槽波超前探測巷道地質異常的空間位置

孟曉霞

（同煤集團煤峪口礦，山西 大同 037041）

煤峪口礦北一輔助盤區石炭系皮帶大巷布置在石炭系-3-5#煤層中。煤層厚度12.37～26.87 m，平均厚度19.62 m，為穩定可采煤層，煤層傾角3°～6°，平均4.5°。煤層結構復雜，一般含矸6～10層，巖性以黑色炭質泥巖、泥巖為主，灰白色高嶺土次之[1]。煤層為黑色，半暗型，斷口處有黃鐵礦薄膜。

1 地震槽波超前探測

在煤礦中，對掘進巷道超前探測，其工作原理見圖1[2]。可探明巷道迎頭前方可能存在的斷層、陷落柱及采空區等位置及規模，并及時給出預警，提前采取措施進行合理規劃和防治，以避免出現廢巷，預防地質災害的發生。槽波超前探測方法基于直達槽波和反射槽波的時距曲線，能否準確拾取直達槽波和反射槽波的同相軸曲線將直接影響最終成像精度。

圖1 超前波探測原理

2 觀測系統設計

2.1 觀測系統布置

在充分考慮現有的條件和地質勘探任務的基礎上，在北一輔助盤區石炭系回風大巷左、右幫布置檢波點（接收點）、炮點(激發點)，見圖2。具體參數如下：

圖2 超前探測觀測系統設計

（1）道間距：2 m，左幫（J1～J28）、右幫（J1～J28）；

（2）炮點位置：左幫和右幫觀測系統對稱，炮點P1位于H15點后10 m（距迎頭32 m），P1、P2間距為2 m，P2、P3、P4、P5及P6間距為15 m，P6、P7間距為2 m；P3位于J21和J22之間，P4位于J14和J55之間，P5距J7和J8之間；

（3）總炮數：共14炮（左、右幫各7炮）；

（4）總道數：共56道（左、右幫各28道）。

2.2 檢波器的選擇

為保證數據采集質量，采集數據的檢波器采用雙分量的檢波器[3]，X分量和Z分量同時布置。

2.3 道間距

現有檢波器接收信號頻段35～1 200 Hz，根據理論煤厚的頻散曲線分析，槽波信號主頻在60 Hz左右，槽波速度在1 000 m/s左右，根據采樣定律得到最大道間距在6 m左右。因此實際采集的道間距應為4 m或更小，本次槽波超前探測施工道間距為2.0 m，滿足采樣定律和實際工作精度要求。

2.4 去假頻濾波

為了保證采集的地震槽波信號沒有虛假頻率，根據以往槽波數據頻譜分析結果，需要在采集時進行去假頻濾波[4]。因為實際信號中可能有超過采樣定律所要求的更高頻的噪聲，所以在采集前，設置地震儀啟動“去假頻濾波”，并根據要采集的信號頻率范圍設置正確的上限頻率。基本方法是，若觀測信號的最高頻率為fh, 則低通濾波器的上限頻率應為fh，根據信號采樣定理，信號的采樣率f采要滿足：

f采≥2fh，

采樣時間間隔Δt要滿足：

Δt≤1/2fh。

3 實際探測工作

3.1 工作布置

此次勘探區域為北一輔助盤區石炭系回風大巷，布置測線長度62 m，有效探測距離約為迎頭前方150 m。在現有地質條件和目的任務基礎上，實際施工在巷道左幫和右幫布置檢波點（接收點）、炮點（激發點），見圖3。具體參數如下：

圖3 超前探測實際材料

（1）道間距：2.0 m，左幫布置檢波點J1～J28，左幫和右幫觀測系統對稱布置，共布置56個檢波點。

（2）炮點位置：左幫和右幫觀測系統對稱。

炮點P1位于H15點后10 m，P1、P2間距為2 m，P2、P3、P4、P5及P6間距為15 m，P6、P7間距為2 m；P3位于J21和J22之間，P4位于J14和J55之間，P5位于J7和J8之間；

（3）總炮數：共14炮；

（4）總道數：共56道。

（5）炮孔情況：在煤層中間位置鉆孔，孔深度為3.0 m，誤差小于0.3 m；全部炮孔都在煤層里；封孔長度0.6 m。

（6）藥量和雷管選擇：150g/炮，5#雷管、紅綠腳線。

（7）接收點技術要求：處于煤層中間的錨桿上，使用轉接頭將檢波器固定在錨桿上。檢波器安置方向既平行于煤層，又平行于煤側壁，且所有檢波器方向一致。

（8）激發點情況：施工14炮，有效14炮，其中左幫激發P1～P7，共7炮；左幫激發P1～P7，共7炮。

根據Kirchhoff積分偏移成像結果，結合地質資料分析，右幫和左幫的偏移成果并進行地質解釋，成果解釋見圖4。

圖4 槽波探測成果

3.2 探測成果解釋

（1）右幫超前探測成果解釋如下：

YC1異常：位于回風大巷H15點前約87～95 m（距巷口約542～550 m），推斷解釋為煤層中砂體厚度變厚，在5～9 m之間。該異常可靠性較高；

YC2異常：位于回風大巷H15點前約106～123 m（距巷口約561～578 m），推斷解釋為煤層結構變化，砂體厚度變厚范圍的延伸影響。該異常可靠性一般；

YC3異常：位于回風大巷H15點前約130～138 m（距巷口約585～593 m），推斷解釋為煤層中砂體厚度變厚，在5～9 m之間。該異常可靠性較高；

YC4異常：位于回風大巷H15點前約160～168 m（距巷口約615～623 m），推斷解釋為煤層中砂體厚度變厚，約9 m左右。該異常可靠性一般。

（2）左幫超前探測成果解釋如下：

YC5異常：位于回風大巷H15點前約89～97 m（距巷口約544～552 m），推斷解釋為煤層中砂體厚度變厚，在5～9 m之間。該異常可靠性較高；

YC6異常：位于回風大巷H15點前約106～123 m（距巷口約561～578 m），推斷解釋為煤層結構變化，砂體厚度變厚范圍的延伸影響。該異常可靠性一般；

YC7異常：位于回風大巷H15點前約112～125 m（距巷口約567～580 m），推斷解釋為煤層結構變化，砂體厚度變厚范圍的延伸影響。該異常可靠性一般；

YC8異常：位于回風大巷H15點前約113～122 m（距巷口約568～577 m），推斷解釋為煤層中砂體厚度變厚，在5～9 m之間。該異常可靠性較高；

YC9異常：位于回風大巷H15點前約169～178 m（距巷口約624～633 m），推斷解釋為煤層中砂體厚度變厚，約9 m左右。該異常可靠性一般。

本次地震槽波探測共設計炮點20個，檢波點64個，實際完成炮點20個，檢波點64個，測線總長124 m。通過槽波超前探查，查明了測區內存在異常區4處，未發現其他的地質異常體。對所圈定的地質異常重新命名，編號為DZ1-DZ4，探測的異常縱向剖面見圖5。

圖5 實際探測異常縱向剖面

（1）DZ1異常（右幫YC1、左幫YC5）：位于回風大巷H15點前約87～95 m（距巷口約542～550 m），推斷解釋為煤層中砂體厚度變厚在5～9 m之間，在縱向上位于煤層中部，主要集中在煤層頂板下10 m左右，可靠性較高。

（2）DZ2異常（右幫YC3、左幫YC8）：位于回風大巷H15點前約130～138 m（距巷口約585～593 m），推斷解釋為煤層中砂體厚度變厚，在5～9 m之間，在縱向上位于煤層中下部，主要集中在煤層頂板下12 m左右，可靠性較高。

（3）DZ3異常（右幫YC4）：位于回風大巷H15點前約160～168 m（距巷口約615～623 m），推斷解釋為煤層中砂體厚度變厚，約9 m左右，在縱向上位于煤層下部，主要集中在煤層頂板下15 m左右，可靠性一般。

（4）DZ4異常（左幫YC9）：位于回風大巷H15點前約169～178 m（距巷口約624～633 m），推斷解釋為煤層中砂體厚度變厚，約9 m左右，在縱向上位于煤層下部，主要集中在煤層頂板下15 m左右，可靠性一般。

其中，YC2、YC6、YC7是煤層結構變化砂體厚度變厚范圍內的延伸影響。

4 結語

通過實際探測驗證，槽波探測地質異常空間位置比較準確，對預測工作面的地質構造情況、合理開采工作面的效果顯著，可以為煤礦開采帶來顯著經濟效益。