矿井巷道震波超前探测技术在煤矿的应用研究.pdf

煤矿现代化 2 0 1 2 年第3 期 总第1 0 8 1 概 况 矿井巷道震波超前探测技术在煤矿的应用研究 李小雷 【 鹤壁 中泰矿业有限公 司。河南 鹤壁 4 5 8 0 1 0 摘要查清掘进工作面前方的地质构造， 特别是 断层、 陷落柱、 采空区、 岩溶等灾害性 构造情况， 直接关系到生产安全与现场人员的生命安全。 针对我矿深部地 区地质勘探程度不 够这一情况，本文通过K D Z 1 1 1 4 6 B 3 0 这一高端智能型地震勘探仪器在我矿深部地区的应 用为例， 寻找能有效提高地质探测的深度、 准确度和矿井地质预测预报水平的物探手段。 关键词震波超前探测技术； 物探手段 ； 波阻抗差异 ； 预测预报 中图分类号 T D1 6 6 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 9 0 7 9 7 2 0 1 2 0 3 0 0 3 4 0 2 1 ． 1 煤层特征 4 2 0 2底抽巷位于中泰矿业四水平二采区。四二 采区主要煤层为古生界二叠系山西组二 1 煤层。 该煤 层为我矿的主要可采煤层 ， 该区煤层走向 N E 6 9 。 一 S E 1 4 7 。 ，倾 向 N W2 1 。 ～N E 5 7 。 ，倾 角 8 。 ～ 2 1 。， 根据钻孔煤厚资料分析， 平均厚度 7 ．7 8 m。 煤层 夹矸厚 0 ． 1 50 ． 4 7 m， 平均 0 ． 2 4 m， 属稳定型复杂构造 煤层 。煤层结构为 6 ． 0 9 0 ． 2 4 1 ． 6 9 m。 1 ． 2煤层顶底板 伪顶 黑 色泥岩 ， 里面含 大量植物茎 部化石 及 白云母碎片 ， 厚度 0 ． 3 0 ． 5 m。 直接顶 黑 色砂质泥 岩 ， 里面含 大量 植物茎 部 化石及 白云母碎片 ， 厚 1 ． 3 2 6 ． 3 7 m， 平均 3 ． 4 9 m， 普 氏硬度系数 f _ 6 ． 3 7 。 老顶 灰色 中粒砂岩 ， 以石英 为主 ， 暗黑色矿物 次之 ， 具斜层理 ， 钙质胶结。厚 3 ． 2 4～8 ． 1 7 m， 平均厚 度 6 ． 9 7 m， 普氏硬度系数 f - 1 0 ． 5 。 直接底 灰黑色砂 质泥岩 ， 含 沙量 由上 而下逐 渐增多 ， 厚 0 ． 6 97 ． 3 5 m， 平均厚 3 ． 3 4 m。 老底 灰黑色 中、 上部为细粒 砂岩 ， 向下逐渐 为 中粒砂岩 ， 含较 多的暗色矿 物及 白云母 碎片 ， 钙 质 胶结 ， 厚 4 ． 2 5～8 ． 2 7米 ， 平均厚 5 ． 7 m。 4 2 0 2底抽巷位 于二 1 煤层下方 1 5～2 5 m， 巷道 周 围岩石为细砂岩 。为 了探测 4 2 0 2底抽巷前方 的 地质构造情况 ， 特进行本次探测工作 。 2 MS P技术原理 M S P技术基于反射波地震勘探原理， 利用在巷 道或 隧道 围岩 内以排列方式激发人工地震 波 即弹 性波 ， 在向三维空间的传播过程中， 遇到波阻抗界 面 即地质岩性变化的界面 、 构造破碎带 、 岩溶发育 带等 将会发生 弹性波 的反 射现象 ， 这 种反射波被 安置在巷道或 隧道 围岩 内的检波器接收下来 ， 通 过 数据处理从中拾取掌子面前方的反射波信息。通过 相应 的 MS P解析软件处理 ， 可 以获得反 映井巷工作 面前方 的 P波 、 S H波 、 S V波 的时间剖面 、深度偏移 剖面 、 提取 的反射层 、 岩石物理力学参数 、 各反射层 能量大小等成果， 以及反射层在探测范围内德二维 或三维空间分布。并根据反射波的组合特征及其动 力学特征 、 岩石物理力学参数等资料来解 释地质体 的性质 底层 的软弱 、 破碎带 、 断层 、 节理裂隙、 含 水、 围岩类别等等 。 我矿现用 的超前预报探测手段主要有 钻孔探 测 直接 和地球物理探测 间接 ， 钻孔探测作为最 常用 的探测手段 ， 存在成本高 ， 探测范围小 ， 影响巷 道施 工等缺点 ； 在物 理探测方 面 ， 虽然与钻 孔探测 相 比较有成本低 ， 探 测范 围广 的优点 ， 但 是在我矿 的使用水平却未能达到相应的高度，根据实际需 要 ，考 虑 各 方 面 因素 ，最 终 我 矿 决 定 采 用 K D Z 1 1 1 4 6 B 3 0型地震勘探仪器 ， 研究 MS P技术 ， 从 而找到适合生产实际需要 的探测手段。 3 井下探测 工作 3 ． 1 探测仪器 本次探测工作采用的仪器是 K D Z 1 1 1 4 6 B 3 0矿 井 巷道地质探测仪 ， 它是 由福州华虹智 能科技 开发 公 司研制的一款专用型仪器产品。该仪器采用先进 电子技术与嵌入式操作系统， 保证了地震数据的高 保 证获取 ， 同时配有专业 的数据处 理平 台 ， 提 供 了 丰富 的地震 数据 管理 、 显示和核心处理功能 。该仪 器电池总容量规格为 7 ． 2 V 0 0 0 mA h 。电池额定 电压 为 7 ． 2 V，最大开路 电压 为 9 ． 6 V，最大短路 电流为 3 ． 8 A。仪器输入信号道为六道。 3 ． 2探测方法 3 4 煤矿 现代1 『 匕 2 0 1 2 年第3 期 怨弟1 0 8 期 本次探 测采用 的探测布置 方法是 双检 同侧后 置法 见图 1 。此方法 的布置方法是两检波器布置 在同一侧 一般都布置在左帮 ， 检波器间距为 1 ．0 米 ，检 波器钻 孔垂 直于巷道 帮壁 、与水 平夹 角成 1 O 。， 且钻孔深 1 ．5 m 。 各震源点依次布置在前方， 偏 移距为 1 ．5 m， 相邻震源点间距为 1 ． 0 m。 本次探测使用锤击方式激发地震波。 m 『1 广 a t - 。 - j - 。 t It 昔 It I t ■ ■ ≈ It ■ ■ ． ／ 一 、、 ＼ 省 l垄 塑 童 塑 l 平面图 断面图 图 1 4 2 0 2底抽 巷超前探测 布置图 4 探 测结果分 析 4 ． 1 震波超前探测数据的分析与评价 本次探测期间， 能影响探测效果的因素有如下 几个方面 1 巷道两帮的壁龛会影响实验结果 ， 我们把 检波器点和震源点布置得高于壁龛的高度 ； 2 巷道 的支 护方式是锚 喷支护 ， 锤击 震源点 时影响震波的传递， 我们尽量锤击在锚杆上； 3 检波器若不能与钻孑 L 接触 良好 ， 检波器接 收的信号也会受到影响， 我们已反复验证 ； 4 锤击震源 点时 ， 力度要 强 ， 岩壁接触时间要 短 ， 且 一次锤击 只能接触一下 ， 这样 就不会影 响震 波 的接收 ， 工作 时 ， 我们 已反复锤击震 源点 ， 努力取 得最明显的信号； 分析结果时 ， 要根据实际情况 ， 剔除不利的影 响 因素。 4 ． 2 探测成果 利用专用软件处理出来的结果如图 2和图 3 所示 。从两 幅图上可 以看出 ， 巷道掌子面前方有两 处异 常界面。 图 2 4 2 0 2底抽 巷震波超前探 测成果 图 1 异 常界面在掌子面前方 1 0 m范 围内 即 A 2 9 测点前 4 9 5 9 m ， 此处靠近掌子面 ， 可能为掌子面 的界 面 ， 被反映到图上； 也可能是一个断层。 2 异常界面在掌子面前方 5 6 6 6 m范围内 即 A2 9测点前 1 0 5 ～ 1 1 5 m ， 此处很可能为一断层 。 3 5 _ 和 ■ 7 图 3 4 2 0 2底抽巷震 波超前探 测成 果二维视 图 4 ． 3 探测结果验证 l 异常界 面已经验证 ， 在 A 2 9测点前 5 4 ． 7 m处 确实有一条断层。2 异常界面还有待验证。具体情 况 ， 由于该仪器 的在我矿处 于初 步应用 阶段 ， 现场 数据收集与分析存在不足， 需根据实际情况对物探 结果进行验证 。 从本 次探测结 果与实 际揭露 情况可 以看 出震 波超前探测技术准确度是挺高的。 5 结论 1 本次探测工作使用的 K D Z 1 1 1 4 6 B 3 0 矿井 巷道地质探测仪供电充足， 使用方便 ， 满足了 4 2 0 2 底抽巷的探测 工作 。本次探测到两处异常界面 ， 其 中 2 异常界面为断层 的可能性很 大 ，建议对其进 行打钻验证 ， 同时做好安全防范工作。 2 建议在今后的探测工作中， 工作人员尽量 在施工单位开挖壁龛前进行探测工作 壁龛对震波 的传播有影响 。 3 实际情况表明， M S P技术对巷道安全掘进 能起到很好 的指导作用 ， MS P系统 的推广与应用将 为我矿巷道掘进施工安全提供技术保障。 参考文献 【 1 】 刘盛 东， 郭立全， 张平松 ． 巷道前方地质构造 MS P 法超前探测技术与应用研究． 工程物理学报进展， 2 0 0 6 ， 6 3 4 2 8 - 4 4 2 ． 【2 】福州华虹智能科技开发有限公司． 矿井巷道地质 探测仪 用户使 用手册． [ 3 ] 吴建宇， 张创业． 平煤十二矿矿井震波超前探测技 术 MS P 应 用研 究． 2 0 1 0 ． 作者简介 李 小雷 1 9 8 4 一 ， 男 ， 河南省 温县人 ， 助 理工程 师， 现为河南理工大学在职安全工程硕士。现从事地 测技术管理工作。 、 收稿 日期 2 0 1 2 2 1 1