基于槽波的煤矿地质构造超前探测技术研究.pdf

第 39卷第8 期 2017年 8 月 第 39卷第8 期 2017年 8 月 能 源 与 环 保 China Energy and Environmental Protection VolVol. 39 NoNo. 8 8 AugAug. 2017 基于槽波的煤矿地质构造超前探测技术研究 宋保陵1,满立新2 ,刘献科1,胡学辉1 1 .河 南 省 煤 田 地 质 局 物 探 测 量 队 ， 河 南 郑 州450009 ; 2 .河 南 省 煤 田 地 质 局 煤 炭 勘 查 总 院 ， 河 南 郑 州450016 摘要 为了准确预测和掌握煤矿地质构造的分布情况， 采用槽波超前探测技术,该技术可以有效探测 工作面的断层、 陷落柱等地质构造。研究了槽波地质构造勘探基本理论、 槽波的分类、 槽波地质构造 勘探方法等， 以某煤矿5208工作面实际情况为例， 研究结果得出 5208工作面共发现2 个高速区域, 预测结果为多个小断层构成的;1 个低速区域， 预测结果为1 个陷落柱造成的， 实际5208工作面已经 揭露的地质构造基本和探测结果一致， 反映了槽波在煤矿地质构造超前探测中具有较高的精确度， 为 地质构造的超前探测领域提供了借鉴。 关键词 槽波;地质构造;超前探测； 透射法； 反射法 中 图 分 类 号TD163.1 文 献 标 志 码A 文 章 编 号 1003 -0506201708 -0087 -05 Study on advance detection technology of coal mine geological structure based on trough wave Song Baoling1 ,Man Lixin2,Liu Xianke1 ,Hu Xuehui1 1. Geophysical Survey Team of Coalfield Geology Bureau of Henan Province, Zhengzhou 450009, China ； 2. Henan Coal Geology Bureau Coal Exploration General Hospital,Zhengzhou 450016, China Abstract In order to accurately predict and master the distribution of coal geological structure, by using the trench wave advanced de tection technology, this technology can effectively detect the working surface of the fault, the collapse of the column and other geological structure. The basic theory of the trench wave geological structure,the classification of trough wave and the geological structure explora tion with trough wave were studied,taking 5208 working face of a coal mine as an example,and the results show that,there are two high-speed areas on 5208 working face,and the prediction results are composed of several small faults. A low-speed region,which was caused by a collapse column, the prediction results was consistent with the results of the geological structure of 5208 working face. The results show that the accuracy of the trench wave in the geological structure of the coal mine is advanced, which has provided refer ence for the advanced detection of geological structure. Keywords trough wave ； geological structure ； advance detection transmission ； reflection 〇 引言 随着矿井机械化程度的快速发展， 煤矿安全日 益受到重视， 但是地质构造一直制约煤矿的安全生 产 ， 现代化矿井掘进速度日益加快， 从而要求需要提 前预知工作面前方未知的地质构造， 提前做好安全 措施， 确保快速、 安全通过地质复杂区域[ 1 5]。 胡运兵等[6]对薄层状介质中反射地震超前探 测的特性进行了研究， 戴前伟等[7]利 用TSPTSP-203技 术实现了对隧道超前预报， 沈鸿雁等[8]采用频域奇 异值分解（S V DS V D对地震波场去噪进行了研究分析， 杜仲华等[9]利用槽波技术对采空区边界探测的数 值模拟进行了研究， 王改正等[W]对岩石声波综合数 据处理系统的试验进行了研究分析， 杨真[11]采用 ISSISS技术对薄煤层采空边界探测进行了研究移机对 〇 . 9 m m薄煤层S HS H型槽波频散特征及波形模式进行 了研究分析， 王蕴华等[12]对底部为岩石的地下连续 墙冲抓破岩成槽施工进行了研究分析。 收稿日期2017 - 03 -05;责任编辑 陈朋磊 DOI10.19389/kL 1003 -0506.2017.08.017 基金项目 河南省“两权价款”地质科研类项目（2〇15_1992_9 作者简介宋保陵（1963） ， 男 ， 河南温县人， 高级工程师，1986年毕业于焦作矿业学院， 现从事煤田地质勘探技术研究与管理工作。 引用格式宋保陵， 满立新， 刘献科， 等基于槽波的煤矿地质构造超前探测技术研究[J].能源与环保，2017,39887-91，95. Song Baoling, Man Lixin, Liu Xianke, et al. Study on advance detection technology of coal mine geological structure based on trough wave[ J]. China Energy and Environmental Protection ,2017,398 87-91,95. 87 87 2017年第8 期2017年第8 期 能源与环保能源与环保 第 39卷第 39卷 本文综合前人的研究成果， 利用槽波超前探测 技术对煤矿地质构造进行了研究， 探测结果和工程 实际情况|致， 反映了槽波在煤矿地质构造超前探 测的精确度， 为地质构造的超前探测领域提供借鉴 [6-10] 局、a 1槽波地质构造勘探理论 在有外力激发的作用下， 介质由于能量的传递， 介质点会产生弹性振动， 并由震源向周围介质辐射 或传播， 当地震波作用于煤层时， 其传播速度与在岩 层的传播速度比值为11.5〜13表1。然而槽 波能够应用于地质构造超前探测的首要前提是煤层 具有槽导性， 然而在煤矿地质中， 与围岩相比较， 煤 层具有速度低、 密度小的特点， 地震波在煤层传播过 程中， 煤层上下围岩的传播速度要大于煤层， 而且煤 层上下围岩的界面具有非常强的波阻抗， 从而构成 一个以煤层为中心的封闭的波导层， 从而构成地震 波在煤层中的全反射。因此， 煤层具有较好的波导 性 ， 可以利用槽波对煤矿地质构造进行超前探 测 [酬 。 表表1煤层及其围岩的速度与密度煤层及其围岩的速度与密度 Tab. 1 Coal seam and its surrounding rock speed and density 岩性密度/g cm-3P波速度/km . s 1 S 波速度/k m .s-1 围岩2.4 2. 83.0 〜4. 81.6-2. 8 煤1.2 1.51.8 -2. 50. 9 1.4 当在煤层中激发体波（P P波 和S S波） 时， 经过煤 层上下围岩的波导层多次反射， 激发的能量被包围 在煤层以及上下围岩临近岩石当中， 形成煤槽， 不再 向其他围岩辐射传播， 从而形成一个较大的干涉扰 动， 此称之为槽波[1616_2 2]图l hl h 图图1槽波形成示意槽波形成示意 Fig. 1 Slot wave ation diagram 2槽波分类 根据极化特征及物理构成， 槽波分为L L波 和R R 波2 2类 ， 其中L L波被称之为洛夫型槽波（ 图2 2 a a， R R波被称之为瑞利型槽波（ 图2 2b b [ 2 1 _ 2 5 ] 图图2槽波的分类槽波的分类 Fig. 2 Groove wave classification 3槽波地质构造勘探方法 槽波地质构造探测方法[ 2 6 _ 3 ]见表2 。透射法和 反射法原理如图3、 图4 所示0 0 表表2槽波地质构造探测方法分类槽波地质构造探测方法分类 Tab. 2 Classification of groove geological structure detection s 勘探方法地质构造判别准则1*1点使用条件 透射法 图 3 糟波的存X、 强弱及运动 学、 动力学参数， 来判断震 源与接收排列间射线覆盖 的区域内地质异常性 方法灵活、 探测 范围广、 数据处 理和解释比较 容易、 准确率A 检波器和震 源在不同的 垂道内 反射法 图 4 检波器公“接收到到.丨丨指 道反射槽波， 来确认前方是 押存祚煤以的 迮续性 最小探测范围 受限， 准确率高 检波器和震 源在同一巷 道内或掘进 工作面上 炮点 炮点 图图4反射法原理反射法原理 Fig. 4 Schematic diagram of reflexology 为了准确有效地确定煤矿地质构造分布情况， 采用组合方法进行勘测， 才能提高槽波在预测地质 构造超前探测的精确度9 9 88 2017年 第 8 期 宋保陵， 等基于槽波的煤矿地质构造超前探测技术研究宋保陵， 等基于槽波的煤矿地质构造超前探测技术研究 第 3 9 卷 以某矿为例， 5208巷 实 际 揭 露 16条 落 差 丑 0. 3 0 〜 6. 00 m的 断 层 及 2 个 陷 落 柱 ， 3 个 冲 刷 。在设计终 采 线 内 5 2 0 8 巷 揭 露 6 条 丑 0. 5 0 〜5. 00 m的断 为了能够 准 确 预 测 和 探 测 煤 矿 地 质 构 造 情 况 ，层 ， 探 测 区 域 如 图 5 所 示 。 4. 2观测系统设计 4. 2观测系统设计 28 m m， 每 个 炮 眼 可 装 2 5 0 〜300 g瞬 时 炸 药 ； 检波 在 5208巷布置检波器， 2208巷 布 置 炮 点 ， 炮眼 点 ， 道 间 距 20 m， 测 点 布 置 如 图 6 所 示 。 距 煤 层 底 板 1.4 m， 垂 直 于 煤 壁 ， 深 度 2.4 m， 直径 采集槽波一般采用两分量检波器（ 图 7 。 4工程实例4工程实例 4 . 1 地质概况4 . 1 地质概况 图图6观测系统布置观测系统布置 Fig. 6 Observation system layout 图7检波器图7检波器 Fig. 7 Component detector 4 . 3 数据处理4 . 3 数据处理 探 测 设 计 5 3 炮 ， 接 收 5 3 炮 。发射与接收射线 覆盖 工 作 面 情 况 如 图 8 所 示 。 工 作 面 数 据 处 理 效 果 如 图 9 所 示 。 由三维效 果图可以清楚看到有2 个 高 速 区 ， 2 个 低 速 区 ， 高速 区根据理论分析可知， 是由于槽波在经过岩石区形 成 的 ， 并且结合已经揭露的地质情况， 这个高速区域 由多个断层组成， 但是断层走向不大， 没有贯通工作 面 ， 低 速 区 根 据 理 论 分 析 可 知 ， 可 能 经 过 1 个陷落 柱 ， 长 轴 距 离 约 70 m， 由于柱内比较松散， 导致传播 速度偏 低 ； 由二维效果图可以看出， 和实际工作面已 89 2017年第8 期2017年第8 期 能源与环保能源与环保 第 39卷第 39卷 图图8观测系统射线覆盖区观测系统射线覆盖区 Fig. 8 Observation system ray coverage area 450 m 550 m 650 m 750 m 850 m 950 m 1 050 m ⑴ 二 维 效 果 图图9数据处理结果数据处理结果 Fig. 9 Data processing results 经揭露的地质构造相“I I致 ， 从而验证槽波在地质构 造探测的精度。 5结论 1 1为了能够准确有效地确定煤矿地质构造分 布情况， 一般采用透射法与反射法2 2种方式组合的 方法， 最初探测采用透射法， 然后采用组合方法进行 勘测， 才能提高槽波在预测地质构造超前探测的精 确度 2基于槽波地质构造超前探测技术对5208 工作面进行探测， 探测结果得出5208工作面发现2 个高速区域， 预测为多个小断层构成的;1 1个低速区 域 ， 预测结果为1 个陷落柱造成的， 并结合5208工 作面已经揭露的地质构造对比分析， 基本和探测结 果一致， 反映了槽波在煤矿地质构造超前探测的精 确度， 为地质构造的超inin f f朱测领域提供借鉴意义。 90 90 2 0 1 72 0 1 7年第8 8期宋保陵， 等基于槽波的煤矿地质构造超前探测技术研究宋保陵， 等基于槽波的煤矿地质构造超前探测技术研究第3 93 9卷 参考文献（参考文献（References [1 ]师旭.煤矿井下巷道槽波超前探测技术研究[D].徐州 中国 矿业大学，2014. 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