槽波小论文

透射法槽波地震勘探在煤矿小构造探测中的应用*1马士趁1，杨思通1，朱鲁1，马云2，徐万鹏1，张涛1（1.山东科技大学地球科学与工程学院，山东青岛266590；2.北京欧华联科技有限责任公司，北京100000）摘要：本文以晋煤成庄煤矿5308工作面为研究对象，采用透射法槽波地震勘探对工作面进行地质构造超前探测。通过对数据进行采集、处理、解释，探明工作面内各种地质构造及异常体，包括断层、陷落柱、煤层厚度变化、高压带以及高瓦斯带。现场施工表明，槽波地震勘探对探测煤矿小构造及异常体效果较为明显。关键词：成庄煤矿；槽波地震勘探；透射法；超前探测；地质构造ApplicationofISSexplorationbytransmissionmethodindetectionofsmallstructuresincoalmineMAShi-chen1，YANGSi-tong1，ZHUlu1，MAyun2，XUWan-peng1，ZHANGtao1(1.CollegeofGeologicalSciencesandEngineering，ShandongUniversityofScienceandTechnology，Qingdao266590，China;2.BejingOuhualianTechnologyLimitedLiabilityCompany，Beijing100000，China)Abstract:ISS(In-Seam-Seismic)explorationbytransmissionmethodwasusedtodetecttheworkingface5308inchengzhuangcoalmineforpredictinggeologicalstructureahead.Throughthedataacquisition,processingandinterpretation,detectingavarietyofgeologicalstructureandabnormalbodyinworkingface,includingfaults,collapsecolumn,thecoalthicknesschanges,highrockstressaswellasminegasabundantezone.ThesiteconstructionshowsthattheeffectofISSexplorationonthesmallstrutureandabnormalbodyofthecoalmineisobvious.Keywords:chengzhuangcoalmine;ISSexploration;transmissionmethod;predictionahead;geologicalstructure0引言随着煤矿生产安全要求和机械化程度的提高，工作面内部小构造引起的安全和生产问题已越来越突出。在综合机械化采煤的过程中，常常因为不能准确预测工作面前方的地质异常体以及其位置、规模大小,从而造成巨大的经济损失，严重的还会造成人员伤亡。在诸多的物探方法中，槽波地震勘探以其分辨率高、探测距离大，能够探明煤层的不连续性等，已成为最有前途的井下物探方法之一。1槽波地震勘探的原理和方法1.1槽波地震勘探的原理槽波地震勘探是地震勘探的一个分支。槽波是一种频散波，它是在一定的围岩、煤层物性组合下产生的。当煤层中激发的体波，包括纵波和横波经过顶底界面的多次全反射，激发的能量最终被禁锢在煤层及其邻近的岩石中，不向围岩辐射，而在煤槽中相互叠加、相长干涉，形成了一个较大的干涉扰动，即槽波。1.2槽波地震勘探的方法*国家自然科学基金资助（编号：41204077，41372290）；山东省自然科学基金资助（编号：ZR2013EEQ019，ZR2015PD010）；山东省矿山灾害预防控制国家重点实验室培育基地（山东科技大学）开放基金资助（编号：MDPC2012KF13）槽波探测的基本方法有两类：透射法和反射法。在煤层中激发的槽波当沿着煤层传播时，如果工作面或巷道前方煤层波导被完全阻断，那么槽波就不能有效地透过异常体，不能形成透射槽波，但可以形成反射槽波，当部分被阻断时，能观察到较弱的透射槽波。图1透射法原理图采用透射法探测时，震源与检波器排列分别布置在不同的巷道内，如图1所示。根据透射槽波的有无、强弱及运动学、动力学参数，来判断震源与接收排列间所被射线覆盖的区域有无地质异常。当断层落差大于煤厚时，煤层波导被完全阻断，一般接收不到透射槽波；当落差为煤厚的30%-70%时，煤层波导被部分阻断，接收到的透射槽波能量相应减弱。透射法主要用于探测工作面内地质构造和内部异常，包括煤层厚度变化，夹矸分布，大小断层，陷落柱，老窑等。2工程应用实例2.1工作面概况本次井下槽波地震勘探工作地点为山西省晋城成庄煤矿5308大采高工作面，工作面长600m，煤层为3号煤层，煤层厚度为6.07m,黑色，条带状结构，似金属光泽，煤芯完整。因工作面走向较长，局部煤厚变化较大。工作面回采时，一部分处于承压水标高以下，工作面切眼处于承压水区域，因此，本工作面充水因素复杂，属于带压开采范围。根据已揭露及相邻区域的地质质料推断，该掘进工作面内部有可能存在小型隐伏地质构造。2.2勘探设计为了查明5308工作面内部的地质构造情况，对5308工作面外部480m进行透射法槽波地震勘探，施工设计，如图2所示。在该工作面上巷道53083工作巷布置了炮点31个，炮点间距为20m，在下巷道53081工作巷布置了检波点29个，检波点道间距为20m。各检波点均采用双分量水平检波器接收。图25308工作面槽波透射法勘探设计图2.3采集槽波单炮资料分析2.3.1典型透射槽波数据分析选取工作面内比较典型的单炮记录，分析其槽波特征为：能量相对较强，速度相对较低、频率相对较低。通过对各单炮记录的仔细分析，可以看出，在每个单炮记录上均能接收到槽波，只是不同地区，槽波透射的能量稍有差别。2.3.2典型透射槽波频散分析综合整个工作面内各典型槽波记录频散分析的结果，表明整个工区槽波频散特征显著，群速度曲线相对较完整连续，槽波埃里相频率主要集中在80Hz左右，槽波的埃里相速度约为850m/s。2.4槽波数据处理与资料解释本次槽波地震勘探数据处理采用美国SPW地震数据处理软件，主要的透射法数据处理流程如图3所示。槽波是频散波，即槽波的群速度和相速度均随频率而改变。频散分析就是从实测的槽波记录中提取群速度和相速度随频率变化的曲线。槽波速度变化与煤厚密切相关，煤层越厚，槽波速度越低，主频向低频方向偏移。槽波频散变化最陡的部分，煤厚变化引起的槽波速度变化最大，探测精度最高，因此在速度成像时，所选频率宜位于槽波速度变化最陡的部分。在对各炮点获得的槽波数据进行频散分析后，便可获得选定频率下槽波速度，再对其进行层析成像便可获得波速CT成像图。槽波速度CT成像图能够反映煤层厚度变化和断层、陷落柱等，是透射法槽波勘探进行地质解释的主要依据。图3槽波透射法数据处理流程图图4为透射法槽波地震勘探波速分布图。槽波波速分布图中，图例1代表速度高区域，图例2次之，图例3为低速区，根据速度分析结果综合分析完整的煤层的波速约为850m/s,加粗黑色线区域内为速度高于煤层速度，定义为异常区，共发现5处相对高速异常区。图45308工作面透射法槽波地震勘探波速分布图通过透射法槽波地震勘探波速图（槽波速度CT成像图）及已揭露的地质资料综合分析可知：（1）异常1、异常2推测是煤柱引起的压力增高带，高压导致煤层压实，速度增高；（2）异常3、异常4推测为煤层破碎带或者瓦斯富集区导致速度增高；（3）异常5推测为煤层内陷落柱，由于陷落柱被顶板岩石所填充，其速度值高于煤层，所以表现为高速体。3结论（1）通过以上实例可以看出，槽波地震勘探对煤层内部地质构造的探测是相当准确的，对煤矿预先探测未知区域效果明显；（2）井下槽波勘探布置方式灵活多变，可以探明工作面内部与巷道成任意夹角的地质异常；（3）井下槽波地震勘探精度高，可以分辨规模与煤厚相当的小断层或地质异常体，还可获得工作面内部的其它地质信息。参考文献：[1]乐勇，王伟，等.槽波地震勘探技术在工作面小构造探测中的应用[J].煤田地质与勘探，2013,41（4）：74-77.[2]刘天放，潘冬明，李德春，等.槽波地震勘探[M].北京：中国矿业大学出版社，1994.[3]杨国庆，田新明.运用地球物理勘探技术实现煤炭的科学开采[J].煤炭技术，2014,33（5）：135-138.[4]孙超.我国矿井采区探测技术的前景及发展方向[J].煤炭技术，2009,28（5）：73-75.[5]孙瑞霞，张雯霁，黄晓玲.煤田地质勘探点新方法——槽波地震勘探[J].河北建筑科技学院院报（自然科学版），1998,15（3）：59-72.[6]师旭.煤矿井下巷道槽波超前探测技术研究[D].中国矿业大学，2014.[7]刘天放，李志聃.矿井地球物理勘探[M].北京：煤炭工业出版，1992[8]王伟，高星，李松营，等.槽波层析成像方法在煤田勘探中的应用——以河南义马矿区为例[J].地球物理学报，2012,55（3）：1054-1062.作者简介：马士趁（1990-），山东济宁人，硕士研究生，主要从事综合地球物理勘探方面的研究，电子邮箱：[e-mail].通讯地址：山东省青岛市经济技术开发区前湾港路579号山东科技大学地球科学与工程学院219办公室,电话：[phone]