瑞利波探测仪在吕家坨矿地质构造超前探测中的应用.pdf

河南科技3 下6 工 业技 术 INDUSTRY TECHNOLOGY 吕家坨矿所属井田内构造较复杂，次生构造极为发育，长 期以来都严重影响着矿井的安全生产。而当前井田复杂构造区 域内资源丰富，但是由于地质资料缺乏尤其是小构造发育情况 不详，给矿井采掘生产衔接工作带来了很大的困难，对机械化 回采工作面安全高效回采造成了不利影响。如何有效探测采掘 前方隐伏地质构造，并及时准确地做出地质灾害预测和预报， 是当前煤矿生产过程中尚未完全攻克的技术难题。本文，笔者 针对吕家坨矿利用“YTR（Ｄ）瑞利波探测仪”在井下工作面 进行构造探测的实践进行分析，该项探测通过施工验证，取得 了超前地质预报的良好效果，为吕家坨矿安全高效开采提供了 技术保障。 超前探测仪器“YTR（Ｄ）瑞利波探测仪”为瑞利波便携 式设备，可在井下进行微观地质构造勘查。先后在－ 800 水平 的四采区、－ 950 水平五采区完成了探测任务，取得了超前地 质预报 80 cm 的突破性探测效果。YTR（Ｄ）瑞利波探测仪可 用于井下全方位探测（可以用于生产掘进头前方，也可以用于 井巷道侧帮、采面以及煤层顶底板探测等），其特点是探测距 离大， 施工方便、 快捷， 在井下探测时只需3 4人即可进行作业。 一、吕家坨采面使用 YTR（D）瑞利波探测仪的原理 由于施工现场条件限制，该施工道与道之间的间距布置约 100 cm，震源激发点距第一个传感器约 100cm，测探模式瑞利 波布置如图 1 所示。 二、吕家坨煤矿井下瑞利波探测施工 1. 探测地点。吕家坨矿 5470Y采面相关参数见表 1。 2. 探测目的。探测 yf5逆断层的走向、延展长度、位置。 3. 探测模式。采用水平超前测深模式。 4. 布置方式。采用图 1 布置方式。 5 采样频率。采样频率为z。 6 记录长度。记录长度为。 叠加次数。叠加次数为５炮。 瑞 利 波 探 测 仪 在 吕 家 坨 矿 地 质 构 造 超 前 探 测 中 的 应 用 开滦能源化工股份有限公司 吕家坨矿业分公司 黄再树 三、探测结果 1. 数据分析。根据 5470Y 工作面的井下探测施工并提取数 据，将探测数据利用分析软件进行了分析，数据分析过程为 数据导入→数据处理→数据分析→得出结果。根据瑞利波探测 仪设备的特征，所测数据若未经过后期修改，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。原始数据如图 2 所示，最终分析结果如图 3 所示。 根据数据分析结果得出，4个探测点的波形图和信号异常 区显示，分析 yf5 逆断层由轨道巷向皮带巷大致以 180方向 延展。探测显示异常区信号向皮带巷方向逐渐减弱，分析断层 落差向皮带巷方向逐渐减小。在实际回采中采面 8 组揭露的逆 断层产状和延展方向，分析与 yf5逆断层为一条断层，且落差 向轨道巷方向逐渐增大。 2. 探测结果验证。该工作面回采过程中，自从采面下口揭 露 yf5逆断层后，逐步对超前探测区域的地质构造进行了施工 揭露，也对瑞利波探测提供的结论进行了实际验证。探测结果 对照见表２。 A，B，C，D，E，F 为传感器，Δ x 为传感器间距。 图 1 测探模式瑞利波布置 表 1 5470 采面相关参数 位置探测点探测目的 5470Y 轨道巷轨道巷 G9测点前13.0 m yf5逆断层的走向、延展 长度、位置及距离 5470Y 采面采面 37 组 5470Y 采面采面 22 组 5470Y 皮带巷皮带巷 P12 测点前 5 m 表2 探测结果对照 探测点主要异常区域实际工程验证备注 轨道巷 G9 测 点前 13.0 m 70 80m67m 见 yf5逆断层，其他顶板破碎 采面 37组2330m37m 见 yf5逆断层，其他顶板破碎 与采 面局 部超 前有 关 采面 22组25 30m21m 见 yf5逆断层，其他顶板破碎 皮带巷 P12 测点前 5 55见 yf5逆断层，其他顶板破碎 （下转页） 圆形基座 ACBDE Δ xΔ xΔ xΔ xΔ xΔ x F 机械震源 触发传感器 2012.07 .4 000 H .1 024 7. m 24 m42 m 7 9 河南科技3下 武夷山地带性土壤的黄红壤带，其成土母质相同。由于海拔都 在950 m左右， 气候条件相当， 且都位于坡度约 40 的中山坡地， 只是两地的植被条件存在差异，形成了两种不同的黄红壤。 在庙湾，植被多属于地带性植被常绿阔叶林，并且有人工 开垦的茶园及栽培的杉木、毛竹，竹阔混交或竹杉混交覆盖， 发育黄红壤；在坳头，以毛竹为主的植被类型形成了一种特殊 的黄红壤，研究中将其命名为棕化黄红壤。前者地带性植被以 常绿阔叶林为主；后者在人工维持下形成了具有单一优势种的 纯竹林，以人工植被为主，形成杉木、茶和毛竹等相结合的植 被类型。 2. 土壤理化性质分析。武夷山国家自然保护区现有的毛竹 林集中分布在实验区，其中约 80为人工经营，15 划入核 心区受到保护，5为天然毛竹混交林。本文，笔者在野外调 查的基础上，选取武夷山黄红壤带的 2 个具有代表性的剖面。 具体对比分析见表 1 和表 2。 （1）从土壤的剖面结构来看。普通黄红壤和棕化黄红壤的 剖面结构都有三层。普通黄红壤的剖面结构为 A– B– C，土壤 结构按粒状 – 块状 – 未风化母质逐层变化，总体呈黄色偏红， 颜色较亮，分层明显；棕化黄红壤的剖面结构为 Ah– AhB– B， 土壤结构按粒状 – 小块状 – 块状逐层变化，剖面呈黄棕色，颜 色较暗，分层不明显。 （2）从土壤的机械组成来看 . 棕化黄红壤各层次的的黏 粒含量显著高于普通黄红壤，而后者的粉黏比则偏大。对于 同一个剖面，普通黄红壤的黏粒含量由 A 层到 B 层增加，由 B 层到 C 层减少；而棕化黄红壤则黏粒含量随着剖面的加深 逐渐降低。 （3）从土壤酸碱度的数据分析来看。棕化黄红壤各层的 pH 值均小于普通黄红壤。对于同一个剖面，普通黄红壤的 pH 值变化较大；并且随深度的增大而增大，棕化黄红壤的 pH 值 在 5.2 上下波动。两种土壤整体都呈偏酸性。 （4）从土壤的有机质含量分析来看。棕化黄红壤各层有机 质含量远远高于普通黄红壤。对同一个剖面而言，棕化黄红壤 的有机质含量变化速率小于普通黄红壤的变化速率，其有机质 含量由 Ah 层的 34 g/kg 逐渐过渡到 B 层的 24 g/kg，而普通黄 红壤有机质含量则从表土层（A 层）的 20 g/kg直接降到了 B， C 层的 4g/kg。 四、结论 在相似气候、地形、相同母质和土壤条件下，所覆盖的植 被类型不同，土壤的理化性质有明显的差异，反映了土壤理化 性质除与其成土母岩、 气候和自身的物理化学性质密切相关外， 植被的作用也是不可忽视的。本文，笔者通过对庙湾普通黄红 壤与坳头棕化黄红壤理化性质差异的比较，得出棕化黄红壤是 在人工纯竹林的影响下形成的结论。毛竹林竹鞭穿插，须根根 系发达，对土壤的化学、生物风化作用相对较强，使棕化黄红 壤黏粒含量普遍高于普通黄红壤；有机质由上层被带到下层， 层次过渡不明显，使整个土层颜色变深；植被竹鞭、根系发达、 枯枝落叶参与多，加上人工维持，土壤有机质来源丰富，使棕 化黄红壤中有机质含量远远高于普通黄红壤。 另外，人工纯林对土壤养分、土壤酸碱度、土壤机械组成、 土壤颜色、土壤孔隙度等理化性质也具有不同层次的作用。植 被通过根系活动、枯枝落叶分解、植物有机酸的分泌等直接或 间接地参与土壤的成土过程，造成了棕化黄红壤与黄红壤在土 壤颜色、 质地、 结构、 有机质含量、 pH 值等理化性质方面的差异。 通过研究毛竹林生长的土壤环境，对普通黄红壤与棕化黄红 壤的这些差异进行了比较和分析，查明了不同的植被条件对土 壤发育的影响，可为土壤资源的合理开发与保护提供依据。 采样地点 土壤类型层次深 度 /cm结构 土 壤 颜 色 干 态湿 态 庙湾黄红壤 A0 23 粒状 、小 块状 亮黄棕 10YR 6.5/6 亮棕 7.5YR 5/6 B23 47块状 亮黄棕 10YR 6/8 亮棕 7.5YR 5/6 C＞ 47 未风化、 无结构 亮黄棕 10YR 6/7 亮棕 7.5YR 5/6 坳头 棕化黄红 壤 Ah0 16 细粒状、 小块状 黄棕 10YR 5/8 暗棕 7.5YR 3/4 AhB16 25小块状 黄棕 10YR 5/6 棕 10YR 4/6 B＞ 25块状 亮黄棕 10YR 6/6 棕 7.5R 4/6 表 1黄红壤和棕化黄红壤的部分物理性质比较 表 2黄红壤和棕化黄红壤的机械组成与部分化学性质比较 土 壤 类 型 层 次 深 度 / cm 机 械 组 成 / 粉 黏 比 黏 化 率 土壤质 地 OM/ （g/ kg） pH 砾石 20.05 mm 0.05 0.002 mm 0.002 mm 黄 红 壤 A0 237.475228201.4 B23 470.424628261.1 1.3 C＞ 472.185924.416.61.5沙壤土45.62 棕 化 黄 红 壤 Ah0 16 13.723730330.9黏壤土325.26 AhB 16 256.153930.430.61黏壤土245.14 B＞ 256.354336.620.41.8 0.6壤土245.21 四、结论 1．对 5470Y 工作面进行了多组探测，其中每组数据均有 异常区的显示，后经回采工程验证，其中有 3个点与断层位置 相符，其他点主要为岩层顶板破碎或者裂隙发育等，对实际生 产影响不明显；通过结果可以看出，实际存在的地质变化异常 探测精度可达％以上，显示的异常区域经揭露该煤层顶板破 碎情况比较严重。 2．探测出的异常区域经实际工程揭露，异常区域位置误 差均控制在 8 m 以内，对实际施工中相应地质变化无影响。 3．进采后验证 yf5逆断层由轨道巷向皮带巷延展，落差 向皮带巷方向逐渐减小至皮带巷歼灭，在该采面延展长度为 。 （上接 76 页） 2012.079 80197 m