深部巷道多元地球物理信息与地质异常特征分析.pdf

1 5 2 能 源 技 术 与 管 理 En e r g y T e c h n o l o g y a n d Man a g e me n t 2 0 1 4年第 3 9卷第 1 期 Vo 1 ． 3 9 N o ． 1 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／j ．i s s n ． 1 6 7 2 9 9 4 3 ．2 01 4 ． 0 1 ． 0 6 0 深部巷道多元地球物理信息与地质异常特征分析 孙利根， 彭超南， 钱俊， 赵大彭， 樊如 徐州矿务集团 夹河煤矿， 江苏 徐州 2 2 1 1 4 1 [ 摘要] 深部巷道多元地球物理勘探信息，可对前方岩性软硬变化及其富水性与断层构造 等地质异常特征进行超前预报。巷道反射地震波法对岩性异常和断层构造等特征 具有长距离、 高分辨探测能力， 且巷道地震波谱特征能有效反映岩性变化； 巷道瞬 变电磁法对前方岩层富水性变化反映灵敏 ；巷道直流电法具有精细识别前方岩性 变化与岩层含水之 间的相对特征。在 同一巷道空间， 采用多元地球物理探测信 息与 地质特征 的融合分析 ，能够准确判定巷道 围岩3 - 程地质和前方地质与水文地质异 常变化， 为深部巷道安全高效掘进提供有力的技术保障。 [ 关键词] 深部巷道； 多元地球物理信息； 地质异常； 超前探测 [ 中图分类号]T D1 6 3 ． 1[ 文献标识码]B [ 文章编号]1 6 7 2 - 9 9 4 3 2 0 1 4 0 1 - 0 1 5 2 -0 2 0引 言 煤矿巷道经常遭遇过断层、 冒顶、 突水 、 瓦斯 突出、 老空区等突发灾害， 因此， 对巷道前方地质 条件的超前预测是矿井巷道掘进等现代地下工程 的重大需求。对深部巷道前方构造及异常探测属 于隐伏 目标体定位 问题 ，虽然可用的物探方法较 多， 但各种方法的影响因素众多， 其探测精度受到 深部三维空间的限制，探测结果很难满足工程生 产技术发展的要求。通过对深部巷道多元地球物 理信息的测取，可进一步提高巷道工程施工过程 中对地质异常体定位的准确性，能够对前方地质 构造进行有效预测，从而为巷道施工及时提供技 术支撑 。 1 多元地球物理信息综合探测方法 1 ． 1 深部矿井巷道探测地球物理条件 矿井巷道综合超前探测主要解决的是煤与岩 层 、 岩层破碎带等分界面问题 ， 煤层作为一种特殊 的介质体， 与其顶底板岩层之间存在明显的差异。 通常说， 煤层在煤系地层中属于低速、 低密度的软 弱夹层。 按照波阻抗理论， 一般对于煤层及其围岩 的岩样测定平均密度参数分别为 P 。 1 ． 3 g ／ e m ， p 2 2 ． 6 g ／ c m 。 煤层及岩层地震波平均波速分别为 1 1 2 0 0 m ／ s ， V 2 3 5 0 0 m ／ s ，反射系数为 0 ．5 左 右。这表明， 煤岩界面是一个强反射界面， 有利于 进行与煤层及煤层构造有关的地震波探测工作。 在煤矿深部巷道中， 由于受局部应力集中作用， 在 巷道周围普遍形成围岩松动圈，造成地震波激发 接收不均匀 ，这是实际工程巷道地震探测的一个 难题 ， 初步总结煤系地层巷道岩层的纵波波速变 化如表 1 所示⋯。 表 1 煤矿深部巷道附进围岩波 速特征 m ／ s 煤层 主要为烟煤电阻率值相对较高 ， 在 3 0 0 m左右 ， 顶底板岩层阻值较低 ， 在 1 0 0 Qm， 左右， 煤系中水体的电阻率在 1 0 Q m左右。当岩 层发生变化， 如遇断层带或含水体时， 则其导电性 发生明显变化， 局部电阻率值异常。 根据岩层电性 在纵 向和横 向上的基本特征 ，可对地质异常体进 行判定 ， 这是巷道电磁法超前探测的地质基础。 1 ． 2 巷道常用地球物理勘探方法 1 ． 2 ． 1 矿井地震探测法 MS P法 在煤矿巷道中， 基于地震波的超前预报技术 ， 主要是利用主动激发的地震波，在地震波的传播 过程中遇到异常地质体或地质界面时，由于存在 波阻抗差异， 该位置会发生反射， 结合巷道本身的 特点， 一般在迎头后方布置炮点 锤击点 和接收 点获取有效反射地震信号，来反演迎头前方构造 地质情况 。现场布置如图 1 所示 。 MS P法与 T S P的不 同点在于 MS P法的激发 接收点具有任意性和多样性，自适应 T P 变换分 离波场，多组不同位置的检波器数据可接收前方