三维地震勘探技术在煤矿防治水患中的应用

[摘 要]每个矿井水患的产生条件、形成机理以及防治技术都是不一样的，探索和研究新的的水患防治技术，对实现矿井安全高效生产具有重要意义。本文结合四川古叙矿区石屏一矿工程实际，采用三维地震勘探等多种防治水技术，综合治理水患并取得明显成效。

[关键词]三维地震勘探；防治水患；水文动态监测

中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）23-0001-01

1、前言

石屏一矿为古叙矿区第一对规模化建设的大型矿井，设计生产能力120万吨/年，设计建设工期40个月，由于多种因素（主要是水灾事故）的影响，致使投产日期一再推迟，一直到2012年8月才正式竣工投产。从2008年至2011年，先后出现过四次较大的水患事故。水患不仅给石屏一矿造成了巨大的经济损失，这些损失包括直接经济损失、设备损失和误工损失，总计至少损失了三千多万元，还使矿井建设进度推迟三年以上。因此，探索防治水患的综合治理技术意义重大。为了治理水患，石屏一矿采取了三维地震勘探等多项技术，取得很好的效果，现以石屏一矿其中一次采用三维地震勘探技术防治水患为例加以说明。

2、石屏一矿水文地质概况

（1）地形、地貌及河流

石屏井田位于古蔺复式背斜北翼水文地质单元的东段，石亮河与万家河之间的河间地块.。区内河流属山溪小河，沟谷纵横，平面上呈树枝状展布。地形坡度比较大，地表水迳流较为畅通，河水湍急，两岸切割较强烈。

（2）与采掘活动相关的直接充水含水层

石屏一矿的主要运输巷道均设置于龙潭组下部的茅口组灰岩中，茅口组岩溶含水层无法避免的成为了对矿井有直接充水影响的含水层。

3.三维地震勘探防治水患技术

3.1地震地质条件及工作方法

（1）浅层地震地质条件

井田位于四川盆地与云贵高原的过渡地带，主要为构造剥蚀地貌，山峦叠嶂，沟谷纵横，地形崎岖。地震测区内总体地形南高北低，金堂沟自西向东贯穿于整个测区中部，形成“V”字型地貌。测区内地形条件差，地表植被发育，地表地质情况复杂，对地震勘探的激发及接收均不太有利，浅表层地震地质条件较差。

（2）中、深层地震地质条件

本次三维地震勘探的目的层是龙潭组C13、C19、C25煤层。除C13外煤层较稳定，全区可采。

3.2.观测系统选择

（1）道间距选择

根据采样定理，时间上的采样间隔应满足。本区保存的地震信号最高频率=300Hz，则ms，因此采样间隔选为1ms。但为了不产生空间假频，地震信号沿测线方向空间采样间隔要小于、等于视波长的一半。结合试验资料分析，本区接收道距采用5m，完全满足采样定理要求。

（2）检波点线距选择

检波点线距选择与地下数据点网格密度、勘探精度直接相关。本区三维地震勘探检波点线沿倾向方向排列，取道距的4倍即20m线距，保证对断层落差5m，波幅大于20m褶曲，直径大于20m陷落柱及采空区的探测精度。

（3）炮点网格密度

炮点网格密度由接收排列道数、纵横向叠加次数、纵横向炮点移动道间距决定。本次施工采用排列道数N=80道接收，纵向叠加次数=5，则纵向炮点距40m。在横向CDP网格距为10m的情况下，横向炮点距40m。则本区炮点网格密度为40m×40m，CDP网格为2.5m×10m。

（4）覆盖次数选择

三维地震勘探的总覆盖次数由纵向叠加次数与横向叠加次数的乘积决定。依据本区道间距、检波点线距及炮点网格的选择，构成纵向叠加次数=5次，横向叠加次数=4次，则三维地震勘探总的覆盖次数为20次。保障了三维地震勘探记录的信噪比。

（5）排列长度的确定

1）最大炮检距的确定

根据煤炭地震勘探的实践经验，最大炮检距Xmax大致等于最深目的层深度时，就可以保证一个排列范围内完整地记录煤层反射波，确认多次反射波及其它相干噪音。最大炮检距的计算公式为：Xmax=（0.7～1.5）×h。在探测目的层埋深约300～600m的情况下，炮检距可以在210～900m之间变化。但为了提高纵横向勘探精度，保证完整记录浅、中、深层反射波，在充分分析试验资料的基础上，石屏区三维地震勘探的最大炮检距选择为475m。

2）最大非纵距的选择

最大非纵距限定值可用下式计算：YmaxV×（2×t0×δt）/ 2 / Sinψ。式中：ψ：地层倾角；V：平均速度；t0：双程反射时间。一般情况下，δt为有效视周期的1/8即可满足对资料质量的要求。本次施工采用80m偏移距，最大非纵距为170m，满足以上要求。

3.3测网布置

本次三维地震勘探的地下控制面积为1.70km2，测区基本为一向北西倾的单斜构造，地层倾角为10？～25？，为了使地下反射层及构造能正确成像归位，在确定地表施工面积时，设计一个镶边面积，确保地质勘探面积完全位于满覆盖面积内。镶边长度γ用如下公式计算：γ=Z×tanΨ ，其中：Z为目的层埋深（m）；Ψ为目的层倾角（°）。当煤层最大埋深Z为400m时，γ值约为186m，所以在控制区的下倾方向镶边180m。加上附加段200m，在控制边界外400m布线即可。因此三维地震施工面积为3.98km2。全区共布设三维地震线束27束。线束垂直于地层走向。检波线140条，炮线135条，生产物理点3513个，试验物理点55个，总物理点3568个。

4、资料处理

三维地震资料处理一般可分为预处理、常规处理、特殊处理、和成果显示四个部分。结合本区特点和煤田三维地震处理经验，依据试处理资料的分析，确定了本次资料处理的流程。根据本区地形高差变化大、干扰因素多、勘探精度要求高的特点，资料处理中的主要思路是，以静校正和去噪为重点，全力保障同相叠加，在努力提高资料信噪比的前提下提高分辨率，采用高精度三维一步法偏移技术，实现反射界面及各种地质异常体正确的聚焦归位，保证地质信息位置的准确性。为资料解释提供了高质量的三维立体数据体。为此在资料处理中充分发挥了人机交互处理方便、灵活、适时及有效的试验和质量控制手段，以全三维处理技术，努力挖掘三维数据采集获得的丰富信息，通过精心试验，选择有针对性模块，合理搭配，优选参数，取得波组特征清晰，信噪比高、分辨率高、构造合理的三维资料处理成果。

5、结语

采用三维地震勘探技术防治煤矿水患在西南地区为首次应用，此技术为矿井安全提供了保障。到2012年12月，采用此技术不仅为矿井减少经济损失4500余万元，而且减少了巷道维修量，降低工人劳动强度，改善工人劳动环境，有较好的推广及应用价值。

参考文献

[1] 四川省古蔺县川南煤田石屏一矿三维地震勘探报告，四川省煤田地质工程勘察设计研究院，2009年11月

作者简介

宁望辅（1964），男，本科，重庆市，采煤高级工程师，现就职于重庆工程职业技术学院，主要从事采矿专业相关教学与科研工作.