震波探测技术在煤巷超前探测中的应用.pdf

182017 年第 7 期 震波探测技术在煤巷超前探测中的应用 杨 雷 （潞安集团司马煤业有限公司 , 山西 长治 047100） 摘 要 司马矿应用震波探测仪对掘进巷道进行超前地质构造探测，并进行数据采集、处理、成图与解释，结合工作面 实际揭露等情况，进行验证对比，结果说明，震波探测仪探测具有清晰明了等突出优点，解析精度高，是解决矿井超前探 测地质构造，进行预测和预报的有效方法。 关键词 煤巷 超前 探测 应用 中图分类号 P631.4 ;TD166 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2017.07.008 Shock wave detection technology in the application of the advanced detection in coal roadway Yang Lei Luan Group Sima Coal Co. Ltd ,Shanxi Changzhi 047100 Abstract Seismic wave detector was use to detect the geological structure in advance in Sima mine,by data acquisition, processing, mapping and interpretation, combined with the actual situation of working face exposed, contrasted, the results show that the wave detector has clear outstanding advantages such as high precision, resolution, and is effective for solving the problem of advanced detection of mine geological structure ,prediction and forecast. Key words coal roadway advanced detection application 收稿日期 2017-02-27 作者简介 杨雷（1987-），男，河南滑县人，本科，毕业于河 南理工大学采矿工程专业，助理工程师。研究方向采掘。 在煤矿机械化开采过程中，会经常遇到较差的 （小断层、陷落柱等）地质条件 [1]。要保证顺利开 采，提前了解掌握区域地质构造很有必要。在煤矿 开采过程中，进行巷道超前探测操作，确定不利因 素 [2]。 震波探测仪具备独特的优势， 适用于巷道施工， 其低阻异常反应灵敏，抗干扰性强，可连续观测探 测区域，对观测到的断层区域进行精确圈定，为开 采提供技术保障，确保安全高效生产。目前，震波 探测仪广泛应用于含水断层等不良地质体施工过程 中，成效显著 [3]。 1 工程概况 潞 安 集 团 司 马 煤 业 三 采 区 轨 道 巷 顶 板 以 上 04.18m 为砂质泥岩，上部裂隙较为发育； 4.188.20m 为粉砂岩，砂质胶结、中间有细砂岩 夹层、岩层不完整；8.212.42m 为中砂岩，岩层 整体上呈灰白色，水平纹理，中间夹有大量的炭 质泥岩夹层，岩层不完整；12.4216.60m 为细砂 岩，岩层灰黑色，砂质胶结，较为致密，水平纹 理，中间有少量横向裂隙，岩层完整性相对较好； 16.6121.19m 为砂质泥岩和泥岩混曾，岩层黑色， 胶结疏松，裂隙发育。 本区巷道煤层直接充水含水层为山西组砂岩裂 隙含水层，本区域内含水层有弱赋水性。三采区轨 道巷掘进工作面内的水文地质构造简单，区域内煤 体结构同样简单，煤体呈现向西倾斜的现象，并且 煤体的底板呈现波浪形起伏变化，形成较小的倾斜 和背斜，在出现倾斜和背斜的交界处会产生煤层和 顶板的裂隙发育。 2 震波探测仪超前探测原理 震波探测仪，主要作用为观测巷道前方的地质 条件，做出准确圈定，具体观测的地质条件包括水 文、地质条件。震波探测仪利用了声波反射原理， 震波探测仪发出地震波，地震波在均匀介质中传播 时不会发生频率改变，而地下介质大多属于不均匀 地质，因此，地震波传播过程中会出现反射的现象。 震波依靠爆破的方式得到，爆破的位置采用预定位 置，爆破点的排列方式采用直线排列的方式，并且 192017 年第 7 期 与巷道底板平行，通过上述布置，可得到轻微震源， 该轻微震源有序排列，可认为地震断面。利用声波 反射原理，对煤矿中的不良地质体进行探测 [4]。 本次三采区轨道巷超前探测在迎头有限空间内 采用炸药震源展开，本次试验共布设震波主测线 9 条，布设加密震波测线 7 条，与震波主测线垂直分 别以 1km 和 2km 间距布设 8 条震波联络测线 [5]。 震波勘探法施工顺序规定如下第一道工序为主测 线，第二道工序为联络测线，第三道工序为加密测 线。三采区轨道巷现场测线布置过程中，24 炮激发 点炮孔、2 个检波点布置于巷道左帮；即 C1、C2， 具体布置见示意图 1。两个检波器的安防位置为示 意图1中C1、 C2点， C1、 C2点布置靠近轨道巷左帮， 两位置相距 5m。震源点共 24 处，均布置在巷道左 帮，沿巷道方向间距 2m。其中震波监测点 距离震 源 15m，震源点 距离巷道迎头 2m。 图 1 三采区轨道巷迎头超前探测布置示意图 数据采集方式为自动采集记录；采用震波探测 仪自带系统软件对震波探测仪所采集的数据进行编 辑、归纳、分析。为煤矿井下水文地质超前物探提 供了数据基础，为实现井下地质构造的预测提供技 术支持。 3 轨道巷震波超前探测数据分析 （1）根据轨道巷震波超前探测显示，三采区 轨道巷掘进工作面前方水文地质结构简单，前方地 质构造总体呈现东边高西边低，为西倾斜单一斜构 造，其倾向度为 ，倾角为 ，工作面内地质构造整 体平缓，但局部位置的底板呈现波浪形起伏变化， 工作面内部煤层及顶板裂隙发育，其中煤层构造疏 松。 （2）巷道掘进面内赋水区域较少，其巷道掘 进面赋水区涌水量最大为 20m3/h，最小为 5m3/h。 因此在该区域进行掘进工作时，要提前做好排水工 作，完善巷道内的排水设备，坚持“预测预报，有 疑必探，先探后掘，先治后采”的原则，保证三采 区轨道巷的安全、正常掘进。 （3）探测结果表明垂直应力为 6.65MPa，最 大水平主应力为 9.22 MPa。三采区轨道巷顶板以上 为砂质泥岩，上部裂隙较为发育，强度大部分集中 在 40 MPa 左右，平均为 38.22 MPa。 为粉砂岩， 强度大部分集中在 4060 MPa，部分强度峰值点为 粉砂岩中的细砂岩夹层强度，强度平均值为 59.09 MPa。 为中砂岩，其砂岩的强度为 71.43 MPa。工 作面内媒体的强度为 1015 MPa，煤体中裂隙较为 发育，完整性较差，强度平均值 10.97 MPa。 4 结论 震波超前探测仪用于矿井地下巷道超前地质探 测中是可行的，操作简单易行，解译结果直观易懂。 对三采区轨道巷迎头的探测，运用震波探测技 术探明异常区域构造发育情况、绘制剖面图分析， 及时对巷道施工方位进行科学修改，降低巷道掘进 不利因素的影响，达到巷道支护的目的。 【参考文献】 ［1］ 李玉才 . 矿井深部二维地震普查施工研究 [J]. 西 部探矿工程 ,20126. ［2］ 李怡 . 综合物探解释在地质构造研究中的实践与 认识 [D]. 成都理工大学，2014. ［3］ 裴尼松 . 探地雷达和 TSP 超前预报在隧道的综合 应用及分析研究 [D]. 成都理工大学 , 2010. ［4］ 程建远 , 李淅龙 , 张广忠 , 等 . 煤矿井下地震勘探 技术应用现状与发展展望 [J]. 勘探地球物理进展 , 20092. ［5］ 程建远 , 孙洪星 , 赵庆彪 , 等 . 老窑采空区的探测 技术与实例研究 [J]. 煤炭学报，20083 . （上接第 17 页） ［2］ 秦红星 , 戴广龙 , 汪家华 , 等 . 千米深井超长工 作面过断层期间防灭火技术 [J]. 煤矿安全 ,2015 （7）85-8790. ［3］ 颜龙 . 大采高俯采综采工作面过断层期间防灭火 综合技术应用 [J]. 科技信息，2013（21）419433. ［4］ 刘红哲 . 综采工作面过 F10 断层综合治理案例 [J]. 科协论坛 下半月 ,2012（10）24-25. 顶问题，选择合适的参数。 （3） 仰采过断层构造，对于防止煤壁片帮非 常不利，需要预先选择科学合理的方法，超前、主 动加固煤壁。 【参考书目】 ［1］ 李文格 . 晋华宫矿 8707 综采面过断层破碎带综合 治理技术 [J]. 煤矿开采 ,2015（1）41-44.