干河矿2-118工作面构造区域槽波勘探技术研究与应用

韩 跃

（山西霍宝干河煤矿有限公司，山西 洪洞 041600）

1 工程概况

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霍州煤电集团有限责任公司干河煤业2-118工作面主采2号煤层，煤层厚度为3.23～4.21 m，平均厚度为3.72 m，平均倾角为8°，属于煤层稳定性煤层，煤层顶板岩层为中粒砂岩和K8细粒砂岩，底板岩层为粉砂岩和细粒砂岩，根据巷道揭露情况，2-118工作面内的主要有断距大致在2～4 m的小断层6条，直径大于10 m的陷落柱1个，但现有工作面内地质构造情况资料仅依据巷道揭露时获取，现为充分掌握工作面区域内构造区域的范围及具体位置，采用槽波勘探技术进行工作面区域内的勘察探测。

2 槽波勘探技术实施

2.1 设计实施原则

槽波勘探技术中主要的技术参数均在观测系统中进行设置，观测系统是指地震波激发点与接收点之间的相互几何位置关系，其主要参数有道间距、炮间距和最小炮检距等。在槽波地震勘探中，由于受开采技术条件的限制，所探测的地段可能只有1条巷道或若干条巷道，故接收点布置就不可能像地面三维地震勘探一样布置成面积状的观测系统，接收点只能沿巷道呈线状布置排列[1-2]。对于反射法，激发点与接收点则布置在同一巷道内；对于透射法，激发点与检波点布置在不同的巷道内。

就一般情况而言，探测区周围大多可有几条巷道。根据要求探测的详细程度，除了选择最佳观测方式组合外，还要对每种观测方法选择最佳排列参数，如道间距、炮间距、偏移距和最远炮间距。观测系统参数的选择非常重要，主要考虑如下：

1）保证足够的探测精度，能分辨出计划探测最小目标体。

2）观测系统设计的合理与否将直接影响施工效率和探测效果。如道间距或炮间距太密，会造成工作量太大、效率太低；相反，太疏时就有可能漏掉构造。

3）观测系统选择合理，可有效压制部分干扰。

2.2 观测系统设计

结合2-118工作面和巷道建设的实际情况以及地质条件，本次槽波勘探选用槽波透射法及反射法相结合的观测系统，具体设计如下：

1）在2-118工作面辅助运输巷和皮带运输巷布置检波点，道间距为15 m，共计108个检波点。

2）第1天的检波器编号：J1—J30（反射法）、J31—J60（透射法）。

3）第2天的检波器编号：J1—J30（反射法）、J1—J48（透射法，实际施工布置）。

4）在2-118工作面辅运顺槽辅助运输巷、以及联络巷布置炮点，炮间距15 m，共设计69炮：①第1天的炮点编号：P1—P30、联络6—联络12；②第2天的炮点编号：P1—P30。

干河矿2-118工作面的550～1 400 m段的透射和反射联合勘探任务，共计2天完成。第1天，勘探完成1 400～958 m段；第2天，勘探完成958～550段。实际工作量材料图如图1所示。

图1 2-118工作面槽波地震勘探实际材料图

反射槽波地震勘探观测系统主要参数（第1天和第2天相同）：①道间距15 m；②炮间距15 m；③总道数30；④总炮数30；⑤覆盖次数（最大）30。

由于覆盖次数不均匀引起的处理问题，在后续处理中须要提取部分地震数据使其整个覆盖次数趋于均匀。在实际槽波地震勘探中，共完成62个炮点。

2.3 施工方法与过程

1）施工方法：①检波点、炮点布设：以相对坐标系原点为起点，15 m一点进行标记，进行检波点布设，炮点布设在2台检波器正中间，依次布设；②测量仪器：德国SummitⅡEx防爆遥测数字地震仪、北京中矿大地YTC9.6防爆无缆遥测数字地震仪；③施工方法：透射槽波地震勘探，反射槽波地震勘探[3-4]。

2）施工过程：①检波点、炮点布设：根据施工设计情况，回风巷以相对坐标原点为起点，15m一个布设检波点，在2台检波器之间布设炮点。皮带巷以切眼处为起点，每15 m布设1个检波点；②测量控制：采集员对工作进程进行测量控制，依据德国SummitⅡEx防爆遥测数字地震仪、大地YTC9.6防爆无缆遥测数字地震仪的性能特点进行数据采集；③施工方法：在回风巷内，炮点与检波点在同一巷道内，为反射法槽波地震勘探。在皮带巷内无炮点，皮带巷内接受透射槽波地震数据。

3 探测资料处理与分析

3.1 透射法资料处理成果及分析

工作面采用槽波透射勘探对工作面950 m范围区域内的地质构造情况进行探测，通过对探测数据的处理得出工作面透射槽波能量CT成像见图2。

图2 工作面1 450-1 000 m槽波能量衰减透射法CT成像及解释图

分析图2可知，在槽波能量成像图中，红色代表能量衰减较多区域，黄色次之，蓝色代表槽波衰减少[5-6]。基于本次CT成像的解释图可知，探测区域存在3个异常（其中F-3异常可能为断层或陷落柱）区域，分别如图中F-1，F-2，F-3所示，其中F-1与皮带顺槽近平行，距离50～75 m，其中在横坐标为1 450-1 150 m处平行于皮带顺槽，1 150-1 050 m处断层位置与皮带顺槽楔形向内，与皮带顺槽大致70-120 m；F-2断层起始于联络巷处，斜向上，其中段连通性较差；F-3异常可能为陷落柱，其长轴展布长度约83 m，中心位置距离辅助运输巷约50 m。在图中右侧虚线为实际透射法勘探分界线，虚线左侧为实际第1天透射勘探区域，虚线右侧为空白区域。

3.2 反射法资料处理成果及分析

由于防爆遥测数字地震仪所配的数据线有限，在第2天仅进行了反射勘探的数据采集工作，没有进行工作面1 000-550 m段的透射地震数据。通过对P波反射偏移成像结果进行分析，得出工作面不同区段P波反射法偏移成像结果，如图3所示。

图3 2-118工作面P波反射法偏移成像图

图3 （a）中出现1条明显的断层反射轴贯穿整个勘探区域，双程走时为100～120 ms，由前面的速度分析，可知该区域的P波速度为2 800 m/s，计算得到该断层距离辅运顺槽140～170 m，同时该断层中部反射轴不强烈，推测断层断距减小或断层破碎。由前面的透射结果，可推测该断层对应为F-1。

图3（b）中出现1条的断层反射轴，但是反射轴不清晰，振幅存在较大变化，断层反设轴贯穿整个勘探区域，双程走时为80～100 ms，由前面的速度分析，可知该区域的P波速度为2 800 m/s，所以计算得到该断层距离辅运顺槽110～40 m，根据前面分析，该断层是F-1断层。

综合P波反射法能够得出，整个工作面区域P波反射法偏移成像结果如图4所示。

图4 2-118工作面整体区域P波反射法偏移成像图

分析图5可知：①断层F-1走向如图所示，几乎贯穿整个勘探区域；②断层距上巷道距离70～110 m，其中，1 450-1 150 m区域距离为70～80 m，1 200-550 m区域距离为80～110 m；③断层1 350-1 250 m区域、900-750 m区域反射轴较模糊，说明该区域断层断距变小或断层面破碎严重。

3.3 分析结果汇总

2-118工作面地质构造情况具体如下：

1）正断层F-1，其在工作面内部的位置为整体上距离皮带运输巷道约60～110 m，在联络巷揭露处距离皮带巷约60 m。F-1断层的断距大于煤层厚度，整体上走向近东西，沿走向延伸约900 m。

2）正断层F-2，在联络巷揭露处距离辅助运输巷约64 m。该断层的断距小于煤层厚度的小断层，走向北偏东约41°，沿走向延伸约130 m。

3）陷落柱F-3，其中心位置与辅助运输巷的垂直距离约为50 m，与联络巷的垂直距离约为170 m，其平面分布形状近似椭圆形，长轴展布长度约为83 m，短轴长度约为30 m。

综合上述分析，工作面槽波勘探地质解释结果汇总，具体工作面各异常区域位置如图5所示。

图5 2-118工作面地质解释成果图

4 结论

根据2-118工作面回采巷道掘进揭露的地质构造分布情况，采用槽波勘探技术进行工作面区域内的勘察探测，基于槽波探测的设计原则，进行探测方案的设计，并进行实际施工，通过探测结果分析，得出工作面内正断层F-1、F-2及陷落柱F-3的分布形态及范围。