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1662020 年第 4 期 槽波超前勘探技术在巷道前方探测断层的应用 高玉超 邓重青 李继路 （微山金源煤矿，山东 微山 277600） 摘 要 槽波超前勘探技术能够探测出巷道正前方存在的隐伏地质构造，利用此技术对金源煤矿边界断层进行探测，采 用偏移成像技术进行分析，并结合钻探技术对超前探测结果进行钻探验证。结果表明槽波超前探测对断层较敏感，为地质 构造的超前探测提供了一种有效的预测手段。 关键词 槽波 超前探测 边界断层 偏移成像 中图分类号 P631 文献标识码 A doi10.3969/j.issn.1005-2801.2020.04.062 Application of Trough Wave Advanced Exploration Technology in Detecting Faults in Front of Roadway Gao Yu-chao Deng Zhong-qing Li Ji-lu （Weishan Jinyuan Coal Mine, Shandong Weishan 277600） Abstract The trough wave advance exploration technology can detect the hidden geological structure in the front of the roadway. This technology is used to probe the boundary fault of Jinyuan Coal Mine, the offset imaging technology is used to analyze the advance exploration results, and combining with drilling technology to verify the drilling results in advance. The results show that trough wave advance detection is sensitive to faults and provides an effective predictive for geological structure advance detection. Key words slot wave forward probe boundary fault offset imaging 收稿日期 2019-10-31 作者简介 高玉超（1986-），男，硕士研究生，现为济宁矿业集团 微山金源煤矿技术员、助理工程师，主要从事煤矿地质工作。 大屯断层为金源煤矿边界断层，为一走向近东 西、倾向南的正断层，落差 80600m。其中，23上 18 工作面附近断层落差约 300m，造成奥灰与煤层 对接，奥灰水可以直接补给煤层及其顶底板砂岩， 若保护煤柱留设不当，有可能造成奥灰突水，进而 威胁矿井安全。因此采用槽波超前勘探技术在 23上 18 进风顺槽迎头进行超前探测，探测大屯断层的位 置及走向，为矿井保护煤柱的留设、工作面安全回 采提供可靠的地质保障。 1 槽波超前探测原理 槽波超前探测的原理类似于地震勘探中的反射 法，在煤层中激发和传播的槽波在沿着煤巷传播时， 如果工作面或者巷道前方存在反射界面，槽波就会 发生反射，形成反射槽波，通过分析反射槽波、绕 射波等，对其进行偏移成像，就能获得反射界面的 位置、走向等空间信息。其工作原理如图 1 所示， 图中，炮点；○检波点；实线地震波传播 路径射线。 图 1 槽波超前探测方法工作原理示意图 在煤矿中，通过巷道超前探测，可探明迎头前 方可能存在的地质构造（如断层、陷落柱及溶洞等） 的位置、产状及规模等，并及时给出预测预报，使 其可以提前合理规划和治理，从而避免地质灾害。 2 观测系统设计 槽波超前探测方法基于直达槽波和反射槽波的 时距曲线，能否准确拾取直达槽波和反射槽波的同 相轴曲线将直接影响最终成像精度。检波器排列长 度需要达到一定值才可以较精确定位。另外断层距 离越近，定位越准确，且道间距不能过大，否则无 1672020 年第 4 期 法识别到准确的反射槽波曲线。因此排列的长度要 合理选择。 由于 23上18 工作面切眼已掘进，在进风顺槽的 左帮布置炮点和检波点。进风顺槽左帮布置 40 道 检波器，道间距 2.5m，排列长度为 100m。布设 15 个炮点，单孔炸药量 150g，以保证足够的能量覆盖。 3 实际探测工作 勘探区域为金源矿 23上18 进风顺槽，有效探测 距离约为迎头前方 120m 范围。 本次勘探在充分考虑现有的条件和目的任务的 基础上，在巷道左帮布置检波点、炮点（激发点）， 如图 2 所示，具体参数如下。 图 2 23上18 进风顺槽超前探示意图 （1）道间距2.5m。 23上18 进风顺槽左帮（J1-J40）。 （2）炮点位置 左 帮P1 距 J110m，P2 距 J15m，P3 位 于 J3 和 J4 之间，P4 位于 J9 和 J10 之间，P5 位于 J16 和 J15 之间，P6 位于 J22 和 J21 之间，P7 位于 J28 和 J27 之间，P8 位于 J34 和 J33 之间，P9 位于 J38 和 J39 之 间，P10 距 J405m，P11 距 J4010m，P12 距 J4015m，P13 距 J4020m，P14 位于切眼，距切眼 5m，P15 位于切眼，距切眼 10m。 （3）总炮数共 15 炮（设计 15 炮，实际施 工 15 炮）。 （4） 总道数 40道 （设计40道， 实际施工40道） 。 （5）炮孔情况在煤层中间位置钻孔，孔深 度为2m， 误差小于0.3m。 所打全部炮孔都在煤层里。 （6）药量和雷管选择150g 瞬发雷管 / 炮， 瞬发雷管。 （7）接收点技术要求在处于煤层中间的锚 杆上，使用转接头将检波器固定在锚杆上（注意 锚杆须要在煤层中，且平行于煤层）。检波器安置 方向既平行于煤层，又平行于煤侧壁，且保证所有 检波器方向一致。 4 数据处理分析 4.1 数据单炮记录分析 选取第 1 炮和第 13 炮进行处理，经过对整个 炮记录进行正负视速度滤波和 F-K 分析等，然后拾 取直达槽波埃里相位置，结果如图 3 和图 4 所示。 图 3 p1 滤波分离剖面 图 4 p13 滤波分离剖面 4.2 克希霍夫积分偏移成像 地面地震勘探中的水平叠加剖面虽然可以大致 地反映出地下构造形态，但若要对复杂地质下构造 异常体的位置、结构、构造等进行准确的描述，必 须要对地震记录进行偏移处理。特别是针对叠前地 震勘探数据进行深度域的偏移，使得接收到的地震 波场能被准确归位，这样处理后的地震剖面才符合 真实的地下地质构造关系。进行偏移的方法很多， 其中以联合波动方程和 Kirchhoff 积分解和射线追踪 计算走时的应用最为广泛和成熟。 此次采用克希霍夫积分偏移成像对采集的数据 进行处理分析。 4.3 结果分析与解释 根据最终积分成像结果，选择 x 分量的成像结 果进行最终的地质解释。对最终的成果图进行地质 解释，如图 5 所示。 1682020 年第 4 期 图 5 槽波超前探测成果解释图 根据最终成果图共划分解释出3个异常 （YC1、 YC2 和 YC3），详细解释如下 （1） 根据最终反演结果， 推测YC1异常为断层， 该异常与进风顺槽夹角约 38，位于 J16T 导线点 后约 13m 至 J16T 导线点前约 29m，距离进风左帮 巷约 14 ～ 51m。 （2）YC2 异常位于迎头正前方，位于 J17T 导 线点前约 100m，对巷道掘进有一定的影响。 （3）YC3 异常位于迎头正前方，位于 J17T 导 线点前约 140m，对巷道掘进有一定的影响。 5 钻探验证及后期回采情况 为了对槽波超前探测结果进行验证，进一步查 清大屯断层位置、导水性、富水性，留设合理断层 保护煤柱，为工作面安全回采提供可靠的地质资料， 在迎头位置进行钻探施工。 5.1 钻探设计 在详细分析槽波超前物探结果资料及地质水文 资料的基础上，根据井下钻探技术规范有关要求， 结合矿井实际开采情况，充分利用现有巷道，本次 共设计井下钻孔 4 个，预计工程量约 530.0m。其钻 孔参数如表 1 所示。 表 1 设计钻孔技术参数一览表 孔号标高 /m方位角 /倾角 /终孔层位工程量 /m 1-686.8233推断断层115.0 2-686.85323 物探推断 断层带 110.0 3-686.859-30 物探推断 断层带 145.0 4-686.892-18推测断层160.0 合计530.0 5.2 钻探结果 井下钻探工程施工钻孔 4 个，完成钻探进尺 503.5m。钻孔施工工程技术参数如表 2 所示。 表 2 钻孔施工工程技术参数一览表 孔号标高 /m 方位角 / 倾角 /终孔层位工程量 /m 1-686.8233推断断层85.0 2-686.85318 山西组 细砂岩 130.0 3-686.859-30三灰149.0 4-686.892-24 太原组 泥岩 139.5 合计503.5 各钻孔施工过程中及终孔深度均未出现涌水。 通过本次探查钻孔施工，与槽波超前探测结果基本 吻合，大屯断层在工作面 140m 以外，工作面回采 不受奥灰水威胁。 5.3 后期回采情况 工作面自初采后已安全回采 500m，初次来压 步距 40m，周期来压步距 18m，工作面回采期间无 突水现象，涌水无变化。 6 结论 槽波超前探测不同于传统的体波超前探测，具 有能量强、传播距离远、波形特征易于识别等优势， 在矿井煤巷地质构造的超前探测中具有更广阔的应 用前景。金源煤矿槽波发育较好，探测范围广，能 够进行远距离超前探测，槽波超前探测技术在滕县 煤田南部矿区具有较高的推广应用价值。 【参考书目】 ［1］ 毛庆福，高学亮，刘震 . 槽波探测技术在济宁阳 城煤矿的应用 [J]. 煤矿现代化，2019（03） 181-183186. ［2］ 范创，常永峰，罗鹏 . 地震反射 槽 波在煤矿 掘进巷道超前探测中的应用 [J]. 山东煤炭科技， 2019（02）169-171. ［3］ 马士趁，杨思通，朱鲁，等 . 透射法槽波地震勘 探在煤矿小构造探测中的应用 [J]. 煤炭技术， 2016，35（06）98-99. ［4］ 王振亚，范迎春 . 煤矿井下槽波超前勘探技术应 用 [J]. 能源与环保，2017，39（10）49-53.