基于SH槽波的煤矿超前探测技术研究.pdf

第 39卷第9 期 2017年 9 月 能 源 与 环 保 China Energy and Environmental Protection Vol. 39 No. 9 Sep. 2017 基 于S H槽波的煤矿超前探测技术研究 刘绍伟、陈朋磊2 1 .河南省煤田地质局物探测量队， 河 南 郑 州450009 ; 2 .河南省煤炭科学研究院有限公司， 河 南 郑 州450001 摘要 为了确保工作面合理煤柱的留设以及矿井的安全生产， 采 用SH槽波超前勘探方法， 对某矿煤 层进行了超前探测， 探测使用爆破震源的方式， 利用反射法进行探测。探测结果表明 该矿煤层具有 良好的槽导性与波导特性， 采用SH槽波超前勘探是可行的;该矿已经揭露的3 个断层为同一个断层, 并且已经延伸到下一备采工作面,应该加大煤柱的留设， 研究结果对类似工程地质条件超前探测有借 鉴意义。 关键词SH槽波;超前探测； 反射法;爆破震源； 槽导性； 波导特性 中图分类号中图分类号TD163.1 文献标志码文献标志码A 文章编号文章编号 1003 -0506201709 -0205 -04 Research on advanced detection technology of coal mine based on SH wave Liu Shaowei1 ,Chen Penglei2 1. Geophysical Prospecting Team of Henan Coalfield Geology Bureau, Zhengzhou 450009, China ； 2. Henan Coal Science Research Institute Co. ,Ltd. ,Zhengzhou 450001,China Abstract In order to ensure the reasonable design of coal pillar and the coal mine safety production, using the SH slot wave in tunnel exploration , coal seam of a coal mine advanced detection, by the use of blasting source in detection, detection using reflection . The results show thatthe coal mine has good guide slot waveguide,using SH slot wave in tunnel exploration is feasible；3 faults have been exposed in this coal mine which proved to be the same fault, and has been extended to the preparation working face, it is nec essary to increase the stay of coal pillars, which provides a reference for the similar research results of engineering geological conditions advanced detection. Keywords SH slot wave ； advanced detection ； reflection ； blasting source ； channel conductivity ； wave guide characteristics 〇 引言 随着煤矿机械化程度越来越高， 矿井的安全生 产日益突出， 对工作面进行超强探测， 不仅能够及时 探明地质构造， 确保矿井的安全生产， 同时为工作面 合理布置提供重要依据[111]。 国内外学者对SH 槽波进行了大量的研究， 颜 世磊[12]对地震剖面扫描与数字化软件进行了深人 的研究， 利用图形图像处理技术， 把从扫描仪扫描输 人的地震纸剖面光栅图像经二值化、 几何校正、 时间 轴消除、 地震波形的搜索和提取等数字化处理后转 换成矢量数据， 为处理和解释老、 旧的地震资料提供 了一条有效途径;王改正[13]等对岩石声波综合数据 收稿日期 2017 - 05 - 0 5 ;责任编辑 张晓涛 DOI10.19389/ki. 1003 -0506.2017.09.042 作者简介刘绍伟（1973） ， 男 ， 河南漯河人， 高级工程师，1 9 9 7年毕业于中国矿业大学， 现从事煤田地质勘探工作。 引用格式刘绍伟， 陈朋磊基于S H槽波的煤矿超前探测技术研究[J].能源与环保，2017,399205-208. Liu Shaowei, Chen Penglei. Research on advanced detection technology of coal mine based on S H wave[ J]. China Energy and Environmental Protection ,2017,399 205-208. 处理系统的试验进行了研究， 研 究 以 SYC岩石声波 仪为前端设备， 配接微型计算机和单板机， 构成既可 在室内也可在野外使用、 又能综合分析的积木式测 试系统， 为用声波法测定岩石和其他固体介质力学 特性的测试技术和理论研究提供了自动化的设备; 王静[14]对高精度速度进行了分析以及研究。 为了确保某矿工作面的合理煤柱的留设以及矿 井的安全生产， 本文采用SH 槽波超前勘探方法， 对 该矿煤层进行了超前探测。 1 S H槽波的激发 在煤矿进行SH 槽波超前探测时， 一般激发的 震源分为2 种方式①爆破震源， 例如炸药等;②机 205 2017年第9 期能 源 与 环 保第 39卷 械震源， 例如敲击等0 由于机械震源能量较弱， 一般 使用在距离较近的超前探测， 机械震源探测范围见 表 1[154 表表1机械震源探测范围机械震源探测范围 Tab. 1Mechanical source detection range 序号探测方法 探测距离/ m 1 反射法 约60 2 投射法 100 -500 然而当探测距离较大时， 一般采用爆破震源， 其 优点为激发能量强， 施工简单;缺点是波形重复性不 理想， 定向辐射性不好， 安全因素低等， 根据理论计 算与现场实际相结合， 利用炸药作为爆破震源时， 药 量的多少是衡量探测结果的重要因素， 药量过少， 导 致激发能量低， 影响其探测范围， 药量过多则会影响 巷道煤壁的稳定性， 造成过大的干扰， 有效波分辨困 难， 可根据经验公式[ 2 0 _ 22]进行计算 Q 120/1 7 3 1 式中，P为炸药量； 为限定冲击波存在的球半径。 当采用炸药作为爆破震源时， 所采用的炸药常 选用“ 瞬发雷管” （ 微秒雷管） ， 根据理论计算， 高爆 速炸药所产生的槽波往往高频槽波居多， 这对地质 信息准确获取非常重要， 使用效果如图1 所示。 图图1煤矿安全炸药激发的槽波煤矿安全炸药激发的槽波 Fig. 1 Wave from coal mine safety dynamite 由图1 可知， 所获取的槽波记录是理想的， 当采 用超前探测时， 常采用一致性的震源， 这对于数据处 理以及波频的解释相当重要， 因此在煤矿进行超前 探测预测时， 要尽可能保证激发条件一样， 这样才能 增加超前探测的准确性 表表2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. 2 Coal seam and its surrounding rock speed and density 奸性 密度/S波速度/P波速度/ g * c m 3 Jk m . s , 1 km.s _1 煤 1.2 - 1 . 50.9 - 1 . 41.8 - 2 . 5 围岩（ 砂岩、 粉砂K 、 心m灰 ） 2.4 2.81.6 2.83 . 0 - 4 . 8 由表2 可知， 煤层具有良好的槽导性与波导特 性。 2 . 2 透射法2 . 2 透射法 1 透射法的地质构造判别准则槽波的有无、 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。 2 透射法的特点方法灵活， 探测范围广， 数 据处理和解释比较容易， 准确率高。 3 透射法的使用条件检波器和震源在不同 的巷道内， 透射法原理如图2 所示_2 5 ] e 炮点 炮点 2 . 3 反射法2 . 3 反射法 1 反射法的地质构造判别准则 通过检波器 是否接收到到非巷道反射槽波， 来确认前方是否存 在煤层的不连续性。 2 反射法的特点最小探测范围受限， 准确率 高。 3 反射法的使用条件检波器和震源在同一 巷道内或掘进工作面上， 反 射 法 原 理 如 图 3 所 示[ 2 6 - 2 3工3工程实例 2 2 S H槽波的超前勘探方法 2.1 2.1 SH槽波的特性槽波的特性 S H槽波超前勘探的前提是煤层具有槽导性， 煤 层及其围岩的速度与密度见表2。 3 . 1 地质概况3 . 1 地质概况 该矿具有复杂的地质条件， 在进行下一工作面 的 超 前 探 测 时 ， 对 现 已 经 揭 露 的 地 质 构 造 进行统计， 邻近位置有5个小断层和3个大断层（ 落 206 2017年第9 期刘绍伟， 等基于SH槽波的煤矿超前探测技术研究第 39卷 图图3反射法原理反射法原理 Fig. 3 Schematic diagram of reflexology 差 20 m揭露。探测区域地质概况如图4 所示f t 3 . 2 观测系统设计 由于该矿特殊的生产情况， 可以利用的巷道为 2102回风巷， 采用反射法进行探测， 设计参数见表 3 ,S H槽波的超前勘探设计观测系统如图5 所示。 表表3 SH槽波的超前勘探设计参数槽波的超前勘探设计参数 Tab. 3 Advanced exploration design parameters of SH wave 炮眼钴孔布置检波器布置 起始位置 炮眼炮眼炮眼炮眼装药封孔 起始位拉 道间钴孔检波钴孔 个数/个 间距/ m 深度/ m直杼/ m m / g长度/ m 距/ m 深度/ m点数/个 直径/ m m 距巷口 691 m44202.5303001.2距巷口 701 m202.84257 图图5观测系统布置观测系统布置 Fig. 5 Observation system layout 3 . 3 数据处理 为了确保工作面的合理煤柱的留设以及确保矿 井的安全生产， 采 用S H槽波的超前勘探方法对已 经揭露的3 个断层进行探测,探测是否延伸到下一 工作面， 数据处理结果如图6 所示Q 图图6数据处理结果数据处理结果 Fig. 6 Data processing results 由图6 可知工作面有1 个近似冲刷带的无煤 区， 然而此无煤区一直延伸并相交于落差20 m的大 断层且存在多个陷落柱， 在相交区域地震波反射不 明显,然而从该矿的2102回风巷方向分析,通过相 交区后， 有较为明显的反射信号， 从信号分析可知, 存在断层， 断层落差小于20 m,并且衍生有另一个 落差较小的断层。因此， 判断已经揭露的3 个断层 为同一断层， 并且已经延伸到下一备采工作面， 应该 加大煤柱的留设。 4结论4结论 1 该矿煤层具有良好的槽导性与波导特性， 采用S H槽波的超前勘探是可行的3 2 该矿已经揭露的3 个断层为同|断层， 并 且已经延伸到下一备采工作面， 应该加大煤柱的留 设。 参考文献（References [1 ] 丁卫.基于S H槽波釆空区探测技术研究[J ] .中州煤炭， 2016 10 128-132. 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