槽波超前探测巷道地质异常的空间位置

孟晓霞

（同煤集团煤峪口矿，山西 大同 037041）

煤峪口矿北一辅助盘区石炭系皮带大巷布置在石炭系-3-5#煤层中。煤层厚度12.37～26.87 m，平均厚度19.62 m，为稳定可采煤层，煤层倾角3°～6°，平均4.5°。煤层结构复杂，一般含矸6～10层，岩性以黑色炭质泥岩、泥岩为主，灰白色高岭土次之[1]。煤层为黑色，半暗型，断口处有黄铁矿薄膜。

1 地震槽波超前探测

在煤矿中，对掘进巷道超前探测，其工作原理见图1[2]。可探明巷道迎头前方可能存在的断层、陷落柱及采空区等位置及规模，并及时给出预警，提前采取措施进行合理规划和防治，以避免出现废巷，预防地质灾害的发生。槽波超前探测方法基于直达槽波和反射槽波的时距曲线，能否准确拾取直达槽波和反射槽波的同相轴曲线将直接影响最终成像精度。

图1 超前波探测原理

2 观测系统设计

2.1 观测系统布置

在充分考虑现有的条件和地质勘探任务的基础上，在北一辅助盘区石炭系回风大巷左、右帮布置检波点（接收点）、炮点(激发点)，见图2。具体参数如下：

图2 超前探测观测系统设计

（1）道间距：2 m，左帮（J1～J28）、右帮（J1～J28）；

（2）炮点位置：左帮和右帮观测系统对称，炮点P1位于H15点后10 m（距迎头32 m），P1、P2间距为2 m，P2、P3、P4、P5及P6间距为15 m，P6、P7间距为2 m；P3位于J21和J22之间，P4位于J14和J55之间，P5距J7和J8之间；

（3）总炮数：共14炮（左、右帮各7炮）；

（4）总道数：共56道（左、右帮各28道）。

2.2 检波器的选择

为保证数据采集质量，采集数据的检波器采用双分量的检波器[3]，X分量和Z分量同时布置。

2.3 道间距

现有检波器接收信号频段35～1 200 Hz，根据理论煤厚的频散曲线分析，槽波信号主频在60 Hz左右，槽波速度在1 000 m/s左右，根据采样定律得到最大道间距在6 m左右。因此实际采集的道间距应为4 m或更小，本次槽波超前探测施工道间距为2.0 m，满足采样定律和实际工作精度要求。

2.4 去假频滤波

为了保证采集的地震槽波信号没有虚假频率，根据以往槽波数据频谱分析结果，需要在采集时进行去假频滤波[4]。因为实际信号中可能有超过采样定律所要求的更高频的噪声，所以在采集前，设置地震仪启动“去假频滤波”，并根据要采集的信号频率范围设置正确的上限频率。基本方法是，若观测信号的最高频率为fh, 则低通滤波器的上限频率应为fh，根据信号采样定理，信号的采样率f采要满足：

f采≥2fh，

采样时间间隔Δt要满足：

Δt≤1/2fh。

3 实际探测工作

3.1 工作布置

此次勘探区域为北一辅助盘区石炭系回风大巷，布置测线长度62 m，有效探测距离约为迎头前方150 m。在现有地质条件和目的任务基础上，实际施工在巷道左帮和右帮布置检波点（接收点）、炮点（激发点），见图3。具体参数如下：

图3 超前探测实际材料

（1）道间距：2.0 m，左帮布置检波点J1～J28，左帮和右帮观测系统对称布置，共布置56个检波点。

（2）炮点位置：左帮和右帮观测系统对称。

炮点P1位于H15点后10 m，P1、P2间距为2 m，P2、P3、P4、P5及P6间距为15 m，P6、P7间距为2 m；P3位于J21和J22之间，P4位于J14和J55之间，P5位于J7和J8之间；

（3）总炮数：共14炮；

（4）总道数：共56道。

（5）炮孔情况：在煤层中间位置钻孔，孔深度为3.0 m，误差小于0.3 m；全部炮孔都在煤层里；封孔长度0.6 m。

（6）药量和雷管选择：150g/炮，5#雷管、红绿脚线。

（7）接收点技术要求：处于煤层中间的锚杆上，使用转接头将检波器固定在锚杆上。检波器安置方向既平行于煤层，又平行于煤侧壁，且所有检波器方向一致。

（8）激发点情况：施工14炮，有效14炮，其中左帮激发P1～P7，共7炮；左帮激发P1～P7，共7炮。

根据Kirchhoff积分偏移成像结果，结合地质资料分析，右帮和左帮的偏移成果并进行地质解释，成果解释见图4。

图4 槽波探测成果

3.2 探测成果解释

（1）右帮超前探测成果解释如下：

YC1异常：位于回风大巷H15点前约87～95 m（距巷口约542～550 m），推断解释为煤层中砂体厚度变厚，在5～9 m之间。该异常可靠性较高；

YC2异常：位于回风大巷H15点前约106～123 m（距巷口约561～578 m），推断解释为煤层结构变化，砂体厚度变厚范围的延伸影响。该异常可靠性一般；

YC3异常：位于回风大巷H15点前约130～138 m（距巷口约585～593 m），推断解释为煤层中砂体厚度变厚，在5～9 m之间。该异常可靠性较高；

YC4异常：位于回风大巷H15点前约160～168 m（距巷口约615～623 m），推断解释为煤层中砂体厚度变厚，约9 m左右。该异常可靠性一般。

（2）左帮超前探测成果解释如下：

YC5异常：位于回风大巷H15点前约89～97 m（距巷口约544～552 m），推断解释为煤层中砂体厚度变厚，在5～9 m之间。该异常可靠性较高；

YC6异常：位于回风大巷H15点前约106～123 m（距巷口约561～578 m），推断解释为煤层结构变化，砂体厚度变厚范围的延伸影响。该异常可靠性一般；

YC7异常：位于回风大巷H15点前约112～125 m（距巷口约567～580 m），推断解释为煤层结构变化，砂体厚度变厚范围的延伸影响。该异常可靠性一般；

YC8异常：位于回风大巷H15点前约113～122 m（距巷口约568～577 m），推断解释为煤层中砂体厚度变厚，在5～9 m之间。该异常可靠性较高；

YC9异常：位于回风大巷H15点前约169～178 m（距巷口约624～633 m），推断解释为煤层中砂体厚度变厚，约9 m左右。该异常可靠性一般。

本次地震槽波探测共设计炮点20个，检波点64个，实际完成炮点20个，检波点64个，测线总长124 m。通过槽波超前探查，查明了测区内存在异常区4处，未发现其他的地质异常体。对所圈定的地质异常重新命名，编号为DZ1-DZ4，探测的异常纵向剖面见图5。

图5 实际探测异常纵向剖面

（1）DZ1异常（右帮YC1、左帮YC5）：位于回风大巷H15点前约87～95 m（距巷口约542～550 m），推断解释为煤层中砂体厚度变厚在5～9 m之间，在纵向上位于煤层中部，主要集中在煤层顶板下10 m左右，可靠性较高。

（2）DZ2异常（右帮YC3、左帮YC8）：位于回风大巷H15点前约130～138 m（距巷口约585～593 m），推断解释为煤层中砂体厚度变厚，在5～9 m之间，在纵向上位于煤层中下部，主要集中在煤层顶板下12 m左右，可靠性较高。

（3）DZ3异常（右帮YC4）：位于回风大巷H15点前约160～168 m（距巷口约615～623 m），推断解释为煤层中砂体厚度变厚，约9 m左右，在纵向上位于煤层下部，主要集中在煤层顶板下15 m左右，可靠性一般。

（4）DZ4异常（左帮YC9）：位于回风大巷H15点前约169～178 m（距巷口约624～633 m），推断解释为煤层中砂体厚度变厚，约9 m左右，在纵向上位于煤层下部，主要集中在煤层顶板下15 m左右，可靠性一般。

其中，YC2、YC6、YC7是煤层结构变化砂体厚度变厚范围内的延伸影响。

4 结语

通过实际探测验证，槽波探测地质异常空间位置比较准确，对预测工作面的地质构造情况、合理开采工作面的效果显著，可以为煤矿开采带来显著经济效益。