冯晓红

(山西王家峪煤业有限公司，山西 长治 046600)

多数矿井都受到断层、陷落柱等复杂地质构造的影响，常用的无线电坑透技术探测距离近、异常区范围大、无法对地质构造准确定位，难以满足实际生产的需要。地震槽波勘探能够有效探测煤层赋存状况，精确探测煤层中可能存在的断层、陷落柱、冲刷带(潜在的导水通道)等异常地质体[1-5]。本次地震槽波勘探的目的为探测此工作面开采范围内隐伏地质构造以及煤层赋存状况，保证工作面安全生产，提高开采效率。

1 地震槽波勘探原理

地震槽波勘探是矿井地球物理勘探中具有发展潜力和应用前景的物探手段方法之一[6]。它具有探测距离远、分辨精度高、抗电干扰能力强、波形特征较易识别以及最终成果直观的优点[7]。

波速在通过地质各个岩层面上会展现出不同的速度特性，如波速在通过煤层时的速度会下降，形成所谓的“波导”[8]。由于煤层存在顶板和底板，并且煤层的顶板和底板波阻抗较高，能量将在这个顶、底板夹层中无数次的反射和折射，形成了一个能量传递的限制空间，这个空间简称煤槽。槽波地震勘探就是基于这个原理，利用槽波只能在煤槽中传递和传播的特性来探查测区内的是否有断层、陷落柱、煤厚变化和其他地质异常体的一种物探方法[9]。槽波勘探大致主要有以下三种观测手段：即透射法、反射法与透射、反射联合勘探法[10]。为保证勘探精度，本文工程采用透射+反射联合的方法进行，其原理如图1所示。

2 工作面概况

勘探工作面西接一采区大巷；南面是采空区；东面是此工作面切眼。此工作面的长度为1 022 m，切眼的宽度为250 m，煤层的平均厚度为5.47 m，煤层的倾角为6°。老顶为灰色细粒砂岩，直接顶为灰色砂质泥岩，直接底为灰黑色泥岩，老底为灰黑色细粒砂岩。该工作面顶、底板概况如表1所示。

图1 联合勘探方法示意

表1 工作面煤层顶底板情况

该工作面整体煤层赋存稳定，坡度较平缓，根据巷道掘进资料显示，该工作面回风巷揭露有3处断层：FJ25，H=0～4.0 m，∠25°；FJ44，H=0.5 m，∠85°；FJ45，H=1.8 m，∠75°。进风巷揭露1处断层，FJ36，H=0～3.5 m，∠25°。

3 井下数据采集

1) 勘探的范围为某煤矿施工工作面从切眼至开口方向780 m范围，该工作面宽250 m，根据以往井下地震槽波勘探施工经验和此工作面的实际情况，本次槽波勘探基本采集条件如下：①炮点位置：在巷道煤壁中间位置，距底板1.0～1.5 m，炮孔深度2.5 m，垂直煤壁顺煤层钻孔，炮孔的直径为42 mm，误差小于0.5 m。②药量：考虑到煤岩对地震波能量的吸收衰减和地震波的几何扩散，以及放炮对巷道支护的影响，采用三级乳化矿用炸药，单孔药量300 g。炮孔的封孔长度为0.8 m。③采样时间为4 s。

2) 工作面透射和反射槽波探测。确定在回风巷、进风巷分别布置激发点和检波器，探测距离780 m。工作面槽波勘探观测系统示意如图2所示，具体参数如下：①炮间距：进风巷：10 m(P1-P78)；切眼：10 m(P1-P25)；回风巷：10 m(P1-P78)；②道间距：进风巷：10 m(J1-J53)、5 m(J54-J105)；回风巷：10 m(J1-J62)、5 m(J63-J95)；③总炮数：共181炮；④总道数：共200道。

图2 工作面勘探点示意

勘探的范围为某煤矿施工工作面从切眼至开口方向780 m范围，该工作面宽250 m，回风巷、进风巷探测距离均为780 m，道间距为10 m(加密区域5 m)、炮间距10 m。根据地震槽波勘探炮检直射线覆盖次数图(图3)可看出，道间距、炮间距能够满足本次槽波勘探施工的需要。

图3 地震槽波勘探直射线覆盖次数

4 地震槽波综合成果分析

对于此次采用地震槽波勘探方法对某煤矿工作面的勘探结果，采用透射能量CT成像法(图4)、反射槽波叠后偏移成像法(图5)进行数据处理，结合两种方法得到的地质成果，并根据煤矿项目部现有地质资料，进行综合处理分析得出结论。异常区分析见表2，该工作面异常示意见图6。

图4 透射槽波能量CT成像

图5 反射槽波叠后偏移成果

表2 异常区分析

图6 工作面异常示意

5 结 语

1) 本次对某煤矿工作面的地震槽波探查，查明了测区内存在异常区3处，分析推断解释为断层。

2) 本次槽波探查没有发现除断层外其它适合于槽波探测的地质异常体。

3) 建议矿方在工作面回采过程中，对本次地震槽波勘探推断出的各地质异常区域按照煤矿相关安全规程给予重视，采取工作面过断层的针对性措施并做好各种灾害的防治工作，确保工作面能够高效、稳定回采。