槽波地震勘探技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用

槽波地震勘探技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用

0巷道斷層影響在設(shè)計(jì)和回采煤炭車間時(shí)，應(yīng)考慮多項(xiàng)因素，其中故障是最重要的因素，直接影響道路開挖和車間配置。工作面因斷層影響導(dǎo)致其兩側(cè)的煤層及巖層破碎嚴(yán)重，瓦斯等有害氣體就容易聚集，容易引起瓦斯突出；在帶壓開采工作面，斷層可以作為導(dǎo)水通道，有可能導(dǎo)通地表水和地下水，從而引發(fā)礦井突水；斷層也可以破壞頂板穩(wěn)定，引發(fā)冒頂?shù)仁鹿?。在巷道掘進(jìn)中遇到斷層，若斷距較大，則會(huì)引起生產(chǎn)設(shè)計(jì)方案的變更，導(dǎo)致巷道掘進(jìn)量增加而延誤正常生產(chǎn)，也形成大量廢棄巷道，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。綜上所述，斷層則是影響煤礦安全高效生產(chǎn)的主要地質(zhì)因素之一，若能最大可能地準(zhǔn)確預(yù)測(cè)斷層位置、走向及斷距大小，提前做好應(yīng)對(duì)措施，將對(duì)煤礦安全高效生產(chǎn)有重大的意義。目前，煤礦探測(cè)斷層常用的物探手段有地面常規(guī)三維地震勘探、高密度三維地震勘探、井下無線電波坑透與槽波地震勘探等。三維地震勘探由于受地面地形條件等自身復(fù)雜因素的限制，無法準(zhǔn)確地探測(cè)斷距小于5m斷層的準(zhǔn)確位置及延展長(zhǎng)度，難以滿足礦井安全高效開采的要求；井下無線電波坑透也因受到工作面寬度和電子設(shè)備的影響，導(dǎo)致探測(cè)結(jié)果精度降低。而井下槽波地震探測(cè)技術(shù)由于槽波在煤層中激發(fā)與傳播，形成的地震波傳播距離遠(yuǎn)、分辨率高、波形易于識(shí)別、地質(zhì)信息豐富、受外界因素干擾小等優(yōu)點(diǎn)，既能探測(cè)工作面內(nèi)部的斷層也能探測(cè)工作面兩側(cè)的斷層，是一種直接在井下工作面探測(cè)斷層的有效手段。1槽波地震檢測(cè)技術(shù)(1）槽波透射法在工作面的2條巷道或切眼布置震源和接收點(diǎn)，即震源透過煤層傳至接收點(diǎn)的槽波信號(hào)進(jìn)行勘探。炮點(diǎn)與檢波點(diǎn)（接收點(diǎn)）布置在采區(qū)周圍不同巷道內(nèi)，根據(jù)檢波點(diǎn)接收槽波的缺失、強(qiáng)弱及速度變化來判斷在相應(yīng)的透射射線扇形區(qū)內(nèi)有無構(gòu)造異常，如圖1所示。同時(shí)，還可以通過對(duì)較好透射槽波記錄的分析，為反射法數(shù)據(jù)處理及解釋提供速度參數(shù)等，一般探測(cè)范圍可達(dá)煤厚的200倍左右。在煤厚較厚工作面，實(shí)際探測(cè)距離可以達(dá)到2000m左右，透射法是槽波最重要、應(yīng)用最廣泛的方法。(2）槽波反射法這種方法的反射槽波信號(hào)強(qiáng)弱至關(guān)重要，即槽波在煤層中傳播遇到煤層中的地質(zhì)異常體，就會(huì)產(chǎn)生反射槽波信號(hào)，從而被布置在巷道同一側(cè)的檢波器接收到。因此，有效識(shí)別出反射槽波信號(hào)結(jié)合速度就能直接判斷出煤層地質(zhì)異常體的位置。炮點(diǎn)與檢波點(diǎn)布置在同一巷道內(nèi)，炮點(diǎn)穿插在排列附近，如圖2所示。槽波反射法的最大優(yōu)點(diǎn)是可以在1條煤巷中向兩側(cè)進(jìn)行地質(zhì)異常體的探測(cè)，在工作面設(shè)計(jì)階段，利用現(xiàn)有1條巷道預(yù)先探測(cè)清楚將要布置工作面的地質(zhì)異常情況顯得更為重要。2槽波數(shù)據(jù)處理與解釋(1）工作面概況1204工作面為榆樹坡煤礦設(shè)計(jì)的第4個(gè)回采工作面，平均走向長(zhǎng)度1100m，傾向?qū)挾?10m。西側(cè)為準(zhǔn)備分盤回采的1202工作面，東側(cè)為準(zhǔn)備開拓的1206工作面。目前，該工作面正處于巷道開拓階段，回風(fēng)巷已至切眼，巷道長(zhǎng)度約970m；進(jìn)風(fēng)巷已開拓長(zhǎng)度約830m。探測(cè)工作面主采煤層為太原組的2(2）觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為了保證1204工作面順利回采，需進(jìn)一步查明工作面內(nèi)構(gòu)造發(fā)育情況（斷層、陷落柱），采用槽波地震勘探透射法與反射法，打孔深度3m，同一批次乳化炸藥激發(fā)，采用存儲(chǔ)式無纜遙測(cè)地震儀（YTZ-3）對(duì)工作面進(jìn)行勘探，在1201工作面進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷均布置檢波點(diǎn)，進(jìn)風(fēng)巷編號(hào)為R11～R88，回風(fēng)巷編號(hào)為R118～R187，道距10m，炮點(diǎn)進(jìn)風(fēng)巷編號(hào)為S11～S47，回風(fēng)巷編號(hào)為S48～S83，炮距20m，工程布置圖如圖3所示。(3）數(shù)據(jù)處理與解釋(1)波場(chǎng)類型與速度分析當(dāng)震源在煤層當(dāng)中激發(fā)后，形成了多種類型的波，其中，縱波（P波）與橫波（S波）是槽波的基本類型。當(dāng)沿著頂?shù)装鍌鞑?，形成折射縱波與折射橫波，遇到地質(zhì)異常體，又將產(chǎn)生反射波、透射波、折射波，在一定條件下還可以產(chǎn)生回轉(zhuǎn)波、繞射波等，統(tǒng)稱為體波。當(dāng)體波在煤層中禁錮傳播時(shí)，由于體波（P、S）干涉，形成槽波。地震波傳播速度參數(shù)貫穿于地震數(shù)據(jù)采集、處理和解釋的整個(gè)過程。速度分析準(zhǔn)確程度不僅影響成像效果，而且是影響成像與解釋結(jié)果的可靠性的主要因素。所以說地震波速度是地震勘探中最重要的參數(shù)之一，速度分析十分重要。以S33炮為例進(jìn)行初步分析，單炮數(shù)據(jù)如圖4所示。激發(fā)位置在進(jìn)風(fēng)巷S33炮點(diǎn)處。最先到達(dá)是來自圍巖的折射縱波，經(jīng)計(jì)算速度4200m/s，后面較強(qiáng)的能量團(tuán)是槽波，速度1250m/s。對(duì)采集的槽波數(shù)據(jù)進(jìn)行帶寬濾波，可以明顯看到，槽波能量變強(qiáng)，特征明顯，濾波后的數(shù)據(jù)就可以進(jìn)行CT成像處理。(2)頻散分析頻散是槽波的一大特性，即槽波的速度隨頻率的改變而變化。通過對(duì)原始槽波數(shù)據(jù)波場(chǎng)分析，計(jì)算出槽波的頻散曲線如圖5所示。從頻散曲線上看，槽波主頻在170～270Hz。(3)槽波數(shù)據(jù)處理槽波數(shù)據(jù)處理是對(duì)槽波數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的數(shù)學(xué)分析和計(jì)算，從而提高原始槽波數(shù)據(jù)的信噪比，并從中提取與解釋目標(biāo)有關(guān)的圖像及數(shù)據(jù)信息，提高勘探精度，識(shí)別地質(zhì)異常體性質(zhì)及空間位置展布情況。圖6為透射法S40與S57炮激發(fā)槽波記錄，其中S40炮R132～R150接收道內(nèi)槽波能量變?nèi)?，說明在此透射區(qū)間內(nèi)受到地質(zhì)異常阻擋，接收到槽波較弱，且異常小于煤厚；S57炮在R130～R180槽波能量由很弱到無，表示在此區(qū)域內(nèi)收到地質(zhì)異常阻擋，無法接收到槽波，且異常大于煤厚。(4）成果解釋建立1個(gè)X方向800m,Y方向180m的成像區(qū)，并將整個(gè)成像區(qū)域劃分為若干個(gè)網(wǎng)格單位，網(wǎng)格大小為2m×2m，并依據(jù)透射槽波速度分析方法，選取1250m/s偏移速度，最后進(jìn)行成像，就可以得到探測(cè)區(qū)域的反射槽波CDM成像結(jié)果如圖7所示。從1204工作面巷道反射成像結(jié)果可知：成像圖中發(fā)現(xiàn)了較強(qiáng)的反射界面，說明工作面內(nèi)存在落差大于1/2煤厚且延伸較長(zhǎng)斷層構(gòu)造。按照透射槽波衰減系數(shù)成像建立網(wǎng)格模型，通過槽波能量成像算法，最終得到此模型上每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的能量分布，將所有網(wǎng)格點(diǎn)能量進(jìn)行合并，即得到工作面的能量分布情況，其成像結(jié)果如圖8所示。槽波能量較弱區(qū)表示煤層受地質(zhì)異常構(gòu)造影響，該區(qū)域工作面內(nèi)部構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜；槽波能量較強(qiáng)區(qū)表示煤層槽波傳播正常，該區(qū)域工作面內(nèi)部無構(gòu)造或構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單。3供速度參數(shù)選取(1）透射槽波可以探查大于1/2煤厚