车寨矿井首采区三维地震勘探浅析_侯亚平.pdf

煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 1工程概况 西晋城兴唐煤业有限公司下属矿井车寨矿井地 跨沁水县胡底乡和泽州县下村镇， 位于沁水煤田的东 南部。 由以往地质资料可知， 该井田主要含 3 层煤， 其 中 3 煤层均厚为 5.35m， 9 煤层均厚为 0.91m， 15 煤层均厚为 3.53m， 井田内构造总体为一组宽缓的背 向斜。根据煤矿生产建设和安全的需要,为了查明车 寨矿井首采区内构造的控制情况， 现对车寨矿井首采 区进行地面勘探工作，本次三维地震勘探面积 5.106km2。 2三维地震勘探施工参数及精度的确定 2.1激发条件的确定[1] 高分辨率是三维地震勘探突出特点， 并且不同的 施工方法会对施工效率及勘探结果造成较大影响。 因 此为了得到更精确的结果， 在借鉴邻区三维地震勘探 的施工经验， 并分析其试验资料及生产资料后， 认为 影响本区的主要因素是激发条件， 所以主要针对不同 井深、 药量进行了充分的试验工作。最终确定激发条 件为 黄土中的孔深为 6～8m， 全部打到基岩面， 药量 为 1kg； 基岩出露区井深为 3m， 药量为 1kg； 坡积物区 井深为 3m，药量为 2kg，遇特殊情况无法成孔时挖 2m深坑， 药量为 1kg。 2.2观测系统及参数 综合考虑车寨矿井首采区的地形地貌、 目的层的 赋存深度、 构造等情况后， 设计本次观测系统为 8 线 8 炮端点放炮 56 道接收的束状规则，炮检距分布均 匀， 检波器使用自然频率 60Hz的高频检波器， 3 串组 合同坑埋置。所用仪器为 408UL三维数字地震仪， 该 仪器的工作道数为 448 道， 采样间隔 1ms， 频带宽度 为 0～512Hz， 前放增益为 12db。 2.3精度要求及平差检验[2] 2.3.1GPS网布设特点与施测 测区周围有国家Ⅱ等三角点武神山， Ⅳ等三角点 杨山和东岭，经检查标石保存完好，可以作为本区 GPS网施测的平面和高程起算数据。 起算点检查数据 如表 1 车寨矿井首采区三维地震勘探浅析 侯 亚 平 （山西晋城兴唐煤业有限公司 ， 山西 晋城 048000 ） 摘要 为了保证车寨矿井首采区的安全建设及采掘， 需对首采区内的构造进行控制。 现采用三维地 震勘探勘探技术对该矿井的首采区 5.106km2范围内进行地面勘探工作。 在确定激发条件等施工参数 后进行勘探作业， 发现勘探区地层总体为一走向近 NE， 倾向 NW， 倾角 2～12o的单斜构造， 在此基础 上发育次一级小褶曲 3 条； 断层 26 条， 长轴直径大于 25m的陷落柱 24 个。 此次勘探结果一定程度上 保证了首采区巷道掘进及工作面回采等安全作业。 关键词 地质勘探 ； 三维地震 ； 构造控制 中图分类号 P631.4 ; TD325.3文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 03- 0080- 04 Analysis of 3D seismic exploration in the first mining area of Chezhai Mine HOU Yaping （Shanxi JinchengXingTangCoal IndustryCo., Ltd. , Shanxi Jincheng 048000 ） Abstract In order to ensure the safe construction and mining ofthe first mining area ofthe Chezhai Mine, it is necessary to control the struc- ture in the first mining area. The 3D seismic exploration and exploration technology is used to conduct ground exploration work in the area of 5.106km2 in the first mining area ofthe mine. After determining the construction parameters such as the excitation conditions, the exploration operation is carried out. It is found that the strata in the exploration area are generally a single- inclined structure with a trend of near NE, a tendency ofNW and a dip angle of 2 to 12. On this basis, three sub- scale folds are developed; fault 26 Bars, 24 trap columns with a major axis diameter greater than 25 m. The results ofthis exploration have ensured safe operation such as roadwayexcavation and workingface min- ingin the first miningarea. Key words Geological exploration ; 3Dearthquake ; Construction control 80 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 表 1GPS 网施测的平面和高程起算数据 2.3.2精度要求及检验 本次使用南方测绘软件进行基线向量解算作业， 在基线解算后需及时进行闭合差检验。 GPS网同步环闭合差检验； 首先根据规范计算 GPS网标准差， 公式为 σa2bd2 ■ 式中 a 为误差要求， 取 10mm； b 为比例误差， 取 20ppm； d 为平均边长， 取 5.1km。 GPS网同步环闭合差要求 Wx≤n ■ /5*σ， Wy≤n■/5*σ， Wz≤ n ■ /5*σ。 GPS异步环闭合差检验的检验 Wx≤3n ■ /5*σ， Wx≤3n ■ /5*σ， Wx≤3n ■ /5*σ。 式中 n 为闭合环边数， σ 为相应级别规定的精 度。 复测基线的长度较差 ds 两两比较需满足下式的 规定ds≤22 ■σ。 GPS网平差 网平差采用中海达 GPS 软件进行，经过检验后 的基线全部用于网平差。 首先进行无约束平差， 平差后的精度为 X 方向最大中误差为 0.0014m （杨山 ） ； Y 方向最 大中误差为 0.0023m（杨山 ） ； H 高程最大中误差为 0.0021m（杨山） ；最弱边相对中误差为 1/207386 （E004→E007 ） 。 其次进行约束平差， 平差后的精度为 X 方向最大中误差为 0.0019m （杨山 ） ； Y 方向最 大中误差为 0.0028m（杨山 ） ； H 方向最大中误差为 0.0056m（E006 ） ；最弱边相对中误差为 1/102547 （E004→E007 ） 。 从以上精度看，满足规范和设计对 GPS 控制点 的精度要求。本区三维地震勘探测量工作共布置 E 级 GPS 点 10 个，共完成地震测线 16 束，总计测点 26893 个。 3三维地震勘探结果分析 3.1原始资料处理 本次车寨矿井首采区三维地震勘探所得原始资 料反射波信噪比较高， 初至波清晰， 总体品质优良。 在 借鉴参考其他地质勘探工程后[3-4]， 选择三维一步有限 差分偏移方法进行原始资料静校正处理。 为了使反射 波较好地归位， 得到断点、 断块清晰， 剖面构造形态清 楚的图像， 需要选取合适的偏移速度。本次在 80到 100之间的偏移速度进行试验， 通过观察断点， 发现 90偏移速度效果较好，最终选定 90偏移速度。 静校正前后单炮记录对比图如图 1 所示。 图 1静校正前后单炮记录对比图 3.2构造控制解释 3.2.1断层 本次车寨矿井井田三维地震勘探共探测到 26 条 正断层，其中有 7 条断层的落差大于等于 5m，其余 19 条断层的落差均小于 5m。控制可靠断层 5 条， 控 制较可靠断层 2 条，控制程度较低不予评价的断层 19 条。 现叙述落差大于等于 5m的断层中较典型的 F1 正断层及 F23 正断层。 位于勘探区南部边界处的 F1正断层，落差 0～ 18m， 走向 N60E， 倾向 SE， 倾角约 75。3、 15 煤 层错断， 底板上延伸长度 450m， 按 20m20m网度所 抽取的时间剖面评价， 该断层 由 14 个 A 级断点， 6 个 B 级断点， 6 个 C 级断 点， 共 26 个断点控制， 为控制程度可靠的断层， 如图 2 所示。 图 2F1正断层在时间剖面上的反映 图 3F23正断层在时间剖面上的反映 F23正断层位于勘探区东北部， 走向 N， 倾向 E， 固定点求解点△Xm△Ym△Hm 杨山东岭武神山-0.073-0.062-0.046 81 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 倾角约 75， 3 煤层错断， 落差 0～6m， 3 煤层底板 上延伸长度 200m，按 20m20m网度所抽取的时间 剖面评价，该断层由 3 个 A级断点， 3 个 B级断点， 2 个 C 级断点， 共 8 个断点控制， 为控制程度较可靠的 断层， 如图 3 所示。 3.2.2陷落柱 本次车寨矿井井田三维地震勘探共探测到 24 个 陷落柱， 其长轴直径均大于 25m， 因此本区陷落柱比 较发育。其中控制较差的陷落柱有 8 个， 控制较可靠 的陷落柱有 12 个， 控制可靠的陷落柱有 4 个。 现叙述 其中较典型的 X1， X1， X11陷落柱。 X1陷落柱位于勘探区南部边界处，区内形态为 近长方形状， 空间形态为反漏斗状， 3 煤层底板图上 长轴方向 N， 长轴长 150m， 短轴长 70m， 15 煤层长 轴长 170m， 短轴长 85m， 在时间剖面上 T3、 T15反射波 同相轴有下凹、 且 T15 反射波能量变弱， 陷落特征较 为明显。按 20m20m网度所抽取的时间剖面评价， 该陷落柱由 6 个 A 级断陷点， 4 个 B 级断陷点， 8 个 C级断陷点， 共 18 个断陷点控制， 为控制较可靠陷落 柱， 如图 4 所示。 图 4X1陷落柱在时间剖面上的反映 位于勘探区东南部的 X8陷落柱， 长轴方向 N， 为 反漏斗状的空间形态， 呈近圆形的平面形态， 在煤层 底板图上观察发现， 3 煤层长轴长 22m，短轴长 20m， 15 煤层长轴长 30m， 短轴长 30m。在时间剖面 上 T3、 T15反射波同相轴下凹； 按 20m20m 网度所抽 取的时间剖面上有 4 个断陷点控制，其中 B 级断陷 点 2 个， C 级断陷点 2 个， 为控制较差陷落柱， 如图 5 所示。 图 5X8 陷落柱在时间剖面上的反映 位于勘探区中南部的 X11陷落柱，长轴方向近 N30E， 为反漏斗状的空间形态， 呈椭圆形的平面形 态。在煤层底板图上观察发现， 3 煤层长轴长 50m， 短轴长 30m， 15 煤层长轴长 60m， 短轴长 40m。在时 间剖面上 T3波同相轴中断， 能量变弱； 按 20m20m 网度所抽取的时间剖面上有 12 个断陷点控制，其中 A 级断陷点 4 个， B 级断陷点 4 个， C 级断陷点 4 个， 为控制较可靠陷落柱， 如图 6 所示。 图 6X11陷落柱在时间剖面上的反映 3.2.3褶曲 本区总体为走向北东倾向北西的单斜构造， 在此 基础上发育了次一级的小褶曲， 全区共查明幅度大于 10m的褶曲 3 个。S1 背斜位于勘探区东南部， 轴向总 体为 S80W，向 NW 方向倾伏，区内延伸长度约 1100m， 两翼基本对称， 倾角 3～8左右， 区内最大起 伏幅度约 20m， 该背斜控制可靠； S2 向斜位于勘探区 中部， 轴向总体为 N70E， 向 SW 方向倾伏， 区内延 伸长度约 2200m，两翼基本对称，倾角 2～8左 右， ， 区内最大起伏幅度约 25m， 该向斜控制可靠； S3 背斜位于勘探区中北部， 轴向总体为 N60E， 向 SW 方向倾伏， 区内延伸长度约 2200m， 两翼基本对称， 倾 角 5～12左右， 区内最大起伏幅度约 35m， 该向斜 控制可靠。 4结 论 本次对通过对车寨矿井首采区进行三维地震勘 探， 发现勘探区地层总体为一走向近 NE， 倾向 NW， 倾角 2～12o的单斜构造，在此基础上发育次一级小 褶曲 3 条； 26 条正断层， 其中有 7 条断层的落差大于 等于 5m，其余 19 条断层的落差均小于 5m； 24 个陷 落柱， 其长轴直径均大于 25m， 控制较差的陷落柱有 8 个， 控制较可靠的陷落柱有 12 个， 控制可靠的陷落 柱有 4 个。 此次三维地震勘探结果作为车寨煤矿生产 建设和安全生产依据， 一定程度上保证了矿方巷道掘 进及工作面回采等安全作业。 参考文献 [1] 卢湘鹏. 三维地震技术在 SD 海底金矿区上覆层勘探中的 （下转第 85 页） 82 ChaoXing （上接第 82 页） 应用[A]. 中国石油学会石油物探专业委员会、 中国地球 物理学会勘探地球物理委员会.中国石油学会 2019 年物 探技术研讨会论文集[C].中国石油学会石油物探专业委 员会、 中国地球物理学会勘探地球物理委员会石油地球 物理勘探编辑部,20194. 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[4] 陈海洋,李元杰.三维地震勘探技术在赛尔六矿采区的应 用[J].西部探矿工程,2019,3106129- 130. 作者简介 侯亚平 （1989-） ， 男， 安徽省淮北市人， 2010 年毕业于山 西煤炭职业技术学院矿山地质专业， 助理工程师， 现从事地 质技术管理工作。 （收稿日期 2019- 8- 23） 煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 从图 4 中可以看出， 随着与巷道掘进迎头距离的 不断增加， 呼吸性分粉尘占全尘浓度比例呈现出现急 剧增加， 后趋于稳定趋势。在 25m位置呼吸性分粉尘 占全尘浓度比例为 26.1， 在 248m 位置呼吸性分粉 尘占全尘浓度比值为 86.1。 与巷道掘进迎头距离越 远， 全尘浓度不断降低， 但是呼吸性粉尘占比不断提 升， 同时呼吸性粉尘是导致矽肺病的主要因素， 表明 巷道内的粉尘危害性并没有随着与掘进迎头距离增 加而降低。 呼吸性粉尘占比较大的主要原因是，随着时间 的推移， 全尘自然下沉量较大， 但是呼吸性粉尘的自 然沉降量却十分有限，在井下巷道测量值中呼吸性 粉尘还有增加趋势。 呼吸性粉尘的体积小， 比表面积 大， 在空气中受到的浮力与自身的重力接近， 容易在 空气中长时间悬浮，加之巷道内皮带输送机运输也 不断的产生粉尘、 行人行走会带起部分积尘。 上述诸 多种因素综合作用导致呼吸性粉尘降低幅度较小， 占全尘比值高。 5建议措施 根据 1209 回采工作面材料巷粉尘浓度测量结 果， 降低巷道掘进时粉尘产生量可以从以下几个方面 着手 掘进迎头煤层注水； 增设除尘风机； 安装净化水 幕； 对巷道冲水清洗。 1 ） 掘进迎头煤层注水。根据 1209 回采工作面材 料巷掘进的 2 号煤层赋存情况， 在掘进迎头采用单孔 注水方式， 注水孔孔径为 73mm， 钻进深度为 80mm。 采用型号为 5BZ- 2/16 型动压注水机，注水压力控制 在 16MPa， 注水封孔器采用 KSS63 型， 单个注水钻孔 的注水量要在 120m3左右， 具体根据现场注水情况具 体确定。 2 ） 增设除尘风机。在 1209 回采工作面材料巷掘 进迎头增设布置型号为 KCS- 300D 型矿用湿式防爆 除尘风机， 降低掘进迎头粉尘量。同时由于巷道掘进 时产生的粉尘粒径以及密度小，为了降低除尘效果， 需要在除尘风机用水中调价一些药剂， 提升水对粉尘 的吸附率， 提高除尘效果。 3 ） 安装净化水幕。在掘进工作面迎头 30m 范围 内布置两道净化水幕，在巷道出口 20m 位置处布置 一道净化水幕。巷道迎头净化水幕采用 ZPH- 127 红 外装置， 根据粉尘浓度自动控制喷雾除尘， 提升除尘 的针对性， 并降低水对巷道底板影响。 4 ） 在转载机上架设防尘罩， 降低落煤时粉尘的溢 散量， 并安排专人定期对已经掘进的巷道进行喷水清 扫， 降低积尘扬起量。 参考文献 [1] 李刚,吴将有.某矿山掘进巷道粉尘浓度分布规律[J].现代 矿业,2018,34 （10） 198- 200. 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