采用“雙發雙收”方式進行無線電透視探測，具體得到的探測反演結果見圖1所示。綜合反演結果在采面共計圈定5個地質異常帶，其中YC1綜合分析認為是斷層、其余的4個異常帶綜合分析認為是隱伏小型陷落柱。受到無線電透視局限性影響，得到的反演圖中異常帶多呈現矩形、條帶形分布，縱向分辨率較差，無法精準確定探測到的斷層、陷落柱等地質構造在采面影響范圍。

2.2.2 槽波地震探測結果

在5325綜采工作面采用槽波透視法進行探測，依據采集到的透射槽波能量差異，在得到探測范圍內的槽波振幅后，采用以BPT、SIRT為主的CT層析成像發繪制出槽波能量衰減系數圖，從而推斷得到探測范圍內地質構造發育情況，具體探測成果圖見圖2所示。

槽波能量衰減相對較為明顯區域為地質構造異常帶，通過對于BPT、SIRT兩種分析方法反演結果，發現采用BPT、SIRT兩種方法分別在采面探測區內共圈定11、13處地質異常區。上述兩種分析方式均可圈定采面內地質構造異常區，但是無法準確區域地質異常區類型。

2.3 物探成果綜合分析

根據無線電透視以及槽波探測成果，并結合回采巷道掘進揭露地質資料，在采面內共圈定隱伏構造17個，其中包含12條斷層、5個陷落柱，另外探測到有9個地質異常體（主要為煤巖體破碎帶）。采面內隱伏地質構造多在采面第2、第3回采階段，具體位置見圖3所示。

3 鉆探驗證分析

5235綜采工作面開采范圍內地質構造發育復雜，礦井根據綜合物探確定的異常帶進行鉆探，均驗證了物探探測到的地質異常帶?，F階段，采面已經回采推進160m，揭露1處地質異常體，該異常體共有5條斷層，落差均在0.3～0.9m、斷距在1.5～2.3m，延伸范圍均在綜合物探圈定的范圍內;物探圈定的2～9號異常體經鉆探發現為煤巖體破碎帶;探測到的5個陷落柱及斷層經鉆探驗證均存在，同時陷落柱及斷層均在物探圈定的異常區范圍內發育。

綜合上述分析，采用無線電透視+槽波地震探測相結合的綜合物技術可充分發揮各探測技術優點，從而對采面內隱伏的地質構造進行探測，且可精準的探測地質構造異常體類型、影響范圍。5235綜采工作面根據物探探測結果以及鉆探驗證成果，對采面內存在的地質構造異常帶提前采用注漿加固、強化頂板管理以及降低采高等措施，降低了地質構造對采面回采影響。

4 總結

①無線電透視技術可實現對探測區內地質構造類型判定，但受到無線電透視技術應用局限性影響，該技術無法準確確定地質構造異常體范圍;而地震槽波探測可實現對探測區內地質構造異常體影響范圍圈定，但無法判定異常體類型。因此，將上述2中探測技術綜合使用，充分發揮各技術優點，可實現對探測區內地質構造精準探測，為采面生產提供精準度較高的地質資料;②將綜合物探技術應用到5235綜采工作面開采范圍內煤體隱伏構造探測中，共發現12條隱伏斷層、5個隱伏陷落柱及9個地質異常體，采用鉆探技術均探測到物探確定的地質異常體，表明礦井在5235工作面采用的綜合物探技術探測結果具有較強的可信度。

參考文獻：

[1]劉威.綜合物探結合長距離鉆孔控制隱伏構造[J].江西煤炭科技，2020（03）：39-41.

[2]吳超凡，邱占林，路拓，梁文全.綜合物探技術在大彎煤礦巷道超前地質預報中的應用[J].煤炭工程，2020，52（04）： 43-47.

[3]趙永亮.綜合物探技術在東龐礦21209工作面中的應用[J].煤炭與化工，2020，43（01）：45-48.

作者簡介：

李鵬（1987- ），男，山西省長子縣人，2014年1月畢業于太原理工大學，采礦工程專業，本科，現為工程師。