瑞利波技术在煤矿井下超前探测中的应用(1).pdf

S e r i a l No ． 5 3 4 Oc t o b e r ． 2 0 1 3 现代矿业 MODERN MI NI NG 总 第 5 3 4期 2 0 1 3 年 l 0月第 1 0期 瑞利波技术在煤矿井下超前探测 中的应用 王 益 中煤科工集团西安研究院 摘 要 通过瑞利波技术超前勘探原理、 井下数据采集及资料处理方法的介绍， 并通过该技术 在 山西某矿井下巷道跟踪超前探测中的应用实例 ， 论述其地质效果。实践表 明， 该技术在煤矿井下 短距 离超前探测构造、 陷落柱和采空区方面效果较为明显。 关键词瑞利波频散 曲线超前探测探测距 离 当前煤矿淹井 、 瓦斯突出等安全事故频发 ， 随着 煤矿重组 ， 小煤窑的陆续关 闭， 大型煤矿企业面临一 个严峻问题就是采 空区探查 ， 但 目前 的地面物探技 术对埋深较大的采 空区无能为力 ， 在井下巷道开拓 和采煤工作面布置过程中， 一旦遇到采空区， 涌水及 瓦斯等有害气体逸出都有可能引起安全事故。 长期 以来 ， 瑞利波探测技术在地面工程勘察 中 运用较多而在解决煤矿井下地质 问题 中运用较少。 利用弹性面波中瑞利 面波的传播特性 ， 在井下巷道 堵头开展瑞利波跟踪超前探测， 全国几十个煤矿井 下试验及在山西某矿井下跟踪探测实际应用效果表 明该技术在煤矿井下短距离超前探{ 贝 0 断层 、 采空 区 方面效果明显 ， 但随着煤矿机械化程度的提高 ， 短距 离探测不能满足生产的需要 ， 进行长距离超前探测 仍是未来研究的方向。 1 瑞利波超前勘探原理 瑞利波属于面波， 其传播速度随频率的变化而 变化， 即在不均匀介质 中瑞利波有频散现象 ， 该特征 为利用瑞利波勘探的物理基础。 瑞利波较体波衰减速度慢得多， 因此可以传播 更远， 该特点为实现长距离勘探提供了依据 ， 此外瑞 利波还具有能量最强 、 频率最低 、 容易分辨的特点 ， 这些特点为利用瑞利波作为勘探方法提供了很好的 条件 。 2 数据采集 瑞利波数据采集采用纵观测系统 ， 将传统的 2道 改为6 道接收， 通过多次叠加和相关叠加使频谱增 大 ， 干扰减小。理论上说增大道间距可以获得更多低 频成分， 反映更深处的地质信息， 但道间距过大会带 王益 1 9 8 2 一 ， 男 ， 助理工程师 ， 7 1 0 0 7 7陕西省西安市高新 区 锦业一路 8 2号。 7 4 来更多干扰波 ， 同时受到巷道堵头宽度过小的限制。 根据井下施工条件 ， 为保证探测的精度和深度， 经过 长期的实践研究， 在巷道堵头超前探测 ， 道间距一般 采用 0 ． 5 m[ 。采用中煤科工集团西安研究院研制 的 Y T R D 瑞利波探测仪采集的原始数据见图 1 。 辎 5 3 2．5 5 7 ． 5 8 2 ． 5 l 0 7 ． 5 l 3 2． 5 采样时间／ ms 图 1原始数据采集记录 3 数据处理 实践表 明， 直接利用测得 的瑞利波频散 曲线及 依据“ 之” 字型法则进行层位划定和地质解释， 误差 较大。为了显示更直观， 经过反演计算 ， 作出了以横 坐标为异常振幅， 纵坐标为探测距离的成果图。 成果图中出现波峰的地方即表示有异常出现 ， 当然异常包含正常 的地质分层或构造 ， 波峰隆起 越 大， 表示异常强度越强， 平直区段表示正常区。显然 对于水平均匀 煤层 介质来说 ， 由于无地质分层存 在， 一旦遇到构造或采空 区， 将 出现频散现象 ， 成果 图上直观显示会有大 的波峰出现 ， 而小的隆起异常 多半为煤层破碎或节理发育所致 。 4工程应用 山西某矿为一新建矿井 ， 由于井 田内前期小煤 窑众多， 且地质资料不全 ， 采空区对该矿生产存在潜 在威胁 。西安研究院针对其采区 3条中央大巷进行 瑞利波超前跟踪探测 ， 3条大巷布置见图 2 。 山西某矿中央皮带大巷南掘进头瑞利波超前探 测成果见图 3 。道间距 离为 0 ． 5 m 等距 ， 震源点 离第一个检波器距离为 1 ． 0 m， 锤击激发方式。探 测结果显示共 出现3 处 异常 ， 异常中心位置分别 出 王益 瑞利波技术在煤矿 井下超前探测中的应用 2 0 1 3年 1 0月第 1 O期 口t 01 中央皮带大巷 ．n ． I 中 央 辅 运 大 巷 J L，UUU 图 2 巷道布置示意 现在探测起点前方 0 ． 5 、 9 ． 5和 1 9 ． 5 m， 表明该 3处 异常可能有构造或地质分层出现。根据采掘揭露资 料 ， 在 0 ． 6 r n 处煤层破碎 ， 9 ． 1 m处煤 层应力集 中， 节理较发 育 ， 1 7 ． 62 1 ． 1 m段揭 露小煤窑采空 巷 道 ， 宽 3 ． 5 m， 东西走向 ， 探测结果 与揭露巷道 中心 位置误差为 0 ． 2 m。 1 ． 0 O盘 0 ． 6 蟮0 ． 4 O ． 2 O 拳 2 异 常 3 ／ 探 测 距离／ m 图3 山西某矿皮带大巷南头瑞利波超前探测成果 山西某 矿 D F 3断层瑞利 波超 前探 测成果见 图 4 。探测地点分别在三条大巷北边进行 ， 探测起点进 行归一化处理 ， 道间距离仍为 0 ． 5 m 等距 ， 震源点 离第一个检波器距离为 1 ． 0 m， 锤击 激发方式 。在 回风巷探测起点前方 1 3 ． 8 m、 皮带巷探测起点前方 2 6 ． 2 m、 辅运巷探测起点前方 4 1 ． 8 m附近发现异 常 ， 3处异常波峰较大 ， 表明该 3处可能会有构造或 地质分层 出现。根据采掘揭露资料 ， 3异 常附近均 遇到砂岩断层 ， 异常为煤层与断层面交界面引起 ， 且 异常 中心与断层位置吻合较好 ， 连接3 异 常控制 断 层走 向与地面三维地震资料完全一致。 暑 砌 霞 捌 距 离／ m 图 4 山西某矿 D F 3断层瑞利波超前探 测成 果 瑞利波技术在山西某矿井下超前跟踪探测应用 的结果表明， 该方法分辨率高， 随着探测距离增大， 精度有所降低 ， 即异常宽度变宽 ， 但仍对异常反应 明 显 ， 根据大量实践工作总结 ， 在保证数据采集质量的 前提下 ， 该方法进行短距离探测效果 良好 ， 有效控制 范围为 5 0 m。 5 结 语 井下瑞利波技术具有施工快速灵活， 分辨率高 ， 适用场地小等特点 。在煤矿开采条件 日益复杂的形 势下 ， 瑞利波技术 以其探测构造 、 陷落柱和采空巷道 方面独特优势在煤矿井下有 良好的发展前景 。实践 表明 ， 该技术进行短距离探测效果 良好 ， 但为更好适 应机械化采煤的需要 ， 需要对长距离勘探精度和可 靠性作进一步研究 。 参考文献 [ 1 ] 储绍 良． 矿 井物探应 用[ M] ． 北京 煤炭工业出版社 ， 1 9 9 5 ． [ 2] 从皖平 ， 张鹏， 王继矿． 多道瑞利 波在矿 井独 头巷道 超前探 中的应用[ J ] ． 煤 田地质与勘探 ， 2 0 0 8， 3 6 4 7 0 -7 2 ． 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 8 - 2 6 上接第 5 9页 3 钛铁矿开发前 景 富宁地 区的钛砂矿因地质工作程度低 、 钛铁矿 矿物粒度较细 、 品位较低 、 选矿 指标不够稳定 等原 因 ， 至今没有得到大规模 的开发。但是该地 区钛砂 矿规模较大 ， 钛精矿品质好 、 水资源丰富、 电力充沛， 因而具备 良好的开发前景 。 经对里拱钛铁矿区钛铁矿资源进行经济分析， 其外部建设条件有基础。矿山开采条件好 ， 矿体直 接出露地表 、 埋藏浅 ， 宜 于露采 ， 采选直接生产成本 在 3 0 0 t 以内， 投资回收期较短 。 建议加强矿区地质工作 ， 优化选矿工艺流程 ， 做 大矿 山生产规模 ， 争取产能达到 4 0万 t ／ a ， 配套建设 高钛渣冶炼厂， 可以保证资源的综合高效利用。 西南地区是我 国钛工业发展 的一个重要地区， 有着 国内最大的攀钢钒钛集 团、 贵阳遵义钛厂 、 云南 富民钛厂等钛工业基地。云南省有着较为丰富的钛 铁矿资源和完善 的水、 电、 交通等基 础条件 ， 有着 以 昆明禄劝、 武定 、 富 民及富宁地 区为代表的钛 白粉 、 高钛渣等钛铁矿资源生产企业 ， 在富宁地区进行规 模化钛铁矿开发 ， 可充分发挥其资源优势 、 投资环境 优势 ， 有利于促进西部贫困地区的经济发展 。 参考文献 [ 1 ] 沈强华 ， 张宗华．昆明地 区钛 资 源分 布及评 价 [ J ] ． 昆明理 工 大学学报 ， 2 0 0 3 1 O 1 7 ． 1 9 ． [ 2 ] 尹红光 ， 李飞 ， 张 雪松 ， 等． 富 宁洞哈 钛铁矿 [ J ] ． 云 南地质 ， 2 0 0 8 2 1 0 1 1 0 6 ． [ 3 ] 薛步高． 云南钛铁矿地质特征及开发探讨[ J ] ． 化工矿产地质， 2 0 0 1 1 3 8 - 4 3 ． [ 4 ] 陈禄 政 ， 廖 国平， 徐 国栋 ， 等． 某低品位钛铁 砂矿选矿工 艺研 究 [ J ] ． 金属矿山， 2 0 1 1 5 9 8 - 1 0 0 ． 1 1 0 ． [ 5 ] 陈凯达 ， 符剑 刚 ， 王 晖． 甘 肃低 品位 钛铁 矿 选矿 工 艺研 究 [ J ] ． 钢铁钒钛 ， 2 0 1 3 1 7 - 1 2 ． 收稿 日期 2 0 1 3 -08 ． 2 7 7 5