震波反射在超前探测断层中的应用.pdf

2 0 0 7年2 4卷 7 0 贵 州 地 质 GU I Z H0 U GE 0L 0GY V o k 2 4 N o ． 1 T o 1 ． 9 0 2 0 0 7 第 1 期 总第 9 o 期 震波反射在超前探测断层 中的应用 丁 宽 大同煤矿集团公司煤矿生产管理分公司，山西大同0 3 7 0 0 3 [ 摘要]震波在岩层中传播，当遇到岩层 中有断层面时震波会被反射，利用这一原理，采 用 K D Z 1 1 1 4 3型便携式智能矿 井探测仪将反射波接收并进行解析 ，得到反射界面 断层面 到探测起始位置的距离， 进而确定掘进工作面前方什么位置有构造出现。这种技术比较先进， 信息处理速度快 ，结果准确，方便适用。可推广使用。这种方法在探测四台矿 8 7 0 3工作面两 巷断层的应用 中得到 了证 实。 [ 关键词 ]震波；反射 ；探测；断层 ；应用 [ 中图分类号]P 6 1 8 ． 1 l [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 0 5 9 4 3 2 0 0 7 0 1 0 0 7 0一 o 4 1 工程概 况 同煤集团公司四台矿是年设计能力 5 0 0 万吨 的大型矿井 ，1 9 9 2年投产。生产管理中将科学 的管理方法和先进的技术作为重点向各专业领域 深化。在井巷地质构造预测预报工作中，采用震 波物探比较成功。结合已有构造资料，给巷道设 计和工作面布置提供 了科学的指导依据。 1 1 层 8 7 0 3工作面 5 7 0 3巷和 2 7 0 3巷分别于 2 0 0 5年 8月和 2 0 0 5年 1 2月开工掘进。1 1 层 8 7 0 1 工作面 2 7 0 1 巷于 2 0 0 5年 1 1 月开工掘进。 5 7 0 3巷和 2 7 0 3巷两 巷从 已揭露 的断层 资料 分 析，尽管两条巷道相距 2 0 0 m，但所见断层差别 较大。在 2 7 0 3巷掘进至4 0 0 m时，根据 5 7 0 3巷 施工所揭露 的断层 推测 2 7 0 3巷前方很可能会有 从 5 7 0 3 巷延伸过来 的断层出现，位置如图 1 。 1 1 层 2 7 0 1 巷掘进至 4 5 0 m时，推测前方很可能 会有以前三维物探资料所显示的断层出现，位置 如图 1 。为了预先查明2 7 0 3 巷和2 7 0 1 巷施工前 方断层情况，因此，我们采用 K D Z 1 1 1 4 3 型便 携式智能矿井探测仪，进行超前探测 2 7 0 3巷和 图 1 推测断层位置示意图 F i g ． 1 P o s i t i o n o f t h e p r e d i c t i n g f a u l t s 2 7 0 1 巷前方地质构造情况。 2 探测原理 震波在煤或岩石中传播，当遇到有断层面 时，就会发生反射，反射波的信号被 K D Z 1 1 1 4 3 型便携式智能矿井探测仪接收，然后解析并 确定反射界面距接收点的距离。最后确定构造面 的位置。波路图如图2 。时距曲线表达式为 t O AA S／ V2 f x ／ 2 ] ／ V [ 收稿 日期]2 0 0 7 一 o 1 2 5 [ 作者简介]丁宽 1 9 6 6一 ， 男，学士，工程师．研究方向 煤矿地质。 维普资讯 第 1 期 丁宽震波反射在超前探测断层中的应用 7 l A 图 2 震波发射反射路线图 F i g ．2 R o u t e f o r p r o j e c t i n g a n d r e fl e c t i n g o f e a r th q u a k e wa v e 4 - 2 ／ 换算得到距离h t 俨 一 ～ ／ 2 ；式中各参数的含义为 t 一震波从震源 O发射后经反射点A反射到检波点s 所行走的时 间； 震波的传播速度；0 A 一 激发波行走路 程；A S 反射波行走路程； 一 震源与接收点的 距离； 一介质厚度 巷道迎头面与构造面的距 离减去检波孔与炮孔深度的平均值，可通过波形 解析得到 。 3 探测钻孑 L 布置 探测钻孔在巷道迎头面布置 ，顺着巷道前进 方 向打孔 ，孔径 4 2 ra m，检波器孔深为 2 m 以上 。 在其周边或一侧布置炮孔，炮孔深度 1 ． 5 m，炮 孔深度浅于检波器孔深度 ，炮孔离检波器孔距离 要求大于 1 ． 5 m。钻孔布置如图3 。 图3 探测钻孔位置参数示意图 Fi g ． 3 P o s i t i o n o f t h e s u r v e y i n g h o l e s an d p a r a me t e r s 4 探测解释情况 4 ． 1 探测方法 在检波器孔中装入滑块贴壁式传感器，传感 器装入孔深为 2 m以上的位置。炮孔中放人 5 0 g 炸药，进行激震，同时插一根锚杆，在其外端夹 上启动芯片，将芯片的两根线引出来，分别接到 仪器的启动线的大小片上，连接仪器。 主机采用 4道连接同一滑块贴壁式传感器 四个夹子都夹在同一传感器上 ，各道参数在 频带和增益上有所不同。 仪器工作方式为用户探测4道工作，采样 间隔 2 0 0 s ，采样点数 l 0 2 4 ，超前采样 2 O个 点；进行数据采集， 4道参数如表 1 。 表 1 道参数 Ta b l e1 P a r a me t e rs o f c h an n e l s 4 ． 2 探测波形曲线及解释结果 探测波形曲线及解释结果如图4 、图5 、图 6 、图 7 。 1 ．单道解释成果 Z O． 0 4 0． 0 6 0． 0 ∞ ． 0 l ∞ ． 0 图4 1 1 层 2 7 0 3巷探测断层单道解释结果 F j g ．4 O n l y c h ann e l 8 l l a Iy s i s res u l t f o r s u r v e y i n g f a u l t s i n No ． 2 7 0 3 t u nn e l i n No ． 1 1 c o a l b e d 根据波形曲线解释，只要存在岩性差别、断 层破裂面、大的裂隙面等异常现象，在波形曲线 图上均能解释出来。例如图4 ，从波形中可以看 出有 3处明显的变化 ，图中箭头所指的位置 ，说 明震波在 3个地方有强烈 的反射，判定为断层 出 现位置。图 5 、图6 、图7所反应的信息与图 3 类似，这里不作累述。经过仪器解析得到的平均 距离在 表 2和表 3中显示 于 “ 探 测距 离” 一 栏 内。 探测位置2 7 0 3巷 2 O 点前 1 5 1 ． 6 m处，探 测所得解释界面离探测位置分别是1 4 ． 8 8 m、 3 8 ． 1 2 m和 9 1 ． 3 2 m。2 7 0 1 巷 点前 3 9 4 ． 5 m处 ， 探测所得解释界 面离探测位置是 9 7 ． 0 4 m。 维普资讯 7 2 贵州地质 2 0 0 7年第2 4卷 2 ． 多道波形 资料 0． ∞ z 。． ∞ 舶 ． ∞ 6 。． ∞ ∞ ． ∞ 断层出现的位置 图5 1 1 支2 7 0 3巷探测断层多道解释结果 Fi g ． 5 Mo r e c h a n n e l a n a 1 y 8 i 8 res u l t f o r s u r v e y i n g f a u l t s i n No ． 2 7 0 3 t u n n e l i n No ． 1 1 c o a l b e d 图6 1 1 层 2 7 0 1 巷探测断层单道解释结果 Fi g ．6 On l y c h a n n e l a n a 1 y 8 i 8 res u lt f o r s u rve y i n g f a u l t s i n No ． 2 7 01 t u n n e li nNo ． 1 1 e O al b ed 2 ．多道波形资料 o． ∞ ．5 0． ∞ I O O． ∞i s 。． ∞Z ∞． ∞ 【 ． ⋯． }』l 柚 酬 梆 酬 柚 醐删 一 ’ } ⋯ ． ． ‘ 。 ‘ “ ‘ I 【 } ‘ ． 【 1 ． 缸 l。 ‘ f 图7 1 1 层 2 7 0 1 巷探测断层多道解释结果 F i g ． 7 Mo re c h a n n e l a n a l y s i s r e s u l t f o r s u rve y i n g f a u l t s i n N0 ． 2 7 0 1 t u n n e l i n No ． 1 1 c o a l b ed 5 巷道揭露后的实测情况 5 ． 1 实测情况 巷道揭露后，对构造位置进行了实测，如图 8 ，在 2 7 0 3巷从探测位置起前方 1 4 ． 9 m处见 落差 2 ． 0 m的断层；前方 3 4 ． 0 m处见落差 1 ． 9 m 的断层；前方 8 9 ． 2 m处见落差 1 ． 2 m的断层。在 2 7 0 1 巷从探测位置起前方 9 8 ． 5 m处见落差 9 ． 5 m 的断层。 5 ． 2 对 比说明 断层出现位置从探测面起算预计距离、探测 距离和实测距离对比见表 2和表3 ，从表中可以 看出正相对误差最大 1 2 ． 1 2 ％，负相对误差最大 2 ． 3 8 ％，不超过 1 5 ％，误差很 小，说 明探 测 准确。 1 1 层2 7 0 1 实 测断 层位 置 图8 实测断层位置示意图 F i g ． 8 Po s i t i o n o ft h e me a s u r i n g f a u l t s 表 2 2 7 0 3 巷 预计 、探 测、实测对 比表 T a b l e 2 C o mp a ri n g f o r P r e d i c t i n g ，S u rve yin g a n d Me a s u r i n g i n N o． 2 7 0 3 Tu nn e l 表 3 2 7 0 1巷预计 、探 测、实测 对比表 T ab l e 3 Co mp a r i n g f o r P r e d i c t i n g，S u rve y i n g an d Me a s u r i n g i n No ． 2 7 0 3 Tu n n e l 预计距离 1 1 1 ． 5 0 探测距离 1 1 1 ． 实测距离 1 1 1 ． 绝对误差 1 1 1 ． 相对误差 ％ 9 7 ． 0 4 9 8 ． 5 1 ． 46 一 一 一 维普资讯 第 1 期 丁宽 震波反射在超前探测断层中的应用 7 3 6探测结论 1 利用震波在岩层中传播时遇到岩层中 的断层 面后会 发 生反射 波这 一原 理，采 用 K D Z I I 1 4 3 型便携式智能矿井探测仪将反射波 接收并进行解析，可得到反射界面 断层面 到探测起始位置的距离， 进而确定巷道掘进工作 面前方什么位置出现有构造。 2 从本次探测来看 ，这种技术 比较先进 ， 方便适用，使用 K D Z 1 1 1 4 3型便携式智能矿井 探测仪， 操作方便快捷， 信息处理速度快，结果 准确 。可推广使用。 [ 参 考 文 献] [ 1 ] 矿井地质与水文地质教材编写组 ． 矿井地质与水文 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] 地质 [ M ]． 北京煤炭工业出版社 ，1 9 7 9 ． 王锡仁 ．煤田物探 [ M]．辽宁阜新矿业学院出版 社 ． 1 9 8 5 ． 杨双安 ，等． 矿井煤田三维地震勘探技术的应用及发展 前景 [ J ]． 物探与化探， 2 0 0 4 ，2 8 6 5 0 0- 5 0 3． 时 晗 ． 综合物探方法在巨厚覆盖层地区勘查地下导水断 裂的应用实例 [ J ]．水文地质工程地质，2 0 0 5 ，2 0 6 5 1 0 11 0 3． 潘彤，周录维 ，等． 物探方法在青海都兰地区督冷沟异 常查证 中的应用[ J ]．地 质与勘探，2 0 0 4 ，0 4 1 8 2 0 ． 徐明才，高景华 ． 地面地震层析成像和高分辨率地震联 合勘探技术 [ J ]．地质与勘探，2 0 0 5 。 043 7 4 0 ． Ap p l i c a t i o n o f S e i s mi c Re fle c t i o n W a v e f o r Fo r wa r d Pr e d i c t i o n o f t h e Fa u l t s D G Ku a n C o a l Mi n e Ma n a g i n g B r a n c h o fD a t o n g Mi n i n g I n d u s t r y G r o u p C o m p a n y ， D a t o n g 0 3 7 0 0 3 ， S h a n x i ， C h i n a [ Ab s t r a c t ] S e i s m i c w a v e d i s p e r s e d i n t h e r o c k c a n b e r e fl e c t e d b y t h e s u r f a c e o f the f a u l t a n d the n g e n e r - a t e r e fl e c t e d wa v e ．B y u s i n g KD Z1 1 1 43 p o r t a b l e i n t e l l i g e n t mi n e d e t e c t o r ，r e fl e c t e d wa v e i n r e c e p t i o n i s i n t e r p r e t e d f o r the i n f o r ma t i o n o f the w a v e ．S u b s e q u e n t l y the d i s t anc e f r o m t h e s u r v e y i n g s t a t i o n t o the s u r f a c e o f the f a u l t i s o b t a i n e d ．F i n a ll y ．the p l a c e wh e r e t h e g e o l o g i c a l c o n s t r u c t i o n a p p e a r s i n ma y b e d e t e rm i n e d ． i s k i n d o f t e c h n i q u e i s mo re a d v an c e d ．T h e s p e e d o f t r e a t i n g i n f o r ma t i o n i s f a s t a n d the r e s u l t i s a c c u r a t e ．Th i s t e c h n i q u e i s s u i t a b l e an d C an b e p o p u l a r i z e d i n the fi e l d o f g e o l o g y ．卟 i s me tho d wa s c o n fi rm e d b y the c a s e o n s u rve y i n g t } I e f a u l t s i n t w o t u n n e l s o f t } I e 8 7 0 3 wo r k i n g s u r f a c e i n N 0 ． 1 l c o a l b e d i n S i t a i c o a l mi n e ． [ K e y wo r d ] s e i s m i c w a v e ； re fl e c t i o n ； d e t e c t i o n ； f a u l t ； u s e 维普资讯