大安山煤矿井下瑞利波超前探测技术.pdf

第 3 9卷 第 1期 2 0 1 1 年 2月 煤 田地质与勘探 CoALGE0I D GY E 【 0R棚0N Vl0l _ 3 9 NO． 1 Fe b． 2 Ol l 文章编 号 1 0 0 1 1 9 8 6 2 0 1 1 O 1 ． 0 0 6 8 ． 0 3 大安山煤矿井下瑞利波超前探测技术 王 维维 ，陈维新 ，康 宇 黑龙江科技 学院安全工程 学院 ，黑龙江 哈尔滨，1 5 0 0 2 7 摘要煤层开采过程 中的未知地质变化易造成安全生产事故。利用 YT R D 型瑞利波探测仪 ，对大 安山煤矿开采煤层进行了超前探测。探测数据显示的 1 2个异常区域经矿 方揭露，有 5处与地质变 化异常相符，其他为岩性界面差异或层理面。探测结果可作为煤矿安全生产的依据。 关键词瑞利 波 ；地质构造 ；超前探 测 中图分 类号 T D1 6 6 文献标识 码 A DO I 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 1 ． 1 9 8 6 ． 2 0 1 1 ． 0 1 ． 0 1 6 Ad va nc e d de t e c t i o n t e c hno l o g y o f g e o l og i c a l v a r i a t i o n i n D a ’ a ns h a n c oa l m i n e WANG W e i we i ， CHEN W e i xi n， KANG Yu S a f e tyE n g i n e e r i n gC o l l e g e ， He i l o n g fi a n gU n i v e r s i t yo f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ， H a r b i n 1 5 0 0 2 7 ， C 拥 Abs t r a c t Du r i n g c o a l mi n i n g ，u n k n o wn g e o l o g i c a l c h a n g e s c a n e a s i l y c a u s e a c c i d e n t s i n s a f e c o a l p r o d u c t i o n ． Y T R D R a y l e i g h wa s u s e d t o d e t e c t i n a d v a n c e c o a l s e a ms i n Da ’ a n s h a n c o a l mi n e ． De t e c t i o n d a t a i n d i c a t e d t h a t 5 o f 1 2 a b n o r ma l z o n e s e x p o s e d b y mi n i n g c o r r e s p o n d e d t o g e o l o g i c a l c ha n g e s ． a n d t h e r e s t wa s d u e t o d i f f e r e n c e o f l i t h o l o g i c a l i n t e r f a c e o r b e d d i n g s u r f a c e ．T h e d e t e c t i o n r e s u l t s c a n b e u s e d a s b a s i s f o r s a f e p r o d u c t i o n i n c o a l mi ne s ． Ke y wo r d s Ra y l e i g h wa v e ； g e o l o g i c a l s t r u c t u r e ； a d v a n c e d d e t e c t i o n 大安山煤矿所属井 田内构造复杂 ，次生构造发 育 ，一直是严重影响矿井安全生产的重要 因素 。目 前 ，井 田已进入 中期开 采 阶段 ，并 在轴部 区域 部分 煤层中布置了综采工作面，井 田产能及机械化程度 大幅度提高。由于地质资料缺乏尤其是小构造发育 情况不详 ，给矿井采掘生产活动 ，尤其是机械化采 煤工作面安全高效回采造成不 良影响。本文针对大 安 山煤矿特殊地质赋存形态 ，探索满足采掘工程要 求 、快捷 方便且 经济合 理 的井下瑞 利波探 测技 术 ， 为大安 山煤矿安全高效开采提供技术保障。 1瑞利波探测技术 瑞利波探测技术是煤炭科学研究总院西安研究 院物探所 根据 国家“ 七 五”科技 攻关项 目，于 1 9 9 1 年研制成功并首次用于煤矿井下的【 ” 。YT R D 瑞利 波探测仪是此系列仪器的最新改进型 ，其优点主要 是 在探测 深度 和探测 可靠性 上有 了较大 的突破 。可 以探测 到地 表 以下 或水平 前方 3 ～ 8 0 m 地质构 造 的 岩性介 面【 2 J 。 YT R D 型瑞利波探测仪有如下特点 a ．信号通道为 6 道 ， 信号叠加能力强， 精度高 ； b ．测点布置钢钎稳定 ， 能适应于煤矿井下各种 围岩条件 ； C ．操作软件简便易操作 ，设置好基本数据后 ， 探测施工操作容易； d ．所测信号直观， 随着探测施工的进行可直接 看到所测信号数据情况 ，并随时可进行调整 ； e ．数据分析软件简捷 ， 仪器配套数据分析软件 操作简单 ，分析数据结果直观，可供任何部门技术 人 员使用 ； f ．探 测精度高 ，探测范围内赋存构造探知率 1 0 0 ％，即探测 区内实 际存在 的地 质构造在探 测结 果 中 1 0 0 ％有明显异常显示 ；非构造显示误差 1 0 ％左 右 ，即探测出的异常点处无 明显异常地质构造 ，仅 为介质面变化或层位变化的处理误差 ；数据与实际 赋存构 造位 置误差 在 5 m 左右 。 2 大安山煤矿井下瑞利波探测施工 2 ． 1 探 测 目的 a ．对掘进巷道前方进行超前探测 ， 探测出未知 小构造的位置 ，防止掘进过程中遇到未知地质构造 变化带 时发 生安全 事故 ，同时提 高支 护质量 。 收 稿 日期 2 0 1 0 ． 0 6 ． 0 9 作者 简介 5 E 维维 1 9 8 l 一 ，男， 黑龙江阿城人，硕士， 讲师，从事矿山压力控制 、地 质构造超前探测 、安全工程研究 第 1 期 王维维等大安山煤矿井下瑞利波超前探测技术 6 9 b ．对 煤层 工作 面进行 深 层探 测 ， 探 测工 作 面区 域 内地 质构造 变 化情 况 ，为 工作 面安 全生 产 提供 技 术保 障。 c ．对 已知地 质 变化带 进行 探测 ，探 测 出地质 变 化带发育情况 ， 如对 1 0槽煤 中厚夹石 的探测 ， 探测 出煤层变厚位置 ，以便资源 回收 。 2 ． 2探测位置 分 别对大 安 山煤矿 5个煤 层 的 7个 地点 进行 了 探测 ，探测位置如表 1 所示。在各个探测地点分别 进行 了多组瑞利波探测 ，探测所得数据进行编号 ， 拟进 行数 据分 析 。 表 1探测 位置 及 目的 T a b l e 1 D e t e c t i o n l o c a t i o n a n d o b j e c t i v e s 3探 测 结 果 3 ． 1 数 据 分 析 将井下探} 贝 0 采集到 的数据拷 贝到地面计算机 ， 利用瑞利波探测仪器配备的数据分析软件进行数据 分析。数据分析过程为 数据导人一数据分析一均 衡数据。根据瑞利波探测仪设备的特征 ，所测数据不 进行后期修改所得结果为最真实准确的，因此每个测 点 均测取 了 多组数 据 ，最终 分析 结果 如 图 1 所 示 。 经 过 数据 分 析所 得 结果 ， 显 示 出测 点 垂直 方 向 内不同深度上的异常位置，各测点均不同程度出现明 显异常区域。结合矿方地质技术人员判断，对各测点 探测 出的异常进行 了异常 区域地 质变化分析 ，所得地 质异常位置作为矿方巷道掘进施工、工作面回采的超 前 预测 ，进 而采 取相应对策预案及技术 措施 。 3 ． 2探测结 果验证 在矿方后期巷道掘进 、_ [ ． 作面回采过程 中，逐 步对超前探测区域进行了工程揭露 ，对瑞利波探i 贝 0 结 论进 行 了实 际验证 。 探测结 果 对照 如表 2 。矿 方 所 给验证 结论 如下 a ．对大安 山煤 矿 7 个 地 点进 行 的多组 探测 ， 共 探测 出异 常 区域 l 2个 ， 经 工程验 证 有 5 处 与 地质 变 化相符 ，有若干点为岩性界面差异或层理面 ，对实 际生 产影 响不 明显 ；实际 存在 的地 质变 化 异常 探测 精度可达 1 0 0 ％， 探测显示的异常区域经揭露有 5 0 ％ a a a 0 2 01 1 a a a 0 3 0 1 1 a a a 0 4 01 1 -m r 1 5 i l 【 、 、 I 2 0 } j } 、 } 3 0 I ’ 4 ． 7 2 - 一 r- I 5 0 ～ 1 ～ 卜 j i 1 0 } 1 J l 5 i } 一 { 2 0 } 一 j l _二 c - r - | c c c O n 1 0 I n 1 I1{ C C 0 2 ，0 1 l c c c 0． 3 。 ” 嚣 毒 鞋 圭 1 0 一 七 一 l 2O 圭 { { 40 50 k O 0 士 廿 f 5 O ～ 2 0 0 b 图 1 数据分析结果 Fi g．1 Pr o c e s s o f d a t a a na l ys i s a 一深部 频散曲线 b 数据分析结果 表 2 探 测结 果对 照表 Tabl e 2 Com pa r i s o n of de t e c t i o n r e s ul t s 未发现明显地质异常，即存在地质变化的区域通过 探 测均 已测 出 。 b ．探测 出的异常 区域经实际揭露异常区域位 置误 差在 5 m 以 内 ，对实 际施 工 中相应地 质变 化带 预 防措施 无影 响 。 4瑞利波探测仪使用注意事项 4 ． 1 底板探测注意事项 底板 探测 一般 采 用 6 道 观测 系统 ， 道 间间隔 1 m， 震 源距第一道距离 1 m， 观测系统布置共计 6 m。 底 板探测需要注意如下事项 a ．如果巷 道 内有钢 轨 ，钢钎 尽量 不要 固定在 钢 轨 的 中间或者 紧贴 钢轨 ； b ．如果是硬度较高的岩石巷道 ， 且底板没有浮 渣 ，钢钎无 法 固定 的 情况 下 ，可先 确定 检波 器 固定 的位 置 ，并 对 确定 的 位置进 行 清理 ，之 后采用 粘 接 7 0 煤 田地 质 与勘探 第 3 9 卷 如石膏 的方法对检波器进行固定。如测点较多，也 可以通过 先粘接 铁 片 ，之后 用磁 铁 固定 检波器 ，这 样 可 以提 高工作效 率 ； c ．尽量保证工作地点附近没有打钻或矿车经 过等影响因素。 4 ． 2 侧帮探测注意事项 侧帮探测采用的布置方式跟底板探测相似。 a ．钢钎 的固定位置 应尽 量远离锚 杆 ； b ．钢钎 不要 与金属 防护 网接触 ， 震源 垫也需 避 开金属防护网直接与测量面接触； c ．如果是硬度较高的岩石巷道 ， 则可参考底板 探 测 中的注意点 b ， 具体 施工方 法 与底 板探测 相 同 ； d ．尽量保证工作地 点附近没有 打钻或矿车经 过等 影响 因素 。 4 ． 3 迎头超前探测注意事项 超前探测根据迎头掌子面宽度不同可选用两种检 波器布置方式。如掌子面宽度大于 3 m 则可采用短观 测系统 ，即每两道检波器之 间距 离 5 0 c m， 震源距离第 一 道检波器距离也为 5 0 c m 的布置方式。 如果掌子面宽 度小于 3 m， 第一、 第二、 第三道检波器间距离 2 0 c m， 第三、 第四道检波器间距离 1 m， 第四、第五、 第六道 检波器间距离 2 0 c m，震源距离第一道检波器距离 1 m 的布置方式。迎头超前探测注意事项如下 a ．掌子面上岩石有时会发生松动， 施工前必须 仔细检查掌子面岩石完整情况 ，确保安全的情况下 再进行检 波器 的 固定 工作 ； b ．可根据情况尽量找宽度最大的地方作为测 点布置位 置 。 4 ． 4 钢钎及传感器安设注意事项 为了要取得 良好的探测效果 ，原始数据的采集 非常重要 ，在井下瑞利波探测系统布置 中，不论是 哪种探测 ，都要注意 a ．钢钎一定要与探测面固定牢固，确保无表面 松动和表浅裂隙； b ．钢钎尽量与探测面形成垂直角度 ； c ．震源和 7 根钢钎之间间距可以根据实际情况 作一定调整 ，但应尽量布置在一条直线上 ，并且应 记录下每两根钢钎即检波器间的实际间距 ，并在数 据采 集开始 前输入 仪器 ； d ．在连接传感器时，应慢慢接触钢钎 ，以免磁 力过大震碎传感器探头， 且传感器按序号进行连接 ， 互相避 免交叉 。 4 ． 5 现 场操作注意事项 在系统布置完毕探测参数输人主机后 ，开始进 行 探测施 工 ，探 测施工 过程 中需 要注 意 以下 事项 a ．放炮 人员 与主机操 作人员 分工 合作 ， 放炮人 员应由2人组成，一人扶持震源垫，一人敲击；放炮 人员需听从主机操作人员命令进行放炮，主机操作人 员根据主机接受信号强弱要求放炮人员进行放炮力度 调整或对信号增益值进行调整以达到可采集数据 ； b ．扶持震源垫人员在一个测点探测过程中， 应 使震源垫保持在同一位置 ，且与壁面接实 ； c ．放炮人员在一个测点探测过程 中应尽量保 持原 位进 行放炮 ，放 炮力 度一旦 满足数 据采 集后 ， 应尽量保持同一力度 、同一方向，且每一次放炮后 应控制住大锤不落地 ，不擦碰测点壁面，以免产生 振动对数据造成影响； d ．主机操作人员必须保证所采集的每组数据 的完整性 、一致性 ，即在同一测点设置参数相同， 信号增益值在一个测点应相同，且每组数据中没有 明显坏道 ，一般信号波形控制在 1 2 d b以内的数据 为最佳数据 ，最好不超过 2 4 d b ； e ．主机操作人员应选择干净、平整的地点安放 主机 ，轻拿轻放 ，以免使主机受潮受损 ，操作在保 证质量的同时应快捷 ，尽量使同一测点在短时间内 完成 ，这是 因为随着对测点壁面的敲击放炮 ，以及 应力的变化 ，测点煤岩体容易产生变形 、破坏 ； ￡在同一测点探测过程中， 增益值调整后不可再 调整 ，数据有坏道时可通过调整放炮力度重新放炮 ， 否则同一测点数据将由于不同增益值影响探测结果。 5结论 a ．利用 YT R D 型瑞利波探测仪 ，对大安山煤 矿部分煤层进行了探测施工 ，探测出了采空区、断层 等多处地质异常，为煤矿安全生产提供了技术支持。 b ．通过瑞利波探测技术在大安 山煤矿井下 的 应用 ， 总结出 YT R D 型瑞利波探测仪在煤矿井下探 测 时 的诸 多注 意事项 。 c ．通过瑞利波探测技术在煤矿井下的使用 ，为 物探技术 、 设备在煤矿的推广应用起到了推进作用。 参考文献 [ 1 ] 赵存明 ， 沈斐敏 ，张燕清 ，等． 瑞利 波探测公路施工隧道含水 断层破 碎带Ⅲ．煤 田地质与勘探 ，2 0 0 8 ，3 6 2 7 2 7 5 ． [ 2 ] 张文吕， 张军 ． 瑞利 波探测仪在屯兰矿地质构造超前探测 中的 应用 【 J ] ．华北科技 学院学报 ，2 0 0 8 ，5 2 1 6 1 9 ． [ 3 ] 肖书安 ，吴世林． 复杂地质条件下的隧道地质超前探测技术 [ J ] ． 工程地球物理学报 ，2 0 0 4 ，5 2 2 3 2 5 ． [ 4 】杨勤海， 李洪涛， 吴悦． 瑞利波勘探技术在水库勘察中的应用 f J ] ． 物探与化探 ，2 0 0 4 ，4 1 2 1 - 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