原宏洲

（汾西矿业正新公司和善煤矿， 山西 长治 046599）

随着近几年能源短缺，需求增长。十四五发展以来，煤炭在我国能源消费构成中一直占据70%以上。煤炭能源依旧是经济发展的主要能源。随着易开采、埋藏浅、地质构造简单煤层的开采，现大部分煤矿开采难度加剧，地质条件复杂，井下槽波探测技术成为查清查明采区内隐伏构造、采空塌陷区、煤层厚度变化等地质资料的有效手段，广泛适用于矿山井下各类地质、构造探查分析。

1 井下槽波透射法探测技术的原理简介

透射法是槽波地震法中基本的一种方法，槽波透射法利用的有效波是从震源透过煤层传至接收点的直达槽波信号。炮点和接收点布置在工作面巷道内，根据槽波的无有、弱强来判断在相应的范围内有无构造异常。

2 井下槽波探测技术在某煤矿工作面的应用

本次槽波探测的地质任务是查明6102 工作面内部隐蔽的地质构造。即断层的延伸和陷落柱的分布，分析得出构造异常区范围，为工作面安全、高效地生产提供支持。

2.1 工作面基本概况

6102 工作面开采6 号煤层位于太原组上段（C3t3）下部，上距1 号煤层43.97～76.31 m，平均55.94 m，下距9+10 号煤层43.50～59.15 m，平均53.02 m。煤层平均厚度1.29 m。不含夹矸，结构简单。顶底板为泥岩。

6 号煤层顶板岩性为泥岩，砂质泥岩、粉砂岩可占70%～80%，极少量的细粒砂岩、粉砂岩，厚度2.30～5.50，泥岩厚度1.80～2.50 m，裂隙不甚发育，一般组成了稳定性差的顶板。6 号煤层底板为泥岩，厚度1.20～2.00 m，无裂隙，组成了稳定性差的底板。岩石质量等级为Ⅳ类。

6102 工作面回风顺槽掘进期间共揭露XL16（长轴121 m，与巷道掘进方向基本一致，预测短轴40 m）和XL17（长轴71 m，短轴均40 m 左右，已施工绕巷避开）陷落柱，煤层坡度1°～9°；6102 运输顺槽揭露一条逆断层，落差1.0 m，煤层坡度3°～12°；两顺槽高差最大值为15 m，位于XL16 号陷落柱位置。

2.2 槽波探查的解释方法

具体解释步骤如下：

1）数据预编辑。剔除空炮、异常道、不好道，重排数据方便处理。

2）建立观测系统。根据炮点以及检波点位置，建立观测系统，确定几何位置关系，将炮点、检波点坐标输入道头，用于槽波数据处理分析。

3）初至校正。本次物探雷管从激发到实际爆炸存在一定的时差，影响槽波的初至时间，故在处理数据之前，需要对各炮初至时间进行校正。

4）槽波能量扩散补偿。从炮点出发的波随着传播距离的变大，呈现球面形态扩散，地震波能量有所下降，造成频率有所减小。槽波成二维板状形态扩散，能量扩散补偿是解决问题的途径。原始单炮经扩散补偿校正后，远距离记录能量有所增大，层次更加清楚。

5）宽频滤波。槽波记录的主要特点就是埃里相频率远大于初至的折射纵波、续至区的折射横波。井下槽波地震，激发和接收均处在煤层中，来自煤层顶板或底板的折射纵波和横波，频率相对地面的地震比较大，槽波埃里相频率与煤层厚度有关，薄煤层埃里相频率大，厚煤层频率小。通过宽频带通滤波，可以明显压制纵波和横波，提高槽波的信噪比，同时分辨不同模式的槽波。

2.3 井下槽波探查数据分析和处理

2.3.1 波场类型和速度分析

原始炮记录数据初步分析见图1。

图1 S25 炮的槽波数据

图1 为采集到的炮原始槽波记录，先到达检波器的是来自围岩中的折射纵波，经计算槽波在围岩中的速度是2 850 m/s。槽波在煤层中速度是500 m/s。在炮点同一侧的检波器接收到的是直达槽波，布置在炮点另一侧的检波器接收到的是透射槽波，应用多次滤波法提取原始数据中有效的槽波信号。

2.3.2 反射槽波分析处理

与光波在光纤中传播类似，槽波在煤层中的传播具备较好的穿透性。当工作面内煤层岩性稳定时，槽波可以穿透工作面大部分范围，能量衰减的较为缓慢。当槽波在传播中遇到断层、陷落柱、采空区等异常地质构造时，槽波能量会发生改变。就断层而言，当断层的落差小于煤层厚度时，煤层没有被完全断开，槽波部分能量能穿过煤层。若断层的落差大于煤层的厚度，煤层被完全断开，则槽波穿透不到另一盘；而被断层面反射回来，安装在炮点同一侧的检波器就能接受到信号。

2.4 井下槽波探查技术地质成果解释

针对本次采集到的槽波地震数据进行了预处理和处理，进行了波场的分析，拾取了槽波有效信号进行了预处理和处理，并进行了槽波能量成像。

槽波在煤层传播过程中，如果遇到断层、陷落柱等构造，槽波能量将会损失，根据槽波能量损失程度，图中红黄色表示槽波能量损失程度大。说明是遇到构造的可能性大。蓝色表示槽波能量损失小，说明槽波能量能够正常传播。我们将槽波能量成像图放到6102 采掘平面图上，如图2 所示，并结合采掘揭露情况进行了槽波探测地质解释。

图2 中画出了7 个槽波探测异常区，编号为CYC1—CYC7。现分别对异常区解释说明如下。

图2 槽波地质解释图

CYC1 异常位于回风巷距切眼550 m 左右，槽波能量损失较明显，向工作面内延伸较长，从形态上看和断层的特征相似，应推断为一断层，但巷道没有揭露。也不排除煤层破碎，煤层裂隙发育等可能，这些都会造成槽波能量的损失。结合坑透资料，坑透资料上也有反映，解释为煤层破碎，回采时予以注意。

CYC2 异常与揭露陷落柱XL16 基本吻合。向工作面内延伸范围较大，对回采有一定影响，该异常坑透资料上也有反映，回采时予以注意。

CYC3 异常是揭露陷落柱XL17 的影响，巷道已绕开陷落柱XL17，但陷落柱和巷道的存在，导致煤层产生裂隙或松动，造成槽波能量损失而产生该异常，该异常坑透资料上也有反映，CYC3 异常对回采影响不大。

CYC5 异常位于轨道巷，该异常与揭露断层F15基本吻合。该异常在坑透资料上也有明显反映，表现为低场强值，回采时予以注意。

CYC4、CYC6、CYC7 这3 个异常位于轨道巷，明显造成了槽波能量损失，但向工作面内延伸范围小，同时巷道并没有揭露，坑透资料上也没有反映。推断这三个异常是由于煤层较薄，安装检波器的锚杆没有在煤层或接近煤层底板而造成的假异常。

3 结论

本次槽波探测主要成果是根据槽波地震采集到的数据，经过预处理，处理，槽波能量成像，最终解释7 个异常区。其中，CYC2 异常与揭露陷落柱XL16 基本吻合，CYC3 异常是揭露陷落柱XL17 的影响，CYC5 异常与揭露断层F15 基本吻合。本次井下槽波探测技术取得了丰富的地质效果。所取得的地质成果指出了工作面开采过程中可能遇到的地质构造，为工作面正常生产回采提供了基础的地质资料。