工作面隐伏断层矿井地震波超前探测.pdf

Va l u e En g i n e e r i n g 6 1 工作面隐伏断层矿井地震波超前探测 Ad v a n c e d De t e c t i o n o f Ea r t h q u a k e W a v e f o r t h e Fa u l t s Co n c e a l e d i n W o r k i n g F a c e o f M i n i n g W e l l 徐 夕岭 X u X i l i n g 开滦唐山矿业分公司， 唐山 0 6 3 0 0 0 Ka i l u a n T a n g s h a n Mi n i n g B r a n c h， T anh an 0 6 3 0 0 0， C h i n a 摘要 为防止生产过程中突水事故的发生， 保证掘进工作面的安全施工， 根据矿井巷道地震波超前探测方法的特点和使用方法， 对开滦唐山 矿岳胥区掘进工作面中D F 1 1 断层及其伴生小断层 、 裂隙发育区的构造位置和富水性进行超前探测研究， 并对水文地质情况进行分析探讨， 为巷 道设计、 支护及矿井防治水提供依据， 对岳胥区工程安全施工具有重要指导意义。 Ab s t r a c t T o p r e v e n t w a t e r i n r u s h i n c i d e n t s i n t h e p r o d u c t i o n p r o c e s s a n d e n s u r e t h e s a f e t y o f h e a d i n g f a c e c o n s t r u c t i o n ，a c c o r d i n g t o t h e c ha r a c t e r i s t i c s o f and the u s i ng me tho d s o f the a d v an c e d d e t e c tio n me t h o d s o f e a r t h q u a k e wa v e o f mi n e t u n n e l ，山e pa pe r ma d e a d v an c e d d e t e c tio n t o t h e DFl l f a u l t i n t h e mi n i n g f a c e of Ka i l u an Tan g s h a n mi n e Yu e x u z o n e ，s t r u c t ur a l p o s i t i o n a nd wa t e r y of a s s o c i a t e d s ma l l f a u l t s and f r a c t u r e d z o ne ． an a l y z e d the h y d r o g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s ，whi c h pr o v i d e d b a s i s f o r r o a d wa y d e s i g n ，s u p po r t an d c o n t r o l of wa t e r an d h a d i mp o r t an t g u i da n c e s i gni fi c a n c e f o r the s a f e t y c o n s t r uc t i o n ． 关键词 掘进工作面； 地震波； 水文地质； 超前探测 Ke y wo r d s he a d i n g f a c e ； s e i s mi c wa v e s ； h y d r o g e o l o g y； a d v a n c e d d e t e c tio n 中图分类号 T D 7 6 文献标识码 A 0 引 言 Y 2 5 2工作面位 于唐 山矿 岳胥 区 l 1 水 平 ， 南、 西部 为井 田边界 及 F 5断层。 东部为 7 1 7 3 、 7 0 5 0 、 7 0 5 0西 、 7 1 7 0等开 拓巷道 ， 北部无 采掘工程。该工作面在 5煤层顶板含水层下施工 ， 此处含水层直接 接受冲积层补给 ， 动水补给量充沛 ， 不易疏干。 根据地面三 震勘探成 果 资料 ， 向前掘进 将至 D F 1 1断层 ， 其 间还 可 能存在 一些小 断层和 裂隙发育区。对 Y 2 5 2工作面安全掘进施工及岳 胥区工程构成潜在 威胁。 为保证掘进施工安全 ， 需查 明前 方构造位置及其富水 性， 为巷 道设计、 支护及矿 井防治水提供依据。 结合风巷的实际情况 ， 采用矿 井巷道地震波超前探测方法， 力求提高探测的准确率。 对Y 2 5 2工作 面的安全掘进施工以及岳胥区工程的施工具有十 分重要 的意义。 1 矿井震 波超前探测基本原理 矿井 震波超 前探测是应 用地震波在传 播过程 中遇到 不均 匀地 质体时会 发生反射 的原理 ， 结合巷道 的特 点 ， 设计研 制 的沿巷道后 方布置 震源和传感器来 探测巷道前 方地 质条件和水 文地质 条件 的 观测系统。震波是由特定位 置进 行小型爆破产生 的， 爆破点一般是 沿巷道左 右 帮平行洞底成直线排列 ， 这样 由人 工制造一系列有规 则排列的轻微震源 ， 形成地震断面。这 些震源发出的地震波在遇到 地层层面、 节理面 、 特别是断裂破 碎界面和溶洞、 暗河 、 岩溶 陷落柱 、 淤泥带等不 良界面时 ， 将产生反射波。 2 矿井震 波超前探测 井下施工 2 ． 1测线布 置与数据采 集现场 探测工作 在 Y 2 5 2工作面 掘进 超前风巷迎头处展开。因该工作面在 5煤层顶板含水层下施工 ， 此 处含水层直接接受冲积层补给， 动水补给量充沛 ， 不易疏 干。为了进 一 步查明前方构造准确 位置及裂隙发育情况 ， 现场进行 了地震超前 探测与预报 ， 为掘进施工安全提供有效 的技术参数。 2 ． 2矿井震波超前 MS P现场布 置测线布置左帮上 ， 水平布 置， 炮孔 2 6个 接收传 感器 点为 2个 即 C 1 、 C 2 。 传感器及炮孔顺序和 方 位见图 1 ，设计炮 间距 2 m。其 中 C 2传感器 距离 P 2 6号炮 点 1 5 m， C 1 点距 C 2点 5 m。标 志点风轴距 离迎头 5 ． 5 m。 说明 e e 2为 s P僚感器- P 1 2 6 炮腻。 图 1 迎头 MS P超前探测测线布置 图 3 矿 井震波 MS P超前探测数据处理与分析 3 ． 1数据处理将现场采集到 的物 探数据经过处理转化 为可利 用的物性 图件 ， 其 处理流 程 为 数据预 处理频 谱 分析 直达 作者简介 徐夕岭 1 9 8 5 一 ， 男， 安徽明光人， 毕业于安徽理工大学资源环境 与城 乡规 划管理专业 ， 助理 工程 师， 现工作于唐 山矿业分公 司地 测科 ， 分管矿 山水文地质。 文章编号 1 0 0 6 4 3 1 1 2 0 1 2 O 1 一 o o 6 1 一 O 1 波求取 反射波提取 速度分析 深度偏移界面提取。 根据速度谱并结合现场岩性情 况，再结 合以往探测 的验证结果 ， 本 次 MS P探测取综合速度 为 2 ． 5 r r d ms 进行偏移处理 速度。 频谱分析处 理利用 F 兀’ 工具对本巷道采集的地震波形进行频率域分析， 作用在 于掌握对本巷道在炸药震源条件下 的地 震波 主频 分布范围 ， 有利于 指导后续数据的处理。 采用各记录源检距和初至到时可拟合成直达 波初至直线 ， 经分析直达纵波速度为 2 ． 5 m ／ m s 。 利用直达波速度可基 本确定本探测区域速度范 围并作为深度偏移 时的速度背景值。 深度 偏移处理 为 MS P处理 的核心部分 ，在给定速度模型 的条件将来 自 前方介质的反射能量偏移归位至空间点上。 以此成果图件为基础提 取巷道前方反射界面 。基于直达波速度 ， 本次均匀速度背景值 取值 为 2 ．5 m ／ m s 。 由于 采用炸药震源， 探测距离较远 ， 以 C 1为相 对零点 ， 整体探测距离达 到 2 2 7 m， 其中 已揭 露区 7 7 ． O m， 未揭露区 1 5 0 ．0 m。 3 _ 2结果分析用 MS P方法得到的巷道前 方地震纵波界面 提取 面 ， 从剖面 中分析 可以看 出， 自迎头 向巷道前 方 1 5 0 m范 围内存在 有较为 明显 的反射相位 ，异常界面距 当 日迎头前方 6 8 7 3 m段 ， 而 距风轴点为 7 3 ． 5 7 8 ． 5段 ， 较强的反 射界面距 当 日迎头前 方 9 3 9 8 m 段 ， 而距 风轴 点为 9 8 ． 5 1 0 3 ． 5 m段 ， 其界面反射 能量较 强 ， 同时在横 波剖面 中可 以发 现在 当 日迎 头前 方 5 - l O m段具有反 射波相位 ， 可 能为存在的裂隙发育的特征表现。 ’ 4 结论 和 建 议 通过超前地 震现场进行勘探 ， 综合上述纵横波偏 移结果及现有 地质资料， 得出如下 ①推断在风轴测点前方7 3 ． 5 7 8 ． 5段存在 R 1 异常界面 ， 在 风轴点前 方 9 8 ． 5 1 0 3 ． 5 m段存在 R 2异常界面 ， 在 风轴 点前方 1 2 8 ． 5 1 3 3 ． 5 m段存在 R 3异常界面。 ②结合地质资料将在风 轴测 点前 方 7 3 ． 5 7 8 ． 5段 R 1异 常界 面推 断为破碎 带或者小构 造 ， 裂隙较发育。规模较小， 对掘进影响不大。③从 M S P超前探测结果 得 出 ，相 对风 轴点 向巷道 前 方 9 8 ． 5 1 0 3 ． 5 m 存在 R 2异常 界面和 1 2 8 ． 5 1 3 3 ． 5 m处存在 R 3界面推 断为具有一定 规模 的构造、存在断 层或破碎带， 对巷道掘进有_定影响。 ④综上， 在探测控制范围内可 安全掘进 ，在掘进通过预报 的构造 或破碎 带时提前做好防治措施 ， 加强顶板管理和 巷道支护 。 通过超 前探测 ，基本 了解 了 D F 1 1断层 区域内 的水 文地质 情 况。 因第一次进行地 震超前探测 ， 其地震波速选取对断层 界面位置 的解释产生一定的影Ⅱ 向， 建议掘进过程中加强地质编录， 以便后续 探测的深入分析 。 同时做好异常界面 处的安全技术措施。 确保 Y 2 5 2 工作面的安 全生产。 参考文献 f 1 1 ％树 才 ， 刘志 新， 姜志海． 瞬 变电磁 法在 煤矿采 区水文勘探 中的应用 叨． 中国矿业大学学报．2 0 0 5 7 ． [ 2 】 赵永责， 刘浩， 孙宇， 肖宽怀． 隧道地质超前预 报研究进展 叨． 地 球物理 学进展， 2 0 0 3 ， 0 3 ． 【 3 ] 何振起， 李海， 梁彦忠刷 用地 震反射 法进行 隧道 施工地质超前预 报阴． 铁道工程学报， 2 0 o 0 ， 4 ．