瑞利波技术在煤矿地质构造超前探测中的应用

张泽宇

（山西阳煤集团五人小组管理部，山西 阳泉 045000）

煤矿地质构造超前探测对井下工作的质量与安全有着重要影响，提高超前探测技术，促进探测工作的效率与质量的提高。这会为井下设计工作提供更为准确使得参考数据，从而制定更高质量的工作方案与应急处理措施，保证井下工作安全高效进行。

1 瑞利波技术与其他煤矿地质构造探测法对比分析

在煤矿工作中前期探测作为整体工作的基础，对井下作业的安全与效率印象重大，为此技术工作人员不断开发各种探测技术。到目前为止瑞利波技术是探测效果更精细，作用最佳的煤矿地质构造探测技术。将各种技术进行对比其结果如表1所示。我们会明显的发现，至今为止瑞利波技术在煤矿地质构造探测时，其距离已达到80m，并且探测效果精准度极高。同时也可看出瑞利波技术应用的稳定性与重复性效果得到进一步提高，其对小信号的分辨能力增强，并实现了井下全方位探测，进一步提高了探测质量。

为进一步突出瑞利波技术应用优势，将集中探测仪器进行比较，其对比结果如表2所示。从表中我们不难看出，与其他集中仪器相比YTR（D）的动态范围最广以达到138dB，其对小信号的分辨率更增加感知更为灵敏，并且具有现场处理与性能自检功能，大大提升了探测工作的精准性、科学性与有效性。为此瑞利波探测仪器在煤矿工作中被广泛应用，也被应用于矿井地质灾害处理中，提高是鬼解决效率，降低其带来的危险与损害。

表1 煤矿地质构造探测技术对比

表2 探测仪器作业指标对比

2 瑞利波技术在煤矿地质构造超前探测中应用

2.1 瑞利波技术原理

瑞利波技术术语弹性波型、面波探测方法的一种。在应用该技术进行探测时设置探测所需的质点，质点会在相应介质表面逆时针方向、沿椭圆形远动轨迹运动。利用传播介质对传播速度的不同会导致频散现象发生。该波传播时发生的相应信息主要是受到截止物理力学的影响。

2.2 瑞利波技术实际应用方法

根据瑞利波技术应用原理，其主要应用方法是在选定合适的震源位置后，由探测仪发出探测波，利用脉冲信号传播。探测器的两组传感器会接受探测波的传播的信号，如图1超前探技术应用图所示。将接受的信号制成频谱，通过对频普进行分析，将瑞利波按不同的频段进行分离，总结信号信号相应的相位差，以此计算传播的速度。综合各项数据制出该探测点的频散曲线，从而工作人员可得到下一组煤的深度、其方向上的地质结构、隔水层及相应厚度、煤矿深度施工的安全深度等数据[1]。

图1 超前探测技术应用图

瑞利波技术在实际煤矿中应用时，主要利用锤击与炮震作为震源，将六道传感震动接收器布置为一字型。利用任意两道进行函数分析，计算波的传播速度。此外，利用瑞利波技术进行煤矿地质构造的全方位探测，在浅层探测中主要是用其探测该批次煤层的剩余厚度。深层探测与超前探测的技术的距离多在 3～80m。

3 瑞利波技术在煤矿地质结构超前探测中的应用实例

瑞利波技术在煤矿地质结构超前探测中的应用较为广泛。本文将以新强矿五采区54层左三片侧帮探测与龙湖矿东一采区左四片57上采煤工作面探测为实例，对瑞利波技术在煤矿地质结构超前探测应用进行具体说明。前面的实例主要讲述该技术在侧帮探测中的应用，后者则是对工作面的探测，重在突出瑞利波技术在煤矿地质结构探测应用的全面性与准确性。

3.1 新强矿五采区54层左三片侧帮探测

这次应用是七台河矿区对断层结果的探测，使其迎头超前探测中的一次。在测试过程中，共设置了4个探测点，并且分别采用了锤击测试与炮震测试。由两次探测所得的频散曲线所得速度曲线结果对比如图2所示，可见两次探测结果大体相同，说明探测的结果的精确性较高。

图2 锤击与炮震探测结果对比

从图2中我们能明显看出，本次探测结果较为复杂，说明当地存在某种地质结构。从前面锤击4个探测点瑞利波传播速度明显存在3处异常，分别在5m、20m与30m之间、50m与60m之间。而炮震测试中速度曲线分三段来看，首先，在15m以内，瑞利波的速度变化较为复杂、凌乱；其次，20m-30m之间存在明显的异常变化；最后，50m-60m之间存在异常变化。经实际揭露的结果可以看出，20m-30m的处速度的异常变化是由断层构造引起的，而50m-60m处速度异常变化是由对面空巷导致的。从整体的探测实验结果来看，瑞利波对地质构造变化反应明显，七台河矿区在新强矿五采区54层左三片附近存在断层构造。利用瑞利波技术进行探测不仅可以明确周围的地质构造，还可极准确的探测到相应的位置。提高了探测的准确性，为各项工作的安全开展提供了重要依据[2]。

3.2 龙湖矿东一采区左四片57上采煤工作面探测

龙湖矿东一采区左四片57上采煤工作面进行了一次探测，利用瑞利波处理软件对探测结果进行解释，并以实际揭露验证了本次探测结果。此次探测共有5次，其结果以www03011_www03055为编号进行留档保存。根究探测所得的频散曲线计算生成的速度曲线图如图3所示。

从图3中我们可以看出，红色代表着瑞利波的传播速度发生了变化，这就说明在该位置地质结构发生了相应的变化。对比图3中锤击探测所得的速度曲线与炮震探测所得速度曲线，明显发现在15m处均有明显异常。这说明该处存在明显的地质构造或分层。后经采煤工作实际开采验证，证明在15m有巷道揭露断层。进一步表明瑞利波技术探测结果的准确性。

图3 探测速度曲线

通过两项实例可发现瑞利波技术在应用时，可准确发现地质断层与其他构造的存在，并可准确探测出相应位置。同时经实证发现瑞利波对地质断层的感应相当敏感，无论以哪种震源进行测量都可准确发现断层构造的存在及其准确位置。应用瑞利波技术进行煤矿地质结构探测，大大提高了探测的精准性，促进我国煤矿工作的安全进行。

4 结 论

瑞利波技术是当前煤矿地质结果超前探测中应用的重要技术，尤其是新型YTR（D）瑞利波的应用，大大促进探测工作精准性与科学性与全面性性能的提升。但其应用中仍存在不足之处，工作人员在应用过程中要不断探索其技术的高效应用方法，促进探测结果精准性的将进一步提升。如探测时实现浅层与深层探测相结合，避免出现不必要的疏漏。在当前探测基础上加大技术的研发，使其在更深层的探测中发挥实际效用。