新技术在煤矿地质构造探测中的应用分析

崔云飞

（晋能控股煤业集团大西煤矿,山西 晋城 048100）

随着煤矿不断开拓延伸，矿井地质条件日益复杂，地质构造成为了影响采掘施工的重要因素之一。煤矿传统上主要采用三维地震探测、坑透技术等技术手段对采掘区域地质构造进行探测，但是传统地质探测技术手段局限性大、精度低，无法保证采掘工作面施工安全。所以，本文以大西煤矿3018运输顺槽掘进为例，在巷道掘进期间采用了槽波反射法进行地质构造探测，该技术可探测范围达煤层厚度的300倍以上，可对复杂条件开采区域的断层、褶皱、陷落柱等进行精准探测。

1 3018运输槽概述

3018运输顺槽北部为实体煤，南部为实体煤，西部为矿界，东部为轨道大巷。巷道坡度2°～7°，该巷道有工作面运料、进风、行人等作用，施工中应加强顶帮支护管理及瓦斯管理。3018运输顺槽设计掘进长度889 m，含风桥、绕道、联络巷等附属工程，属于回采巷道。

3018运输顺槽掘进煤层为3#层，煤层倾角约为3°～7°，倾角3°，工作面所掘3号煤层位于山西组中下部，煤层厚度为2.6～3.2 m，平均为2.8 m，稳定可采。根据矿地测科提供资料显示，巷道掘进过程中在300 m、700 m处分别存在一条断层F2、F3，断层平均落差为1.7 m，平均倾角为55°，为了准确判断断层位置及断层参数，保证巷道安全快速掘进，决定采用槽波反射法进行探测。

2 槽波反射法原理

槽波反射法主要是在井下巷道中安装一套槽波发射装置及一套接收装置来对巷道进行全方位探测。该方法在井下巷道的探测方面具有较广的使用空间。当井下掘进巷道由于断层带多、地质构造复杂等原因，如造成某些区域无法探测，勘探人员使用传统的槽波透射法无法对井下巷道全方位探测的情况时，就可以采用槽波反射法对井下巷道进行勘探。这是因为槽波发射装置及接收装置体积较小，不受巷道布置限制，施工人员很容易在同一巷道内安装设备。此外，由于井下掘进巷道的顶板及底板岩层均具有较好的导波性，槽波探测在岩层中能够更好的发挥效果。槽波反射法探测还有抗干扰强、精确度高、波形识别率高、能量强等优点，在实际使用中，不会由于巷道周围铁磁性物质影响而造成探测结果有误。该法施工平面示意图如图1所示。

图1 槽波反射法施工平面示意图

3 槽波反射法应用分析

3.1 探测装备

3018运输顺槽主要采用YKZ5型地震仪进行槽波反射探测。地震仪具有对槽波进行无线遥测、集中回收及分布式采集的功能，采用MEMS传感技术对微弱槽波数据进行提取、探测，同时还能够对采集的信号进行储存及分析处理。该地震仪使用64位嵌入技术及A/D转换功能，具有稳定向强的优点。

3.2 测点布置

1）由于3017工作面正处于回采阶段，3017回风顺槽与3018运输顺槽之间设计预留保安煤柱宽度为25 m，3017回风顺槽规格为宽×高=4.5 m×3.0 m，巷道顶板及围岩主要采用锚杆（索）联合支护，围岩稳定性好，所以决定在3017回风顺槽布置槽波反射探测点，对3018运输顺槽掘进区域进行地质探测。

2）3017回风顺槽内每相邻20 m布设一个槽波激发点，同时要保证所有的激发点要均匀的安装在煤层的中部位置，共计布置25个，这样能够确保槽波的激发质量。炮孔的钻孔深度为2.8 m，采用瞬发电雷管进行激发，钻孔黄泥进行封孔，激发点从里到外依次编号为S1～S20。测点布置如图2所示。

图2 3017回风顺槽槽波反射测点布置平面示意图

3）3017回风顺槽每10 m布置一个槽波接收点,共计50个，且所有的接受装置均匀的安装在煤层的中部位置，这样能够确保槽波的接受信号，接受点从里到外也要依次编号为G1～G50。

3.3 探测施工

1）3017回风顺槽槽波激发、接收、采集作业共进行了3个小时，观察采集到的槽波数据均符合标准。技术人员对接收信号进行分析发现，在炮点G18～G44范围内反射的槽波存在明显异常，与3017回风顺槽水平距为45 m，且成线状布置。根据反射槽波速度以及槽波分布形态可以推断，在该区域内存在一条正断层，断层落差在2.0 m左右，延伸长度达24 m，但是在700～800 m处未探测到异常区。

2）为进一步验证槽波反射法探测结果，决定在3017回风顺槽300～500 m段向3018运输顺槽施工探测孔，孔深为100 m，钻孔间距为10 m。根据钻探结果发现，该区域存在一个延伸距离为15 m、落差为1.8 m的正断层，且该处的岩层破碎比较严重，施工人员在掘进至该处时需提前采取支护措施，避免破碎断层带对掘进工作产生影响。

4 结论

大西煤矿采用槽波反射法对3018运输顺槽进行探测，通过实际应用效果来看，取得了显著应用成效：

1）相比传统三维地震、坑透等技术手段，槽波反射法具有探测精度高、便于操作、测距远以及测点布置方便等优点，可应用于井下复杂地质条件的采掘工作面中，而且还可用于隧道、石油化工等领域中，适用性强，具有较高应用价值。

2）采用槽波反射法明确了3018运输顺槽在325 m处存在一条正断层，断层落差为1.8 m，倾角为52°，并通过井下钻探验证与槽波反射法探测结果相符，为后期巷道掘进过断层前进行超前钻探、掘进工艺调整、支护强化提供了有力的依据，有效保证了巷道安全快速掘进。