李村煤矿1302运输巷超前地震探测.pdf

收稿日期２０１８􀆽 ０８􀆽 ２８ 作者简介何晓天１９８７ － ꎬ男ꎬ山西长治人ꎬ助理工程师ꎬ从事煤矿地质测量工作ꎮ ｄｏｉ１０. ３９６９/ ｊ. ｉｓｓｎ. １００５ －２７９８. ２０１９. ０７. ０１４ 李村煤矿 １３０２ 运输巷超前地震探测 何晓天 潞安集团 李村煤矿ꎬ山西 长治 ０４６６００ 摘 要李村煤矿在 １３０２ 工作面运输巷掘进过程中ꎬ为查明巷道掘进前方可能存在的地质异常ꎬ利用地震 超前探测的方法对巷道进行了超前探测ꎬ并通过探测成果所显示的异常反射界面判断巷道掘进前方是否 可能存在地质异常情况ꎬ为巷道后续的钻探验证提供了依据ꎬ对矿井安全生产有一定指导意义ꎮ 关键词超前地震探测ꎻ地震反射偏移ꎻ震波超前探测ꎻ异常反射区 中图分类号Ｐ６３１ 文献标识码Ｂ 文章编号１００５􀆽 ２７９８２０１９０７􀆽 ００４７􀆽 ０２ １ 工程概况 １. １ 工作面概况 李村煤矿 １３０２ 工作面位于井田东部ꎬ开采 ３ 号 煤层ꎬ煤层平均厚度约 ５. ０ ｍꎬ倾角约 ９ꎮ ３ 号煤层 位于山西组地层中下部ꎬ该区域总体形态是东高西 低的单斜构造ꎬ在此基础上发育有次一级的褶曲构 造ꎮ １３０２ 运输巷目前掘进里程为 ５６０ ｍꎬ为全煤巷 道ꎮ １. ２ 探测目的 １３０２ 运输巷为 １３０２ 回采工作面服务ꎬ根据相 邻巷道实际揭露情况及相关地质资料推测目前工 作面掘进前方约８０ ｍ 将进入原始沉积变薄区ꎬ该变 薄区边缘煤层厚度变化剧烈ꎬ同时瓦斯含量变化较 大ꎬ局部应力集中ꎬ易产生断层等次生构造ꎬ为巷道 下一步掘进及工作面的回采带来巨大隐患ꎬ所以为 查明巷道掘进前方可能存在的地质异常ꎬ现利用矿 井地震超前探测法进行超前探测ꎮ ２ 探测方法及原理 ２. １ 探测方法 探测位于 １３０２ 工作面运输巷 ５６０ ｍ 处掘进迎 头ꎬ利用振波超前探测及地震反射偏移法ꎬ地震偏移 设计 ６ 道接收ꎬ道间距 １ ｍꎬ利用巷道的两帮ꎬ每个 侧帮设置 ６６ 个锤击点ꎬ对应不同的炮检距ꎬ每个侧 帮探测采集数据点数为 ３９６ 道地震道ꎬ两侧帮共采 集 ７９２ 道数据ꎬ见表 １ꎮ 为了保证数据采集的质量ꎬ现场施工严格按照 矿山地震行业标准进行ꎮ 在进行地震探测资料分析 解释时以反射波能量强弱判断前方异常构造情况ꎬ 颜色越深ꎬ代表该区域反射能量越强ꎬ表明该处存在 较明显异常反射界面ꎬ结合现场地质资料进行分析 推断ꎬ判断该异常界面的性质ꎮ 表 １ 现场探测工作量 探测地点探测方法 采集方法 有效次数 采集物理点数 １３０２ 工作面 运输巷 ５６０ ｍ 处掘进迎头 地震反射偏移 法 ＋ 震波超前 探测 ＭＳＰ 法 左帮 ６ 道接收ꎬ ６６ 个锤击点ꎮ 右帮 ６ 道接收ꎬ ６６ 个锤击点ꎮ ７９２ 道地 震数据 ２. ２ 震波超前探测原理 矿井地震预测ＭＳＰ － Ｍｉｎｅ Ｓｅｉｓｍｉｃ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ 是利用地震波在巷道前方遇到不均匀地质体波阻 抗差时会反射的原理ꎬ对巷道前方的地质条件和 水文地质条带进行检测的一种方法ꎮ 爆破/ 锤击点 通常沿巷道底板并平行于左右侧的直线布置ꎬ从 而制造一系列规则布置的光源以形成地震剖面ꎮ 当 地震波在传播过程中遇到断裂面、节理发育ꎬ尤其是 喀斯特溶洞、潜藏的河流、陷落柱、冲刷带等构造界 面和不良界面时ꎬ会产生反射波ꎮ 图 １ 是 ＭＳＰ 法勘 探原理示意ꎮ ２. ３ 地震反射偏移原理 根据勘探目的ꎬ应在巷道的左右两侧设置激发 点ꎬ并采用地震扫描方法进行检测ꎮ 利用有效的相 位对比和跟踪得到反射界面的位置和厚度之间的关 系ꎮ 根据反射波勘探原理ꎬ利用单轨、多通道叠加小 步向前偏移观测系统ꎬ见图 ２ꎮ 该技术是利用不同介质在波阻抗上的差异ꎬ在 波阻抗分界面上满足斯奈尔定理反射发生ꎮ 地震的 原始记录是关于激发接收点和反射相位的空间位置 的时间信息ꎬ如图 ３ 所示ꎮ 这些原始记录中的反射 相位一般不直接反映地下地质体在时域中的实际形 ７４ 实实用用技技术术 总第 ２３９ 期 状ꎬ如在共炮点聚集的水平层反射ꎮ 相位在时域上 是弯曲的ꎬ因此在原始记录的后续处理中有必要将 反射波投射回反射界面ꎮ 在反射过程中ꎬ应消除传 播的影响ꎬ如衰减和扩散ꎮ 最后ꎬ反映实际地下反射 界面的地震记录可以正确定位ꎮ 图 １ ＭＳＰ 法勘探原理示意 图 ２ 反射共偏移观测系统原理 Ｐｒｅｓｔａｃｋ ｒａｙ 偏移可以在公共中心点或共炮点 集合中进行ꎮ 在输出部分上确定发射点 Ｓ 和接收点 Ｒｉꎮ 把 Ｓ 定为焦点ꎬ计算出椭圆线路的长度ꎬ布置椭 圆轨迹振幅ꎮ 对记录上的所有值重复上述步骤ꎬ并 在同一点上叠加振幅ꎮ 如图 ４ꎬ波的传播路径射 线表明包络与真实反射界面完全一致ꎮ 图 ３ 脉冲椭圆响应示意 图 ４ 共接收点记录的射线偏移过程 ３ 现场探测布置 １３０２ 工作面运输巷为煤巷ꎬ煤层厚度在 ５ ｍ 左 右ꎬ采用综掘机掘进ꎮ 由于现场工作面煤层较松散 且煤块堆积ꎬ场地两侧都向后靠 ２ ｍ 布置地震线ꎮ 现场布置 ６ 道检波器采集数据ꎬ此 ６ 道检波器 组成接收阵列ꎬ自迎头往后间隔２ ｍ 布置锤击点ꎬ通 过在巷道侧帮激发弹性波ꎬ利用 ６ 道检波器接收来 自巷道前方、侧帮以及顶底板的反射波ꎬ通过相应算 法提取、放大前方反射波组能量得到巷道前方的主 要异常构造界面的反射ꎬ见图 ５ꎮ 图 ５ 地震 ＭＳＰ 超前偏移现场探测示意 ４ 探测结果 此次探测迎头是全煤ꎬ两帮是锚链网梯子梁支 护ꎬ迎头煤层比较松散ꎬ现场是靠迎头后方２ ｍ 处布 置测线ꎮ 煤岩体中偏移平均速度为 ３. ５ ｍ/ ｍｓꎬ利用 地震波反射成图ꎬ结合现有地质资料ꎬ对本次前方探 测区域内的异常反射区域情况进行分析如下 ＦＹ１位于巷道前方 ７０ ７３ ｍ 之间ꎬ此区域反 射波组的能量波动较明显ꎬ可能是由于巷道前方地 质异常的影响ꎬ见图 ６ꎮ 图 ６ 地震超前探测结果 本次探查主要有下转第 ９３ 页 ８４ ２０１９ 年７ 月 何晓天李村煤矿１３０２ 运输巷超前地震探测 第２８ 卷第７ 期 水氟化物浓度为 ２. １ ｍｇ/ Ｌꎬ出水氟化物浓度为 １. ２３ ｍｇ/ Ｌꎬ去除效率为 ４１. ４％ꎮ 该出水水质不能 达到地表水环境质量标准中Ⅲ类水标准中氟化 物≤１ ｍｇ/ Ｌ 的标准要求ꎮ 经过以上两次实验对比ꎬ我们得知增加石灰使 用量可以提高矿井水中氟化物的去除效率ꎮ 因此我 们决定再次增加石灰的使用量进行第三次实验ꎮ 第三次实验针对 １００ ｍ３含氟矿井水ꎬ添加石 灰 ８ ０００ ｇ 作为除氟使用量ꎬ通过 ３６ ｈ 运行后ꎬ委托 地方监测机构对该矿井水进出水进行采样监测ꎬ入 水氟化物浓度为 ２. ２３ ｍｇ/ Ｌꎬ出水氟化物浓度为 ０. ６４２ ｍｇ/ Ｌꎬ去除效率为 ７１. ２％ꎮ 该出水水质能达 到地表水环境质量标准中Ⅲ类水标准中氟化物 ≤１ ｍｇ/ Ｌ的标准要求ꎮ 通过以上实验得出ꎬ五阳煤矿矿井水除氟采用 石灰混合溶液除氟工艺ꎬ在石灰使用量在８ ０００ ｇ 时 对 １００ ｍ３含氟为 ２. ２３ ｍｇ/ Ｌ 矿井水处理效果明显ꎬ 去除效率达到 ７１. ２％ꎮ 在日常处理过程中以 ８ ０００ ｇ 对 １００ ｍ３矿井水 做为处理石灰药剂添加量ꎬ多次监测出水均能达到 地表水环境质量标准 中Ⅲ类水标准中氟化物 ≤１ ｍｇ/ Ｌ 的 标 准 要 求ꎮ 处 理 １ ｍ３成 本 约 为 ０. ０５ 元ꎮ ２ 对 比 通过对以上 ３ 种矿井水中氟化物去除工艺的对 比ꎬ得出使用熟石灰混合溶液除氟工艺去除浓度小 于３ ｍｇ/ Ｌ 氟化物的矿井水时效果明显ꎬ吨水成本较 炭基磷石除氟滤池工艺低许多ꎬ约为炭基磷石除氟 滤池工艺的 １/８ꎬ约节省 ３９５ 万元ꎮ 吨水成本使用 熟石灰混合溶液约为使用聚合氯化铝的 １/５ꎮ 所以 采用石灰混合溶液除氟工艺是一种操作简捷、投资 及运行成本低的矿井水除氟工艺ꎮ ３ 结 语 随着矿井发展的需要ꎬ矿井水的水质随着开采 过程的变化而变化ꎬ矿井水中含氟化物超过地表 水环境质量标准中Ⅲ类水标准中氟化物≤１ ｍｇ/ Ｌ 的标准现象随时可见ꎬ采用石灰混合溶液除氟工艺 在矿井水中的应用具有重大的意义ꎮ 参考文献 [１] 王而力ꎬ钱凤国ꎬ张玉琴. 用混凝剂去除矿井水中氟化 物的实验研究[Ｊ]. 环境科技ꎬ１９９４ꎬ１４２２９ －３３. [２] 祁鲁梁ꎬ李永存ꎬ张 莉. 水处理药剂及材料实用手册 [Ｍ]. 北京中国石化出版社ꎬ２００６ . [３] 张自杰. 排水工程[Ｍ]. 北京中国建筑工业出版社ꎬ ２０００. [责任编辑 常丽芳] 􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠 􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂 􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠􀤠 上接第 ４８ 页１ 个异常反射区域 ＦＹ１ꎮ 由于靠近 巷道迎头附近受到巷道迎头绕射波叠加影响ꎬ该绕 射波的叠加影响有可能增强或者削弱迎头周边附近 正常的反射波组ꎬ因此在此次探测结果中迎头前方 ０ ２０ ｍ 之间也出现一些反射波分布区域ꎮ 目前应主要对 ＦＹ１开展相应钻探验证工作ꎬ确 定异常反射界面性质ꎬ并在掘进施工靠近这些异常 反射构造界面之前需注意加强观察ꎮ ５ 结 语 本次应用地震超前探测手段进行前方地质异常 探查ꎬ数据采集、资料处理及解释方法正确ꎬ参数选 择合理ꎻ资料解释结合了勘探巷道地质特征ꎬ了解了 该巷道前方可能存在的地质异常区域ꎬ为后续的钻 探验证提供了依据ꎬ对矿井的安全生产有指导意义ꎮ [责任编辑 常丽芳] ３９ ２０１９ 年 ７ 月 王 飞石灰混合溶液除氟工艺在矿井水中的应用技术探讨 第 ２８ 卷第 ７ 期