泰山隆安煤业工作面综合物探技术对比研究

范国锋 韩志远 刘晓龙

（山西煤炭运销忻州有限公司，山西 忻州 034000）

1 概况

1.1 构造概况

泰山隆安煤业构造形态总体为近南北走向、向西缓倾的单斜构造，在此基础上伴有小型褶曲。地层平缓，地层倾角2°～8°。井田内目前共发现断层104 条，均为采掘揭露，其中大于5 m 断层仅1条（编号F102 断层，落差5.9 m），其余均小于5 m；另发现有小型褶曲2 个。

1.2 试验区概况

该次物探试验区为11305 工作面距大巷300 m段。11305 工作面北为11#煤西翼集中回风下山，南为原废弃民采平硐采空区，东为11301 工作面采空区，西为实体煤，上覆为原金义煤矿与原晋豫煤矿旧小窑采空区。试验区已形成回采工作面，11305进风顺槽、11305 回风顺槽为工作面两侧巷道，属本次勘探可利用巷道。

根据邻近11#煤西翼集中回风下山及11301 工作面实际揭露的其他断层分析推测，该工作面采掘区域内受断层影响较频繁，加之，该矿井田处于鄂尔多斯聚煤盆地东部边缘地段，断裂构造发育。

2 测试技术与方法

2.1 槽波地震法

根据声波的传播特性，地震波在煤层中的传播速度相比于在非煤岩石的传播更慢。而当地震波在煤层和顶底板间相互传播时，由煤层向顶底板传播的地震波中的一部分会被反射回煤层并在煤层中叠加，形成一个较强的干涉扰动，即槽波。通常采用在一条巷道内放炮，在另一条巷道或同一条巷道，或在工作面中接收地震波信号完成槽波地震法[1]。

槽波在煤层中传播，一部分可以经过反射，另一部分将直接透射出煤层。因此，可以选择接收并检测透射波或者反射波。透射法即将震源和检波器布置在该工作面的两个不同的巷道内，检波器主要接收煤层透射的地震波信号。反射法则是将震源与检波器布置在同侧，检波器主要接收煤层反射的地震波信号。

为探究最佳施工间距参数，设置3 组不同间距下的施工方案，分别为20 m 炮间距和10 m 道间距、10 m 炮间距和5 m 道间距、10 m 炮间距和10 m 道间距，具体施工方法为：

1）施工采集数据方法。每个炮点放炮，两个顺槽所布设接收点均接收，直至所有炮点施工放炮完成。

2）检波器和炮点施工要求。针对巷道内部揭露情况和煤层的变化趋势，在实际施工中要求将钢钎打入煤岩中，将检波器安装在钢钎上，保证检波器、钢钎及煤岩耦合良好，并尽量布置于煤层中间位置。炮眼打孔位置距巷道底板约1 m，务必确认炮孔终点在煤层中，正向装药，炮泥填充＞0.5 m。

3）仪器及环境噪声。完成仪器检测，确认地震采集系统正常，确认现场无明显噪声源。

不同间距的槽波地震法的测试结果如图1。

图1 槽波地震法地质测试成像图

透射槽波的处理是基于透射槽波埃里相的振幅属性的CT 成像法，不同观测系统下的透射槽波CT成像结果见图1。槽波能量CT 成像结果为2D 视衰减系数模型图（包含介质吸收作用和地质构造等引起的散射作用造成的衰减），所以衰减系数越大，在CT 成像图上表现为颜色越浅，说明在煤层中该区域附近存在使地震波能量减弱因素；反之，衰减系数越小，CT 成像图中颜色显示越深，即煤层赋存相对稳定，地震波在传播过程中能量衰减相对较小。

图1（a）中采用20 m 炮间距和10 m 道间距时，间距过大，数据量不足，导致成果分辨率不足。图1（b）中采用10 m 炮间距和10 m 道间距时，成像结果仍较清晰，与图1（a）相比异常区细节仍较丰富，总体分辨率与采用5 m 道间距时无太大差异，仍可满足探测需要。图1（c）中采用10 m 炮间距和5 m 道间距时，成像结果清晰，异常区细节丰富，分辨率最高。根据浅色区域所示，槽波地震法基本探明了多处试验区内的已揭露或隐伏构造，预测的构造位置、延展方向等与实际情况基本吻合。

综合考虑探测效果和施工成本，确定透射槽波施工时最佳参数应为10 m 炮间距、10 m 道间距。

2.2 无线电波透视法

煤层中含有介质存在电性差异，而当电磁波在其中传播时，受到介质影响，电磁波会被吸收或屏蔽。通过向煤体中发射不同频率的电磁波，分析电磁波接收信号的差异性，即透视异常，可以了解煤层内的地质构造情况[2-3]。

根据发射端和接收端的移动方式和相对位置不同，有同步法和定点法。同步法是在不同的巷道中分别布置发射端和接收端，使二者保持相对静止运动，在每一个点位分别探测。定点法则是固定发射点位，在每一个接收点位上逐点接收信号。在11305 工作面两顺槽各300 m 范围内，布置发射点和接收点，发射点距25 m，接收点距5 m。

采用88 kHz、158 kHz 频率依次分别进行探测，测试结果如图2。

图2 无线电波透视法地质探测成像图

初步试验得知88 kHz 可探测工作面，后续数据处理中可使用88 kHz 频率的数据进行处理并对比分析结果。经过与巷道揭露断层位置对比可知，异常区域与巷道揭露断层区域较吻合。综合分析，可依据本次无线电波透视成果异常区推断此区域断层较发育，但断层在工作面内的延展情况、断层落差大小很难判断。

无线电波透视法88 kHz、158 kHz 共发现两处基本重合的地质异常，且异常有巷道揭露。异常呈区域状，范围较大。经对比分析，得出结论如下：

1）88 kHz 成果图中异常区分布细节更加清晰，探测精度更高。

2）158 kHz 成果图中，异常区边界可追踪性差，仅能反映出整体的低值或高值区域，细节无法分辨；但其整体场强值更高，代表采用该频率开展无线电波透视探测时将有更大的探测范围。

3）二者探测结果整体上吻合程度较高，可相互验证，以提高探测的可靠程度。

2.3 地质雷达法

地层中不同介质的介电常数各不相同，当电磁波在地层中传播时，不同的介质根据介电常数会相应发生反射、透射和折射。经过折射的电磁波会被地面天线接收，剩下的电磁波会继续向下传播，直到被更深处介质折射而后被地面天线接收，或是在地层中传播直至能量耗尽。通过分析接收电磁波的振幅，相位、时间等信息，可呈现出地层的雷达波图像，再经过后处理，可以获得地质体的位置、形态等信息。在11305 工作面试验段一个顺槽300 m范围内布置地质雷达测线，地质测试结果如图3。

图3 地质雷达法地质测试成像图

图3 中横坐标表示采区走向长度，左侧纵坐标表示雷达信号传播的时间序列，右侧纵坐标表示可探测的底板深度。在154～184 m 段范围有较强的反射波同相轴，可推断此范围内煤岩裂隙较发育。本次地质雷达的有效反射波同相轴最大深度约7.2 m，探测距离太短，因此无法探测煤层中的断层等地质构造的分布情况。

3 测试结果对比分析

1）槽波地震法基本探明了多处试验区内的已揭露或隐伏构造，预测的构造位置、延展方向等与实际情况基本吻合。

在本区域采用槽波地震法探测时的最佳参数为10 m 炮间距、10 m 道间距。采用上述参数时，该方法在本区域有较好适用性，穿透力强、探测准确率高、分辨率高。

2）无线电波透视法仅在预测区靠近大巷段有较明显的反应，远大巷段的几处断层未有反应，且探测的异常呈区域状，断层在工作面内的延展情况、断层落差大小很难判断。

在本区域采用无线电波透视法探测时的最佳参数为发射频率为58 kHz 和188 kHz，发射点距25 m，接收点距5 m。采用上述参数时，无线电波透视法能获取到综合场强值较大、场强变化层次清晰、分辨能力相对较高的探测成果，但无法准确判断断层的走向、落差。

3）本次地质雷达的有效反射波同相轴最大深度约7.2 m，探测距离太短，无法满足探测煤层中的断层等地质构造的技术要求。经过本次地质雷达法试验，可知地质雷达法探测距离短，不适用于井下回采工作面内隐伏构造的探测。

4 结语

1）槽波地震法的施工参数应为10 m 炮间距、10 m 道间距。探明了多处试验区内的已揭露或隐伏构造，预测的构造位置、延展方向等与实际情况基本吻合。

2）无线电波透视法的施工参数应为发射频率为58 kHz 和188 kHz，发射点距25 m，接收点距5 m。测试结果可推断测试区域断层较发育，但断层在工作面内的延展情况、断层落差大小很难判断。

3）地质雷达的有效反射波同相轴最大深度约7.2 m，测试中受井下干扰较大，实际探测距离短，无法满足探测工作面内断层等地质构造的技术要求。