地质异常体响应

地质异常体响应（共6篇）

地质异常体响应 篇1

0 引言

自1996年12月皖北矿业集团发生岩溶陷落柱突水淹井后, 相续在两淮矿区发现了近30个岩溶陷落柱, 其中淮南矿业集团于2002年后先后发现9个地质异常体:孔集矿1个, 谢桥矿2个, 张集矿1个, 潘三矿实见1个, 疑似3个, 顾桥矿2个 (尚有争议) ;朱集矿的异常体尚未统计在内。

地质异常体主要通过三维地震解释发现, 后多被定名为“疑似岩溶陷落柱”。其形态有带状和椭圆形两种, 故亦称为“岩溶陷落带”和“岩溶陷落柱”。

1 张集井田

在西三采区发现一疑似岩溶陷落柱, 其在8煤的平面形态为椭圆形, 长轴近东西向, 直径约264m;短轴近南北向, 直径约185m。尚未验证和揭露。

2 谢桥井田

2002年, 中国矿业大学对谢桥矿东二采区三维地震资料解释时发现有两个地质异常体, 2004年通过钻探验证及井下揭露确定为岩溶陷落柱 (带) 。

2.1 1#岩溶陷落柱

位于补II线附近, 其在8煤的平面形态为椭圆形, 长轴近南北向, 直径约252m;短轴近东西向, 直径约180m。在此范围之内施工了补Ⅱ5孔, 探测结果为:

2.1.1 孔深776.

88m, 基岩面深度387.00m, 孔深470.75m见11-2煤, 566.25m见8煤, 610.90m见6煤, 732.15m见1煤, 755.35m见C31层灰岩, 终孔层位为C33层灰岩顶板。

2.1.2 孔深446.

00m冲洗液全漏。见C31层灰岩前孔内无水位, 孔深760m揭露C31灰岩24小时后水位埋深560.00m, 48小时后水位上升至485.00m。终孔测井前孔内灌水, 水位基本稳定在485.00m, 为潘谢新区C3-I组灰岩最深水位, 分析为柱内C3-I组灰岩富水性微弱并向煤系砂岩排泄所致。

2.1.3 孔深387.

00~758.10m范围内, 岩层受力挤压现象明显, 泥岩松软, 砂岩呈短柱状或卵石状;随深度的增加, 岩层的破碎。无序程度增强。

2.1.4 与间距256m的补Ⅱ2孔 (位距陷落柱边界120m) 比较, 地层下陷14.

25~38.15m;11-2煤底板之上地层下陷幅度较小, 11-2煤底板之下地层下陷幅度增大。

2.2 2#岩溶陷落带

位于七-八线和新东翼上山之间, 平面上为3个近椭圆体连成的串珠带状, 延展方向为NW~SE, 长约1530m, 垂向上宽约30~140m, 距东风井850~900m左右。

2.2.1 钻孔探测成果2004年11月至2005年12月进行的探测工程施工了6个钻孔, 其中:

XLZ1#孔位于陷落带范围内, XLZ2#孔位于陷落带东南方向的延伸方向上, XLZ3#孔位距陷落带边缘330m左右, XLZ4#孔位于东风井西北方向的基岩古洼地, XLZ5#、6#孔位距东风井东北方向的基岩隆起处。

(1) 位于陷落带范围内的XLZ1#孔, 基岩面深度403.50m, 孔深469.17m冲洗液全漏, 孔内无水位;岩层破碎, 塌孔严重, 处理57天无效而在孔深520.30m即8煤底板终孔。漏水但孔无水位, 表明该段透水而无补给水源。

(2) XLZ3#孔孔深821.87m进行C3-I组灰岩抽水试验, 深井潜水泵抽水至128.35m后无水, 撤泵后实测水深131.76m仍呈微降趋势。

(3) XLZ3#孔声波测试计算的平均抗压强度:孔深438.20~757.90m以及876.35~1197.55m段, 岩石为6.296~90.051Mpa, 煤层为3.18Mpa, 整体强度高;757.90~876.35m段即1煤顶板至C310层灰岩底板, 岩石为0.35~13.3Mpa, 煤层为0.35~0.70Mpa, 异常偏低。

(4) XLZ2#孔太原组层位正常, 但自C310层灰岩起, 至1200.88m在寒灰中终孔, 高角度裂隙发育。XLZ3#孔自C34层灰岩起, 至1200.50m在寒灰中终孔, 高角度裂隙发育。XLZ4#、5#、6#孔自基岩面起至在寒灰中终孔, (孔深分别为1008.82, 615.78, 1119.62m) 高角度裂隙发育。

(5) 各孔奥灰、寒灰段, 岩溶现象发育, 富水性较强 (详见第三、四节) 。抽水试验停抽后5-10分钟水位就恢复并高于抽水前水位, 然后略有下降并稳定, 表明储存量丰富。

(6) 位于露头方向、, 距陷落带较远的XLZ4#、5#、6#孔孔深615.78-1119.92m, 水温34-35℃;位于深部、距陷落柱较近的XLZ2#、3#孔孔深1200.50-1200.88m, 水温44℃。

2.2.2 东风井-440m回风道第二次注浆堵水资料进一步表明, 受2#岩溶陷落带影响:

(1) 1煤顶板砂岩高角度裂隙发育。 (2) 灰岩地层中, 高角度裂隙发育, 沿层面裂隙发育。岩溶现象, 尤其是C3-II组灰岩岩溶现象发育。 (3) C31至C39层灰岩具有统一含水体的水位特征。

2.2.3 巷探特征

13118工作面下顺槽贯穿该陷落带, 实见下述特征:

(1) 下顺槽标高-485~-515m, 揭露的陷落带及影响带长度约230m, 其中80m为全岩。具有整体塌陷和柱体内部岩层较破碎、但层序正常的特征。

(2) 柱体东边界, 煤岩层正常带、陷落带影响带、陷落带分界较明显。影响带范围内, 煤层结构、煤岩层产状变化较大, 巷道呈13°~17°下坡, 煤层产状200°~220°/∠16~40°, 煤厚1~3m, 破碎呈粉末状或鳞片状。边界为3~4m宽的破碎带, 岩体呈松散堆积状, 且较潮湿。

柱体西边界分界特征不明显, 但陷落带以西断层发育, 顺槽揭露4条倾向断层, 落差0.5~2m。

(3) 柱体东段, 岩体破碎, 垂向裂隙发育, 局部裂隙宽达0.5~0.6m, 巷道右下方裂隙中温度高达35~38℃。

柱体西段发育有两组裂隙, 一组为沿地层走向一致的垂向裂隙3~4条, 一组沿层面方向, 裂隙最宽达0.40m, 裂隙面有层状方解石结晶层。

(4) 柱体内沿地层走向一致的垂向裂隙联通性较好。巷道贯通前西头放炮, 东头出炮烟, 裂隙中明显感到有风流。

(5) 柱体中巷道低洼, 虽打钻及掘进施工用水量较大, 但巷道无积水。表明该段柱体透水而不储水。

3 顾桥井田

位于陈桥背斜东翼与潘集背斜西部的衔接带, 地层呈反“S”走向, 总体构造形态为走向南北、向东倾斜的单斜构造, 地层倾斜平缓, 倾角5~15°。次级宽缓褶曲和断层构造较发育, 主要分布在F92~F110和F81~F87两大构造异常区。

3.1 北部宽缓褶曲挤压区位于井田北部F86~F81断层间。

区内发育有小陈庄背斜、胡桥子向斜、后老庄背斜;主要断层有F81、F84、F85、F86断层组, 断层组总体走向均为东西向, F81断层组总落差超过500m, 为井田北部边界断层。本区构造具有由南向北的挤压性质。

全井田钻孔总数499个, 漏水钻孔59个, 漏水孔率11.80%。F81~F87断层间钻孔84个, 漏水钻孔14个, 漏水孔率16.67%, 占全井田漏水孔数的23.73%。

3.2 南部“X”共轭剪切区位于井田南部F92断层组~F110断层间。

区内发育有桂集井田向斜等三个次级褶曲, 由北西向和北东向两组断层构成“X”共轭交叉断裂带, 地层走向南北, 北西向剪切带内因次级褶曲和较多断层使地层产状变化强烈。

区内钻孔160个, 漏水孔35个, 漏水孔率21.88%, 占全井田漏水孔数的59.32%。

目前对该构造异常区的认识尚无定论, 存在着新构造及岩溶陷落带两种观点。据矿井揭露和观测资料:

3.2.1 顾北矿位于顾桥井田的浅部, 该矿-648m水平井底车场距离F92断层60~500m, 2006年11月开工, 2007年5月完工。

矿井付井筒及井底车场受构造影响显著。

(1) 自2006年12月开始设点观测以来, 主、付、风井筒, 仅付井发生了显著变形, 变形段主要在-628~660m之间。

(2) 井底车场原设计为锚网支护, 施工后因巷道压力大, 变形严重, 稳定性差, 先后修改为锚网加锚索和架29 U型金属棚加注浆支护, 目前主井以东的巷道基本进行了一次以上的巷修, 有些地段已进行了3次翻修。付井马头门以东及付井北绕道巷道变形最大。据2007年7月份观测资料, 付井马头门6天最大变形量6m m, 变形速度1mm/d;据2007年9月份观测资料, 井底车场巷道两帮及顶底板6天最大变形量36mm, 变形速度6mm/d。

(3) 对应地表顾北矿主、副井下沉情况:2007年11月9日, 瓦斯地质部测量组按三等水准测量规范要求, 对位于工广围墙外潘谢铁路路基上的近井点J2、J1和位于工广内主井西北侧的沉降观测基点J5等点进行了环线水准测量闭合差为1mm, J1、J2高差经检核符合起算数据要求, 根据2005年11月J5点首次观测值24.976m与本次观测值24.902m计算J 5点高程已下沉72m m。另外副井井高程是以J5点为基准, 据此推算副井F3点 (东北基础) 也下降了72mm, 同时根据2005年2月22日实测高程25.914m相对2007年11月6日实测高程25.858m, F3下沉56m m, 累计下沉128m m, 说明沿主、副井一线地表下沉明显, 原因有待进一步分析。

另外2002年以来集团公司在新区新开凿22对井筒, 唯独该矿主.副.风井发生3-4次出水 (截止2008年12月) , 是否与该异常构造带有关, 需要进一步研究。

3.2.2 顾桥矿-780m水平南翼道打轨巷已施工约1000m, 过F92断层约450m。

巷道进入F92断层之前采用锚网喷支护, 成巷一年多来, 巷道稳定无水, 基本无压力显现及掉块片邦现象。

巷道揭露F92断层以后, 小构造裂隙异常发育, 巷道岩性极其破碎, 巷道顶板及两邦普遍有滴水及淋水现象, 在局部裂隙发育部位产生出水并伴有瓦斯异常涌出现象, 岩体受水浸后松软易碎, 稳定性极差, 迎头掉顶及片邦现象时有发生。

3.2.2.1-780m南翼大巷揭露F92断层后, 多次发生出水。

(1) -780m南翼轨道大巷2006年10月17日揭露F92-2断层时出水, 最大水量12m3/h, 稳定水量10m3/h, 至11月22日后探查钻孔出水, 原出水点水量减少, 但出水总量基本不变。水质为HCO3-CL-K+Na型, 水温约42℃。探查钻孔内瓦斯浓度达10%。

(2) -780m南翼回风大巷2006年11月施工了3个探查F92-2断层钻孔, 各孔均发生出水, 最大单孔初始水量约10m3/h, 累计最大出水量达16m3/h, 至2007年4月衰减为无明显出水点, 表现为巷道潮湿。钻孔揭露断层出水时伴有大量瓦斯集中涌出现象, 孔口瓦斯浓度最大达4%。

(3) -780m南翼轨道大巷过F92-2断层后约370m, 2007年8月11日21时在巷道迎头左肩窝砂岩与煤线接触面出现淋水, 同时迎头后方8m范围巷道左半部顶部也出现淋水, 半小时后左肩窝出水点水量增大, 最大水量20m3/h, 水温约40℃, 水色浑浊, 且伴有一定压力的瓦斯集中涌出现象。断层全部揭露后, 出水点不再出水, 但顶板砂岩仍普遍淋水。

(4) 2007年8月27日早班, -780m南翼轨道大巷掘进至S33+24.7m处时, 据迎头1.2m的右腿窝及距迎头与右邦各1.5m处底板发现出水, 出水呈间歇性向上涌出, 并伴有瓦斯涌出, 总水量5m3/h, 水温40℃以上, 水色浑浊, 出水点处瓦斯浓度达4%;至2007年9月20日, 水量衰减为0.3m 3/h左右, 目前仍可见到零星的瓦斯小气泡自巷道底板冒出。出水点层位正常, 未发现构造。

3.2.2.2巷道支护及压力显现

大巷揭露F92断层时对断层带前后各10m范围内围岩进行了予注浆加固, 加固作用较为显著。F92断层带巷道目前无明显变形, 巷道基本稳定;F92断层以北巷道一直稳定, 无压力显现。F92断层带以南巷道局部压力大, 有变形、片邦掉顶现象, 其支护及变形情况为:

(1) 自F92断层至S28点采用锚网喷加U型棚支护, 棚距0.5m;S28点以南采用超前锚杆加U型棚支护, 棚距0.5~0.6m, 并采取迎头挂网护壁防片邦措施。巷道成巷最长时间7个月。

(2) 自2007年6月29日以来, 从S27-5.9m处向南, 在巷道变形相对严重段进行了设点观测, 每三天观测一次。2007年8月3日至9月24日共54天, 在S30+11.3m处测得巷道两邦最大变形量达1.12m, 变形速度达21.5mm/d;2007年7月16日至9月10日共56天, 在S29+2.8m处测得巷道顶板最大变形量达0.34m, 变形速度达6.07mm/d。

4 新集矿区

4.1 位于谢桥井田以西的口子东矿于2007年进行补充地质勘

探时, 发现3个平面形态不规则, 似椭圆形的疑似岩溶陷落柱, 尚未验证和揭露。

4.2 位于凤台县城以西的新集三矿, 于2003年9月26日至11

月8日施工了水14孔, 该孔为奥陶系灰岩水文观测孔, 孔口坐标X=3620720.10, Y=39467368.50, Z=22.00m, 终孔深度391.00m, 基岩面深度106.88m, 其下为奥灰。该孔孔深169.75~241.61m见溶洞漏水, 洞高71.86m, 充填黄色泥岩, 夹大量黄砂成份。终孔静止水位标高7.83m, 2008年6月18日至10月22日实测水位埋深15.862~15.428m, 有所波动回升。

急倾斜奥灰地层中发育有垂高71.86m的溶洞, 为淮南煤田所罕见。该矿2002年7月10日至8月23日进行的C3-I组灰岩双孔联合放水试验, 单孔涌水量最大分别为146.25和381.69m3/h, 稳定涌水量分别为132和220m3/h, 累计放水量1.02×105m3。2008年4月22日至5月19日进行的C3-I组多孔联合放水试验, 实际放水6天, 累计放水量超过6万方, 水14孔水位降深16.124m, 表明奥灰水补给太灰。

该矿灰岩富水性强, 奥灰中见特大溶洞, 是否与岩溶陷落柱有关尚在探讨研究中。

征稿启事

*本刊为旬刊, 欢迎有一定组稿能力者为本刊组织稿件, 有意者请与本刊编辑部联系, 经审核合格者, 可设为当地工作站负责人 (需寄申请书) , 欢迎广大经济界、管理界、科技界、理论界工作者推荐、自荐。

*投稿方式:1、投稿专用邮箱:GL-KJ@163.COM

*投稿地址:石家庄槐安西路88号卓达玫瑰园物业楼A501室2、本刊网站投稿:WWW.GL-KJ.COM电话:0311-83993949

摘要：本文对淮南矿区地质异常体进行了分析阐述。

关键词：淮南矿区,地质,异常体

地质异常体响应 篇2

1 矿井瞬变电磁法超前探测布置系统

瞬变电磁在井下全空间施工与地面不同, 因受到巷道空间的制约, 在超前探测时, 由于煤岩成层分布、线圈与地层的耦合方式与地面相比发生了变化, 由原来的平行层理变为垂直层理[3], 或者与地层以一定的角度耦合。

1.1 探测频率选择

瞬变电磁探测的最大深度与发射频率存在一定的关系, 选择的频率越高, 其探测的深度就越小, 同样对探测目标体的分辨率越高;频率越低, 探测深度越大, 对探测目标体的分辨率就相对低一些。在井下进行超前探测时, 往往根据矿井的实际情况, 既要保证探测的快速高效, 又要确保掘进的按期进行, 探测的有效距离一般为100 m左右。通常选择的频率为25 Hz (图1) 或8.3 Hz (图2) 。

1.2 天线边长及匝数确定

由于井下测量装置距离异常体更近, 大大提高了测量信号的信噪比, 实践表明:井下测量的信号强度比在地面同样装置和参数设置的信号强10~100倍。因此, 用小回线装置探测是适用可行的。根据煤层沉积的区域性差异及开采规模的不同, 为了满足煤矿探水要求, 一般选择边长小于2 m的重叠回线装置。瞬变电磁早期接受信号的时间道中, 线圈自感信号比有用信号大得多, 衰减得也快, 总存在一个使瞬变电磁无法分辨有用信号的时间范围[4]。所以当线圈匝数增加时, 随之而来线圈本身自感、互感作用也加大, 从而加大探测盲区。因此天线匝数不能随意加大, 在保证勘探深度的条件下, 一般选用发射线圈为10匝、接收线圈为20匝来进行探测。

1.3 超前探测施工方法

瞬变电磁法井下超前探测布置系统一般有3种施工方法:扇形探测、半圆形探测和U型探测。每种探测方法均可以根据实际情况将每一测点探测几个方向, 如顶板45°方向、顺层方向、底板45°方向, 依次测量, 保证数据的连续性。

(1) 扇形探测系统主要用于掘进面上的背景干扰和左右两侧帮相差较大的情况, 可以获得掘进面上下左右区域内的探测数据 (图3) 。

(2) 半圆形探测系统主要用于掘进面与左右两帮衔接处的背景干扰相差不大的情况, 可以获取掘进面左右范围内及两侧帮临近掘进面一部分的探测数据 (图4) 。

(3) U型探测系统是以掘进面前方数据为重点, 侧帮数据为对比辅助的一种侧帮和掘进面兼顾的探测系统 (图5) 。此方法主要是在井下施工条件允许的情况下, 获得侧帮及掘进面的探测数据。由于掘进面受锚网、工字钢等金属体的干扰较小, 而侧帮受到的背景干扰较大, 因此, 使用此方法时要注意侧帮与掘进面数据的对比, 剔除干扰因素。

2 瞬变电磁对不良地质体的响应特征

我国大部分矿区水文地质与构造地质条件十分复杂, 矿井透水主要是由于掘进工作面前方隐伏导水断层、富水陷落柱、含水岩溶和老窑水等突水构造引起的[5,6,7]。目前, 现有研究对断层和陷落柱等导水构造的发育规律、地下水的赋存和运移规律等认识不足。所以, 总结分析瞬变电磁法对这些不良地质体的响应特征, 在煤矿防治水中有着重要的指导意义。

2.1 导水断层

巷道掘进过程中, 断层引发的突水大多是由于断层错动导致的断层与含水层顶界面距离减小甚至对接造成的。通过超前探测布置系统在各煤矿的实际探测效果钻探验证情况相结合, 笔者总结出瞬变电磁对导水断层的响应特征:当掘进面前方有导水断层时, 视电阻率断面图上的等值线不是有规律地变化, 而是在导水断层影响的范围内出现一个低阻异常区, 且该异常区等值线比较稀疏, 在偏离该断层控制范围的一侧视电阻率等值线相对密集, 视电阻率值较大 (图6) ;或者低阻区域附近等值线弯曲较大且向下变尖, 低阻区域为一有规律的几何图形 (图7) 。当断层不导水时, 其为一高阻地质体, 响应特征不明显。

2.2 富水陷落柱

陷落柱是华北石炭、二叠系煤田中一种重要的地质现象, 它不同程度地贯穿了奥灰以上的地层, 当其贯穿煤系地层时, 便有可能成为奥灰水进入矿井的通道[8,9]。当巷道掘进面前方存在富水陷落柱构造时, 其在视电阻率断面图上反映的特征为:低阻区域两边的视电阻率值明显高于低阻区, 其周边的等值线分别向两侧弯曲、密集 (图8) 。距离陷落柱越远, 视电阻率值越大。通过低阻区和等值线密集带展布形态, 大致可以判断出富水陷落柱的位置和影响范围。当陷落柱本身富水性较差或者不含水时, 在视电阻率断面图上的特征反映不明显, 等值线变化规律没有被打破, 因此, 从图上识别比较困难。

2.3 老空水

当掘进巷道接近或沟通采空区时, 极易发生老空水水害。近年来, 老空水水害严重威胁着煤矿的安全生产。因此, 研究矿井瞬变电磁对老空水水害的响应特征, 可以为治理老空水提供一些技术保障。当掘进巷道前方存在采空区积水时, 该地质构造在视电阻率断面图上所表现的特征为:接近低阻异常区之前, 等值线按一定规律变化, 弯曲度较小, 基本为一直线, 且视电阻率值随深度的增加而减小;当接近低阻异常区时, 等值线展布规律被打破, 弯曲度变大, 或为一较大的不规则几何体, 且视电阻率值也出现随深度增加由小变大的现象 (图9) 。

使用瞬变电磁在井下巷道超前探测时, 由于受断层的断距、倾角、走向、富水性、断面与线框间的距离, 陷落柱的形状、大小、富水性、距线框的距离, 老空水含水量、采空区的位置及与掘进面距离等因素的影响, 它们在视电阻率断面图上的展布形态也比较复杂。同时, 在探测同一不良地质体时, 因为探测方向的不同, 其在视电阻率断面图上的展布形态也不同, 这也需要对其进行综合分析。

3 结语

(1) 瞬变电磁井下超前探测时, 不同不良地质体反映在视电阻率断面图上的等值线变化规律不同, 可以基于这一特征判断该构造的性质及影响范围。

(2) 同一属性的不良地质体富水性不同时, 在视电阻率断面图上的表现完全不一样:富水性好时, 特征明显;富水性差时, 很难识别。断层构造由于展布形态复杂, 归纳总结出2种展布特征, 对造成这种差异性的因素需进一步研究。

(3) 由于影响地质体空间展布的因素较多, 实际超前探测时系统噪声的存在, 对探测结果会造成一定的影响, 所以在对成果分析时一定要结合实际地质资料和钻探资料, 以提高物探的准确率。

参考文献

[1]雍自春, 宋红娟, 孟宪亮, 等.矿井瞬变电磁法在工作面顶板探测中的应用[J].科技信息, 2011 (27) :757.

[2]张军, 赵莹, 李萍.矿井瞬变电磁法在超前探测中的应用研究[J].工程地球物理学报, 2012, 9 (1) :49-53.

[3]姜志海.巷道掘进工作面瞬变电磁超前探测机理与技术研究[D].徐州:中国矿业大学, 2008.

[4]薛国强.论瞬变电磁测深法的探测深度[J].石油地球物理勘探, 2004, 39 (5) :576-578.

[5]孟路波, 李天斌, 段铮.隧道超前地质预报中不良地质体的瞬变电磁响应特征[J].中国铁道科学, 2011, 32 (6) :70-74.

[6]廉洁, 姚小帅, 申青春, 等.基于扇形成像方法井下瞬变电磁超前探测技术应用[J].中州煤炭, 2011 (8) :53-54.

[7]梁爽.瞬变电磁法在煤矿水害防治中的应用[J].煤田地质与勘探, 2012, 40 (3) :71-73.

[8]马兆峰.矿井瞬变电磁法在勘探陷落柱富水性中的应用[J].煤, 2010, 19 (2) :21-23.

地质异常体响应 篇3

关键词：无煤带,采空区,陷落柱,地震勘探

1 康北煤田DQ煤矿“无煤带”解释

DQ煤矿位于辽宁省康平县西北部, 与内蒙哲盟科尔沁左翼后旗交接处。该区系张强盆地的一部分, 属于断坳型盆地。盆地基底为前震旦纪变质岩系, 盆地内沉积了晚侏罗世含煤岩系及下白垩统紫红色砂砾岩岩层。该盆地属于山前扩张型沉积盆地。由此可见在当时成煤前后河流是相当发育的。

1.1“无煤带”研究

“无煤带”常规概念是指:煤层形成是由沉积环境造成的沉积缺失或成煤后河流冲刷形成的无煤带。DQ煤矿区的无煤区域多分布于构造复杂地区, 且与该区断层走向基本一致。通过对该区地震资料及正反演的研究, 发现煤层反射波“振幅异常带” (振幅变弱) 所对应的是DQ煤矿无煤区和煤层变薄区域。

DQ煤矿的无煤带大都发育于断层倾角较小且与无煤带走向相一致的断裂面两侧, 断裂面切入煤层后倾角逐步变小, 直至每层底板断裂面消失;断裂面上部为砂岩或粉砂岩, 而砂岩或粉砂岩产状多数与断裂面一致;但在平缓的地带也有河流冲刷或沉积缺失, 河流冲刷的地域在平面上成条带状;而沉积缺失的地域在平面的展布形状则为椭圆状。图1为缓倾角断层两侧的无煤带特征剖面;图2为平缓地带沉积缺失的无煤带特征剖面。

1.2“无煤带”地震地质解释

为了研究DQ煤矿“无煤带”在地震时间剖面上的表现特征, 结合区内钻孔测井曲线资料进行反演, 预测煤层厚度、煤层的分布范围及煤层顶、底板岩性。根据反演结果, 与地震时间剖面对比相结合分析研究, 发现“无煤带”处煤层反射波有明显的异常, 除了反射波振幅明显减弱之外, 反射波频率也有变高的趋势。

鉴于“无煤带”是本区的一种构造现象, 因此在研究过程中把各种原因造成无煤和煤层变薄区域, 叫煤层反射波振幅异常带 (振幅变弱) 。在地震资料解释过程中除对高分辨率偏移数据体煤层反射波的动力学特征进行研究外, 还对三瞬 (瞬时振幅、瞬时频率、瞬时相位) 数据体进行了研究。研究结果表明, 瞬时振幅对煤层厚度变化及断层的存在比较敏感。通过对本区煤层反射波振幅异常的分析和研究, 在煤层底板等高线平面图上圈出煤层反射波异常带。地震反射波振幅异常带产生的主要原因为:a、断裂构造;b、煤层厚度变化及宏观结构的横向变化。

根据煤层底板等高线平面图上圈定出的煤层反射波振幅异常带, 可以看出:本区反射波振幅异常带大多数分布于地震解释的断层周围, 只有部分反射波振幅异常带分布于煤层稳定平缓地带。这些异常带通过钻孔实践揭露, 有的是煤层变薄所至, 有的是沉积向变所至。地震资料解释对异常带的圈定, 可为DQ煤矿矿井设计、采面划分、项道布局及安全生产提供了有力的地质保证。

2 沈南煤田HYS煤矿陷落柱和火成岩

沈南煤田HYS煤矿某采区三维地震勘探, 为确保采集资料的质量, 获得高信噪比、高分辨率的野外采集数据, 经详尽的试验确定了最佳施工参数, 或得了较好的原始资料。

资料处理过程中, 在三高处理 (高分辨率、高信噪比、高保真) 的基础上, 加强保幅处理;并尽可能的拓宽地震信号的有效频带, 确保对小构造、火层岩异常体分辨能力, 选好偏移速度场, 保证构造的准确归位, 确保地震资料解释精度。图3为HYS矿某采区的地震时间剖面, 从时间剖面看出:黄色线为T7波, 绿色线为T12波, 能量突出, 波形波组特征明显而稳定, 易于识别对比。

经精细的地震地质解释, 圈出了煤层陷落柱 (图4) 和火成岩的分布范围 (图5) 。本次勘探解释的煤层陷落柱和火成岩在7煤层、12煤层的发育情况与本矿实际揭露情况比较吻合。

3 山东岱庄煤矿某采区煤层露头

山东岱庄煤矿位于济宁煤田的北部, 济宁市北郊, 行政区划隶属山东省济宁市任城区所辖。本区三维地震勘探的地质任务要求查明勘探区内的构造形态, 进一步控制各煤层产状及煤层露头位置。

经三维地震勘探, 控制了各煤层深度的起伏变化形态;查明了区内落差大于等于5m的断层, 全区共解释落差大于等于5m的断层58条, 落差小于5m的断层28条;进一步控制了各煤层产状及露头位置 (见图6岱庄煤矿某采区煤层露头在时间剖面上的反映) ;详细的确定了3上、3下煤层的合并 (或分叉) 范围及无煤带 (含冲刷、剥蚀及沉缺等) 的边界。

4 煤层采空区

BDH煤矿位于辽宁省锦州市黑山县境内, 区内发育有两组煤层, 分别为泥上层和泥下层。本矿为老矿区, 建井于伪满时期, 开采年限已久, 地下剩余储量可微, 属于危机矿山。矿区为了扩大储量, 探明煤层的赋存范围, 构造形态及控制采空区的开采边界等地质任务实施地震勘探工作。地震勘探后经地震时间剖面解释, 发现矿区往东煤层继续向深部延展, 预计增加煤炭储量8000万吨;而时间剖面往矿区方向延伸, 煤层反射波突然中断, 却不具有断层特征 (图7 BDH煤矿采空区在时间剖面上的反映) , 经分析认为该地段为煤矿采空区, 经井上下测量对比, 该部位确属矿区采空区。

5 结论

通过几年来对“无煤带”、采空区、陷落柱、煤层露头、火成岩侵入体等地质异常体的摸索解释取得了较多的成功经验, 得出结论如下:

5.1 在野外数据采集中, 必须严格约束野外施工的每一个过程 (即地震仪器接收因素选择、激发能量的大小、激发井深的深浅、检波器的组合方式、观测系统的设计的合理程度等) , 做到层层把关、严格施工, 确保地震资料野外数据采集质量。

5.2 资料处理上应该在三高的基础上, 进一步加强保幅处理, 并尽可能的拓宽地震信号频带宽度, 选好反褶积子波长度, 确保对小构造的分辨能力;最后选好偏移速度场, 保证构造准确归位, 确保地质解释精度。

5.3 在资料解释上要充分利用已知地质资料, 认真研究各种地质现象在地震数据体各种属性上的特征, 提高成果解释的可靠性;并及时同矿方勾通, 进行探采对比, 进一步提高地震资料解释水平。

参考文献

[1]何樵登.等地震勘探原理和方法[M].北京:地质出版社, 1986.

[2]李庆忠.走向精确勘探的道路——高分辨率地震勘探系统工程剖析[M].北京:石油工业出版社, 1995.

[3]唐建益, 方正.煤矿采区实用地震勘探技术[M].北京:煤炭工业出版社, 1988.

地质异常体响应 篇4

关键词：地质异常体,提前探测,三维地震勘探,开采实践

0 引言

王庄煤矿是设计生产能力30万t/a的矿井, 现回采工作面全部为炮采。随着矿井开采水平的向下延伸, 已达-450 m水平 (三水平) , 对地质构造和煤层开采工作提出了新的研究内容, 尤其是对影响生产的地质异常体的研究分析更为迫切。根据扬州市煤炭工业公司王庄煤矿几年来的生产实践和积累的资料, 对地质异常体给生产的影响及其开采实践做些初步探讨。

1 347采区地质异常体探测及范围确定

2001年, 该矿自从进入深部水平327采区巷道布置开始, 就发现与原勘探结果有较大差异。1998年委托江苏省煤田地质物探测量队对深部水平进行了采区三维地震勘探, 控制了区内的地质构造, 查明了2、7和9煤的赋存形态。通过三维地震勘探发现, 在Ⅷ线附近存在一较大地质异常体。此处异常体是由块度大小不均、排列杂乱无章的上部地层塌陷物胶结而成, 与正常赋存地层相比, 在地层的连续性、产状、岩性上均有较大差异[1]。当时-415 m北翼煤巷迎头有出水情况, 最大涌水量约为5 t/h, 但是随着深部水平的不断延伸, 采用在顶板中打钻探水 (1#探孔) , 钻探长度93 m, 实测钻孔涌水量1.2 t/h, 关闭闸阀压力为15 kg。通过取岩芯对比分析, 发现其顶板岩层产状正常, 地质异常体可能性不存在。由于煤巷的持续出水 (总计水量约8 t/h) , 故在-415 m北翼又施工1#、2#、3#探水和地质异常体钻孔, 在-470 m大巷施工了3个探水和地质异常体钻孔。探水和地质异常体探测钻孔平面图如图1所示。

对-415 m北翼探巷 (3477材料道) 和3477溜子道地质异常体进行巷探, 揭露了落差从1.5 m到大于6 m断层多条, 以及这些断层组成了一个环状的地质构造, 最终确定了地质异常体范围。

2 地质异常体构造概况及其发育特征

从王庄煤矿3477工作面运煤巷揭露地质异常体周围煤岩层来看, 岩层呈不整合状, 岩石杂乱无章, 碎块大小不一, 岩石风化程度差异较大, 岩块之间不胶结。由于岩石风化侵蚀现象比较普遍, 岩块滚圆度不好判定, 但结合煤层顶板30 m岩性判断, 地层大致可以界定7煤层上部20 m范围, 地质异常体与7煤层接触面呈不规则形状。再结合3477工作面材料道及3472巷道揭露情况, 判断出异常体总体形态呈椭圆状, 加上向北一组断层影响约30 m范围。该地质异常体非常奇特, 是一种特殊的地质构造。一边为密集型断层, 类似于地堑构造;另一边为整体陷落, 类似于陷落柱。在将来开采9层煤的地质异常体的范围揭露后, 对地质异常体的整体立体形态还会有新的认识。该地质异常体及其可能影响的范围如图2所示。

3 地质异常体对煤矿生产的影响

(1) 深受水害的威胁。地质异常体破坏了煤层的完整性, 可能连通3477工作面上部砂岩裂隙水、下部屯头系灰岩水。水害自始至终威胁着整个生产过程。为此采取了综合防治水措施。在工作面下部打了一条岩石排水巷道, 耗资100多万元。

(2) 影响347采区巷道工作面布置, 使工作面布置多打近100 m巷道。3477工作面受地质异常体影响, 断层密集, 落差较大, 工作面开采呈波浪形。在其附近曾多次发生漏顶、冒顶事故。

(3) 造成了储量面积损失。3477采煤工作面遇无炭体时, 绕过和新开切眼都会造成储量损失;其北部受无炭体的影响, 25 108 m2范围内不能布置工作面。

(4) 降低了工效。3477工作面掘进时遇到地质异常体进度约3.2 m/d, 比平时降低近一半;采煤工作面遇到地质异常体, 推进约1.2 m/d, 产量只有200 t/d。推进近1个月才甩掉地质异常体。

4 3477工作面开采技术实践

3477工作面先后揭露了11条断层, 形成断层群异常体。打了10个探巷, 每个断层的特征都差不多, 有少量渗水或淋水现象。断层落差从1.5 m到大于6 m, 这些断层组成了一个环状的地质构造, 影响工作面的正常布置。经作业规程会审, 决定打深孔爆破, 打放水孔治理涌水, 工作面及运输道打水仓排水, 并对工作面加强支护等方法, 实现正常开采。

(1) 深孔眼爆破的方法。 (1) 采用地质异常无炭体加深孔眼的方法:检修班负责打深眼, 孔深1.5 m (正常1.2 m) , 距底板0.8 m, 孔距1 m。孔眼必须平行于工作面底板, 便于少出渣。并要求在地质异常无炭体范围内提前打眼, 提前支护。 (2) 装药要求:加大装药量, 加大水炮泥长度, 保证爆破效果。根据无炭体岩石的硬度和破碎程度的不同, 优化了爆破参数, 提高了无炭体岩石的松动效果, 以使整个工作面推进度保持一致。 (3) 爆破方法:使用毫秒雷管爆破, 增强爆破效果。采用分组分段爆破、逐个爆破的方法, 降低爆破对单体液压支柱和木垛的冲击和破坏。

(2) 采用打放水孔的方法, 及时排放工作面涌水。一方面, 在地质异常无炭体范围内, 每隔5 m打1个放水孔和347采区下山巷贯通进行排水。在皮带头低洼处打2个放水仓进行排水;另一方面, 在-470 m大巷向3477工作面方向施工了一条156 m的放水巷, 并从-470 m放水巷向3477工作面提前每隔20~30 m打1个钻孔与其联通进行排水疏干, -470 m放水巷剖面图如图3所示。采取以上一系列措施对地质异常无炭体的涌水治理, 满足了安全生产要求。

(3) 加强工作面支护。在地质异常体范围内用木垛加强支护, 同时对单体液压支柱穿铁鞋, 在工作面采空区侧加大对腚加棚的支护。防止工作面倒棚事故的发生。

5 结论

王庄煤矿对3477工作面地质异常体周围煤层的布置开采, 排除了地质异常体及水害对工作面生产的影响, 节省了重新开工作面切眼准备的工程量和人力物力, 实现了有限煤炭资源的合理利用, 提高了资源回收率, 经济效益显著。同时积累了开采经验和方法, 对开发和利用地质异常体周边的煤层有重要作用。

参考文献

地质异常体响应 篇5

平煤十三矿使用便携式地质探测仪 (6A30) 实现井下采掘工作面前方及周围未探明的构造和影响范围的预测预报, 并通过数据处理, 分析了各类地质构造在波形图上的展现, 探讨了分析波形来解决地质异常体定性问题的可行性。

1 矿井概况

平煤股份十三矿是一个年产210万t、井田地质构造属中等复杂程度的高瓦斯矿井。构造基本上为襄郏背斜南西翼, 地层走向305°~340°, 倾向215°~250°, 倾角10°~25°。井田北西部为单斜构造, 南东部由于灵武山向斜、白石山背斜的“楔入”而呈波状起伏。井田主要可采煤层为二1、二12、四2、七4煤层。此次试验选在己三采区13031风机巷低抽巷, 距离二1煤层底板平均12 m, 沿一灰下部的一31煤线进行掘进, 由于该煤线在该矿发育良好, 是一个非常好的标志层, 便于指导生产。

2 地震勘探的组成

地震勘探是以不同岩性的岩层具有不同的弹性这一事实为依据的[2]。地表附近某一点人工激发地震波, 而在其他若干点上用地震检波器记录从震源直接过来的直达波, 或从地下不同弹性的岩层分界面来的反射或折射波, 从而分析地震记录上这些有用信息的特点 (波的传播时间、波形及振幅等) , 求得弹性分界面的空间位置及其性质, 以完成地震勘探的主要地质任务[3,4]。地震勘探的组成主要有三方面: (1) 数据采集。采集反映地球内部物理过程的数据, 是地球物理研究中最重要的环节之一, 每当地球物理数据采集的精度或信息量提高一个等级, 就推动数据分析技术前进一大步, 由于井下干扰因素多, 探测空间有限, 因此数据采集尤为重要。 (2) 数据处理与分析。由于原始记录中包含着不同程度的干扰, 并随着获得的数据量的不断增大而要求相应的数据管理和显示技术。数据处理的结果是描述物理现象的量, 而不是描述地球内部物理状态变化的量, 但反演处理的目的是将物理现象的数据转化为地球内部物质状态变化的数据, 为地质解释提供依据[5]。 (3) 地质解释。主要根据实验测定的介质类型和物理性质之间的关系或者它们的统计规律来推测目标体内部不同介质的分布区域, 以及相变突变带, 从而分辨和判断出影响煤矿安全高效生产的各种地质因素及其异常体, 解释精度相对较高。

3 现场数据采集的要求

地震勘探的现场数据采集是获取第一手资料, 为地震数据处理和解释提供基础的重要工作环节。便携式地质探测仪采用多次覆盖采集观测系统, 因此采集数据时应注意设置好参数。由于该仪器检波器采用高分辨地震数据采集系统[6], 进行敲击时应尽量找岩石坚硬的地方, 每次移动检波器时应按照设置的参数进行, 一般要采集15组数据, 这样才能提高原始地震记录的信号信噪比, 以便在井上进行数据分析。

4 数据处理与速度分析

(1) 数据处理。数据处理的任务是对采集的地震信息进行各种方法的加工处理, 进一步压制信息采集中未能消除的残留面波、多次波和随机干扰等, 提高信号的信噪比, 改善分辨率, 并采用合理的计算方法及处理参数, 尽可能保护和恢复记录中的高频成分, 处理后可直观反映地质构造形态和界面的地震时间剖面资料。 (1) 进行滤波, 排除现场探测时接收到的杂波; (2) 进行道间平衡, 使每道波形的最大振幅一致, 观察波形确定异常位置, 并对异常体进行定性; (3) 进行偏移参数设置, 再次观察所判定的异常位置在进行振幅缩放时的反应; (4) 给出准确的异常体位置和异常体性质。

(2) 速度分析。速度参数在浅层地震资料处理和解释中十分重要, 地震速度分析普遍采用速度谱分析, 得到平均速度和层速度[2]。进行异常体判定时, 应对速度参数进行设定, 笔者进行了很多试验, 如同层位不同厚度、同岩性不同厚度、不同岩性同厚度下的速度分析, 然后按照实际揭露异常体的位置不断进行修正, 得出了多种岩性的传播速度:砂质泥岩为2.4 m/ms;砂泥岩互层为2.4~2.6 m/ms;泥岩为2.2~2.4 m/ms;砂岩为2.6~2.8 m/ms。

5 地震资料的解释与应用

利用地震资料研究地质构造和进行地层、岩性解释, 主要利用反射和折射信息。反射波场是以水平叠加时间坡面或偏移剖面的形式显示, 它们是地震资料解释的基础。利用同相轴的连续性和几何形态, 可以进行岩层分界面的解释;利用地震波的频率、振幅、极性等动力学信息, 并结合速度密度可进行岩性解释[7,8]。

5.1 异常体特性

在物探里, 凡是阻碍正常生产的均属于异常, 常见的有断层、破碎带、陷落柱、岩性产状变化等。有时异常还会表现在上覆岩层的产状变化上, 例如在低抽巷掘进过程中, 有时分析出有异常, 但是经打钻验证后是煤层底板出现基底不平现象, 这也使异常体的定性产生了很大的困难。根据波的传播理论和频率变化的特性, 异常体在波形上的展现如下: (1) 断层表现特征。异常体附近多道波相邻的2个相位基本一致。 (2) 破碎带表现特征。异常体附近多道波发生跃迁, 且相位变小, 波长变大。 (3) 异常体岩性产状变化。附近多道波发生相位变小, 周期变长。

5.2 可行性试验

此次试验在平煤股份十三矿己三采区13031回风巷、运输巷、中间低抽巷共探测到各类异常体50个, 实际揭露异常体35个, 未探测到的异常有6处, 综合准确率为62.5%, 比原来的准确率提高了18%。

6 结语

采用此种定性方法, 探测的准确率得到了大幅提高, 实践证明, 通过物探的波形分析能够得到相对准确的物探信息。结合十三矿独有的“三探两防”管理理念, 为物探结果的验证和防止误揭煤提供了借鉴。物探分析还应结合地质资料进行综合分析, 通过已知去推测未知, 相信准确率还会有很大的提升空间。

摘要：介绍了便携式地质探测仪 (6A30) 的技术特征和性能特点。通过数据处理, 分析了各类地质构造在波形图上的展现, 提出通过分析波形来解决地质异常体定性问题。在平煤股份十三矿己三采区的试验表明, 提高了物探的准确率, 且应用效果良好。

关键词：波形相位周期,波阻抗,物探地质异常体

参考文献

[1]张平松, 刘盛东, 程学丰.矿井地质安全保障体系中的实用探测技术[J].江苏煤炭, 2003 (2) :10-11.

[2]王振东.浅层地震勘探应用技术[M].北京:地质出版社, 1988.

[3]刘盛东, 张平松.地下工程震波探测技术[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2007.

[4]刘盛东, 吴军, 张平松.地下工程震波技术与应用[J].中国煤田地质, 2001 (3) :59-61.

[5]刘盛东, 张平松.隧道及井巷工程超前探测模拟及其偏移技术研究[J].岩石力学工程学报, 2007, 26 (z1) :2847-2851.

[6]王庆海, 徐明才.抗干扰高分辨浅层地震勘探[M].北京:地质出版社, 1991.

[7]刘盛东, 赵秋芳, 张平松, 等.煤体瓦斯特征与震波参数关系的实验研究[J].煤炭科学技术, 2005 (11) :33-36.

地质异常体响应 篇6

目前,常用的井下超前探测手段主要有钻探和瞬变电磁法、直流电法等矿井物探技术。钻探一般至少需要超前打3个钻孔,施工周期长、费用高,无法满足巷道快速掘进、节省成本的需求;瞬变电磁法、直流电法等物探技术超前探测距离一般不大于100 m,容易受金属体、巷道施工条件影响,且对小断层等微小异常体分辨能力有限,实用效果有待改进。矿井生产迫切需要一种探测距离较远、快速、准确、经济适用的掘进工作面超前探测技术来预报前方水文地质异常体。

声波远距离超前物探技术可以探测掘进工作面前方150 m范围内断层、陷落柱等地质异常构造体的位置及其含水性等,具备其他方法没有的优点,符合要求。

1 声波远距离超前物探技术原理与施工方法

1.1 技术原理

声波远距离超前物探技术属于反射地震波勘探范畴,采用了回声测量原理,见图1。地震波在指定的震源点用小药量激发产生,在岩石中以球面波形式传播,遇到岩石物性界面(即波阻抗差异界面,如断层、岩石破碎带、岩性变化带和陷落柱等)时,一部分地震信号反射回来,一部分信号折射进入前方介质。反射的地震波信号被高灵敏度的地震检波器接收,里面包含或可提取出波速、密度、泊松比等多种信息。反射信号的旅行时间和强度等分别与反射界面的距离和性质、产状等有关,据此可以直接测量出反射界面的位置,并可利用多种参数确定岩层含水性等信息[1,2,3]。

1.2 施工方法

现场施工布置及测试过程由一系列炮点(见图1)、1～2个三维接收传感器(X、Y、Z方向)、数据采集系统及数据处理系统组成。

炮点布置在巷道的左帮或右帮,一般24个震源炮点布置成1条直线,按计划顺序激发,检波器接收每个炮点的反射波,形成原始数据体,供处理与分析解释。

2 声波远距离超前物探技术数据处理与资料解释

2.1 数据处理

声波远距离超前探测数据处理采用深度偏移成像方法,一般流程如下:数据建立→带通滤波→直达波拾取→起跳点信号处理→平衡各震源能量→品质因子Q评估→反射波提取→纵波P、横波S(SV、SH)分离→速度分析→深度偏移→反射界面提取。经过以上处理程序得到P波、SH波、SV波的时间剖面、深度偏移剖面、提取的反射层、各层岩石物理力学参数等成果,以及反射层在探测范围内的2D或3D空间分布图[4,5]。

2.2 资料解释

资料解释主要基于反射波振幅、波速及弹性参数值的大小及变化。如P波与S波的反射振幅之比;P波与S波的速度之比;围岩含水是否对泊松比σ的影响等,都是在进行资料解释时判断探测前方岩性变化的依据[6,7]。

3 探测实例及效果研究

3.1 探测效果

为验证声波远距离超前物探技术在煤矿实际应用效果,利用DTC-150防爆远距离地质超前探测系统,在焦作煤业集团赵固一矿东、西翼盘区选择5条巷道进行了11次探测,分别是:西翼盘区12041工作面运输巷探测2次,西翼轨道运输巷探测1次;东翼盘区11001工作面运输巷探测2次,11001工作面回风巷探测3次,11131工作面回风巷探测3次。探测全部在二1 煤层(厚度约为6 m)顶层煤巷进行,总体结果:5次物探结论为掘进工作面前方不存在断层,岩层部分区段节理裂隙发育或存在软硬变化界面,整体相对正常;5次物探判断出掘进工作面前方不存在落差较大(H>1.5 m)断层,仅部分区段存在微小断层;1次物探结论为掘进工作面前方存在落差较大断层。

通过巷道掘进或钻探验证,总体上物探准确率在72%以上。物探结果与验证情况见表1。

3.2 西翼盘区西翼轨道运输大巷掘进工作面探测实例

图2为西翼轨道运输大巷掘进工作面超前探测成果图,可以看出,探测前方150 m范围内存在有较强反射界面,围岩纵波平均速度为3 250～4 150 m/s,泊松比为0.10～0.31,围岩密度为2.29～2.47 g/cm3。物探结论:掘进头前方114.7 m范围内未发现大的断裂构造;114.7～129.7 m段岩层裂隙相对发育; 129.7～132.5 m段岩石破碎,为断层破碎带,围岩含水增加; 132.5～145.6 m段岩层裂隙较为发育,为断层影响带。

通过钻探验证,掘进头前方125 m见到1个落差15 m断层,与探测结果基本相符(断层反映明显,因波速取值有微小偏差,位置稍有偏离)。

3.3 东翼盘区11131工作面回风巷掘进工作面探测实例

图3为东翼盘区11131工作面回风巷掘进工作面超前探测成果图,可以看出,探测前方150 m范围内反射回波强度微弱,围岩纵波平均速度为3 950～4 150 m/s,泊松比为0.24～0.28,围岩密度为2.36～2.43 g/cm3。物探结论:掘进头前方探测范围内无明显断层反映,仅在11.3、61、105.8、137.6 m等位置发现几处微弱反射异常,可能系岩层局部节理裂隙发育所至。

探测完成后该巷道正常掘进150 m,未发现断层存在,探测结果与实际揭露相符。

4 结论及改进方向

4.1 结论

从赵固一矿11次掘进工作面远距离超前探测实践来看,物探准确率大于72%。其中,西翼轨道运输大巷超前探测到的断层落差为15 m,断层反射波极强,图形显示非常明显;12041工作面运输巷掘进头(西二胶带巷与12041运输巷交叉口向西688.8 m处)超前探测发现的前方小断层落差仅为0.35 m;11001工作面回风巷和11131工作面回风巷共6次探测都未发现落差较大断层,与巷道揭露情况基本相符。

验证说明,声波远距离超前探测技术适用于快速预报煤矿巷道掘进头前方150 m范围内断层、陷落柱等具有差异性界面的地质异常构造体位置及其含水性等,且具有较高分辨率。该技术的推广应用可减少超前钻探工作量,提高巷道掘进速度,指导巷道安全掘进。

4.2 存在问题及改进方向

4.2.1 数据采集质量问题

在本项目11次探测中,2次探测受到掘进头钻场影响,部分探测受打孔、装药、封孔等施工质量不高影响,造成采集的原始数据有偏差,影响物探结论的准确性。

为了保障原始数据质量,就需要注意避免炮孔、接收孔与掘进头之间存在的钻场,防止炮孔偏斜,装炸药时要确保送炸药至孔底,封孔时炮泥量要足够,保障炸药与围岩耦合良好。

4.2.2 准确选择数据处理参数问题

数据处理软件输入的参数一般为通用经验数值,在多数情况下适用但不精准,需要根据实际探测情况进行调整,必要时可以采用几个参数分别处理,对结果进行综合判断,作出合理选择。

对同一巷道条件下连续跟踪多次探测,有助于通过总结选择准确的处理参数,提高预报精准度。

4.2.3 改进方向

实践证明,声波远距离超前探测技术准确率较高,对断层、陷落柱等地质异常构造体漏判几率较低,但存在误判、多判的可能性,容易把局部节理裂隙或岩层界面判断为异常体,这与其探测原理和应用软件的解析能力有关,需要改进。

与所有物探手段一样,该技术存在多解性,在资料处理解释过程中需加强与其他物探技术和钻探、水文地质资料的结合,综合分析解释,才能“去伪存真”,减少误判,提高预报准确性,更好地为煤矿安全生产服务。

参考文献

[1]王俊茹.工程与环境地震勘探技术[M].北京:地质出版社,2002.

[2]刘志刚.隧道隧洞施工地质技术[M].北京:中国铁道出版社,2001.

[3]戴前伟,何刚,冯徳山.TSP-203在隧道超前预报中的应用[J].地球物理学进展,2005,20(2):460-464.

[4]张景科,谌文武,雷启云.TSP203地质超前预报原理及其提高精度的途径[J].天津城市建设学院学报,2004,10(3):170-173.

[5]何振起,李海,梁彦忠.利用地震反射法进行隧道施工地质超前预报[J].铁道工程学报,2000(4):81-85.

[6]刘秀峰,李忠.TSP探测数据采集和处理中应注意的几个问题[J].石家庄铁道学院学报,2002,15(2):56-59.