瑞利波探测在石炭井三矿的应用.pdf

2 8 煤 田地质 与勘探 1 9 9 7年 1 0月 一 瑞 利 波探 测 在 石 C - 型 盘 一 石炭井矿务 炭井 局 5 - 嘴 摘 要针对石炭 井三矿的具 体地 质、 地球 物理 条件 介绍 了矿 井瑞利渡 系统在 井下的施 工、 数据 采集、 资料处理、 解释推断等诸方面的方法技术。 举例指出该探测系统在剩余煤层厚度探测、 掘进巷 道超前探 测地质构造 、 石门揭煤判断煤层 位置几个 方面的地 质 效果 。 ， I ． 关 键 词堕 型 ．盥 盐 挥 蝗 ， 生 石 炭 井 眯 雾 移 7 ／炙 中国图书资料分类 法分类号 P 6 3“ 1 ． 4 2 9 ‘ ／ 作者简介于明科男2 7岁助理工程师矿井地质 1 引言 如何提高矿井地质预测预报的准确率， 是煤矿 安全生产迫 切需要解决的课题 之一 。 近年来 ， 我局经 过筛选， 引进 了适用的矿井物探技术MR D Ⅱ 型瑞利 渡探测 系统 ， 在 解决 矿井地 质 问题 中取得 了 良好 的效果 ， 台理地指导 了矿 井的安全生 产 笔 者通 过瑞利 波探测 系统 在石炭 井三矿 剩余 煤厚 探测 、 石 门超前探测 、 断层 超前探测 的实 际应用 ， 获得 了大量 的实测资料 ， 从 而提高 了我矿地质 预测预报的能力 。 2 瑞利 波勘探 的物理基础厦探 测系统 2 ． 1 瑞利波勘探 的物 理基础 这是一 种以瑞 利波作 为有效 波 ， 在 0 ～ 3 0 m 深 度 范围 内探查地质体 的一种新 的矿井物 探方 法 一 般瑞 利波仅 分布 在 自由表 面附近 ， 其波 速既 小于纵 波也小 于横波 ， 能量按 1 ／ ／ r的 比例缓慢 衰减 。在 致密弹性体中． 人工激发产生并以柱面波前方式传 播 的这种瑞 利波在 遇 到液 相和气相 介质 ， 如水 和 空 气 时， 将 迅 速衰减 、 分解 和转化 ， 在 软岩层 和破 碎带 中其 衰减也 很迅速 因此 ， 利 用瑞利波 的传 播特 性 可 探测 并识别地质异 常体 ， 如断层 、 老 窑、 岩 溶、 陷落 柱 、 构造破碎 带等 2 ． 2 瑞利波探 测系统 MR D I型 瑞 利 波 探测 系 统 由探 测仪 、 电源 箱 、 传感器 和专用 解析软件 组成 3 石炭井三矿地质及地球物理特征 三矿井 田含煤地层 为石炭二叠 系太原 组及 山西 组 。 岩 性 主要 为 灰 黑色 、 中厚 层 状 、 硬 度 中等 之 细 利 波探测 是可靠 的 ； 生 产施 工 中必 须强化 数据采 集 质量． 严格要求检波器的安装。 但瑞利波探测也有一 些局 限性 ． 比如 探测距离较 短 ， 探测条件 要求 较高 ， 在数据 处理 中， 往往 同一测 点 出现不 同结 果 ， 探煤 厚 时 ， 煤层 夹矸反 映不清 等。 对这 些问题我们 目前 还未 能充分认识 ， 有 待于今后进一 步探索 。 瑞利波探测 技 术作为 一种新 的物探 手段 ， 推广 应用 于矿井 地质 工 作 中． 将会使地质预测预报工作走上一个新台阶， 为 煤矿生产安 全、 高效 低耗做 出更大 贡献 。 囝 1 1 东欢坨矿 2 o 8 1 轨道巷挥 F ． 平 面 圈 ／ 用 矿 三 维普资讯 第 5鞋 于 明科． 刘杰 瑞 利渡探 测在 石炭井三矿 的应用 2 9 砂 岩 ． 吉煤地层 中伴生 矿产较 少 ． 8层煤 顶板有 少量 铁质 结核 。含煤地 层中共含煤 l 4层 ， 其 中可 采煤层 9层 ． 煤层 密度平 均 1 _ 4 g ／ c m ． 硬 度普遍较 低 三矿井 田处 于 贺兰一 六盘 台褶 带 ． 石 炭 井 向斜 东翼 ， 煤层呈单斜构 造。矿井地质 条件为 Ⅳ类 ， 褶曲 和 断裂构 造发 育 ， 受 沉积 构造影 响 ， 煤层厚 度 与产 状变化较大 。 根 据三矿一 、 二 水平开采’腈况 证实地质 构造复杂 ， 煤 炭安全生产条件 较差 。 三矿 井 田范 围内 的煤 层与 其顶底 板砂 岩 、 泥 岩 等的波速 和 密度 差异 较大 ， 具备 了瑞 利 波探 测 的地 球物 理基础 。 4 井下工作方 法及数 据采集 4 ． 1 井下 工作方法 瑞利 波探 测仪 在井下 探测 时 ， 为 了获 得高 质量 的氟据． 要求两个加速度传感器、 锤击点依次布置在 一 条直线上 ， 触发 传感器布置在 锤击点 附近 ， 且 3个 传感器与被探测物 体有 良好 的耦 合。加速度传感 器 的距 离一般为 0 ． 5 ～2 ． 0 Il l ， 触发 传感 器到最近 的加 速度传感 器的距离 视现 场场地 的大小和激发条件 决 定 ， 原 则上 控制在 0 ． 5 ～1 _ 0 m 图 1 。 锤击人 员锤击 力度应尽量均 匀。 4 ． 2数据采集 井下数据采集 的质量将 直接影 响地质探测 的效 果。根据上 述瑞 利波探 测方 法 ， 数 据采 集过 程如 图 2。 上述框 图中波动信 号 A、 B是否 有效 的判 断标 准是 圈 1传感 器 布置 图 触发信号传感器 A、 B 加速度传感 器 [至 篓 垫 l 厂 雨赢 而 ． 二 二 二 【臣囱 l臣囱 L 还壹 L 兰 兰 厂 再而 菰 图 2 瑞利渡数据采集进程框 图 a ． 波形是否超 限 ， 当波形超 限时 ， 调 整仪 器中 的参数 F I L T E R 低通 滤波 器截止 频率 ． 降低 A、 B 增益 。 b ． A 道 波形是 否 比 B道 波形 起跳 的早 ， 若 B 道波形 起跳 的早 ． 波动信号无效 c ． 渡形周 期过小时 ， 增 大采样频率 ； 波形周 期 大时 ． 减 小采 样频率 5 矿井瑞利波 的资料 分析与解 释推 断 5 ． 1 资 料处理 资料 处理可分两部 分 将储存在仪器 中的数据传输到微机 中， 形 成原始数据 文件 ； b ． 运用瑞利波探 测专用分析软件 ． 将原始数 参考 文献 1 划天放 ， 李志聃 ． 矿井地球物理 勘探 ．北京 煤炭工业出版 社 ， l 9 9 3 1 77 2 于振 清等瞬态瑞 利渡 勘探 在工程 地 质勘测 中 的应用 毋 F 究 中国煤 田地质 ， 1 9 9 6 I 8增刊 3 1 8 2 ～6 8 收稿 日期 l 9 9 7 0 4 2 0 、 THE APPLI CATI ON OF RAYLEI GH W AVE EXPLORATI ON I N J I NGGEZHUANG M I NE， KAI LUAN Xi a n W e i d o n g J i n g g e z h u a n g Mi n e ，Ka i ha n C o a l Mi n i n g B u r e a u Ab s t r a c t Th e Ra y i e i g h wa v e e x p l o r a t i o n p l a y s a l l i mp o r t a n t r o l e i n p r o d u c t i o R wh e ll i t a p p l i e s m t h e m t R ll g g e o l o g y Th e b e t t e r e f f e c t s 8 r e o b t a i n e d i n d e t e c t i o n s o f s e a m t h i c k n e s s ， s t r u c t u r e s a n d t h i n c o a l z o n e s b y u s e o f Ra y l e i g h w e x D 1 。 一 r a t io n i n J i n g g e z h u a n g Mi n e， Ka i t u a n， t h u s ， t h e q u a l i t a t i v e g e o l o g i c a l p r e d at i o n a n d f o r e c a s t a r e r a i s e d t o t h e q u a n t i t a t i v e o n e s t h e o b t a i n e d d a t a mo r e a c c u r a t e a n d t i me l y ， a n d i t c a n s e r v e mo r e b e t t e r f o r t h e p r o d u c t io n ． Ke y w o r d s Ra y i e i g h wa v e e x p l o r a t i o n l a p p l ic a t i o n； g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s o f c o a l rai n e 维普资讯 3 0- 煤 田地质 与勘 据 第 2 5 誊 据文 件逐 一进 行 _处理 ， 最 后得 到 探测 结果 频散 曲线 。 5 ． 2 资料分析与解释推断 频散 曲线 中的 畸变 点就 是地 质分 层点 t 在频 散 曲线中， 标出了畸变点的分层速度与分层距离． 根据 分层 距离 ． 结合 已知的地质资 料 ． 地质 人员就 可得 到 滚探 测点的探测结果 。 6 应用举例 6 ． 1 剩 余煤厚探测 总共进行剩余煤厚探测点 2 8个． 同时采用钻探 验证 ． 其 中有 6 个 点 打钻 不见底 ， 钻探结果 以地质推 断为准。仪器探厚 与钻探验证对 比见表 l 据 统计 分析 ， 其探 厚平 均 差值 为 0 4 4 m 剔 除 地质 推断 的 6个点 ， 平 均差 值为 0 ． 3 2 m 由于瑞 利 渡探测剩余煤 厚和 钻探验证厚 度都 有各 自的系统误 差 ， 因此探 测准确统计 按 0 ． 3 2 m 为准 。已验 证的 2 2 个点 中有 l 7个点准 确 ． 瑞利 波探测 剩余煤厚 的准确 率为 7 7 ． 3 具 体分析 和推 断解释举 例说 明如下 图 3为 3 4 5 2 2回采工 作 面 2 8点 的 探测 结 果 频散 曲线 中有 4 个 地 质 分层 界 面 ， 分 别在 0 ． 4 5 m、 O ． 5 8m、 O ． 7 6m 和 1 ． 3 5m。地 质人员根 据分 层界面 综合地 质分析 和推断解 释认为 0 ． 5 8 ～O ． 7 6 m 为煤 层夹矸 ． 1 ． 3 5 m 为煤层底板 在该点 打钻验 证 ， 钻探 剩余 媒厚 为 1 ． 5 m， 仪 器探厚 与 钻探 验 证结 果相 差 O ． 1 5m 表 I 仪 器 探 厚 与 钻 探 探 厚 对 比 衰 m 南机巷 】 3 1 4 0 2 3 ． 8 5 4 0 ． 4 打钻不见底．推断为 5 ． 8 】 4 1 ． 4 0 ． 4 6 ． 3 8 i 1 ． 2 打钻 不 见底 ． 推断 为 6 ． 9 雌 蛎 0 0 O 0 O 一 ， i0 2 } 3 3 ；6 1 一 一 4】 ， _ l } 0 O O 昭 ；3 2 8 0 他 ， 一 _薹 3 维普资讯 第 5期 于明科． 刘杰 瑞利渡操测在石炭井三矿 的应用 3 l _ ． 35 C ．7 1 1 ．0 7 1． 43] -7 9 2-] 5 l 图 3 2 8 点频散 曲线图 。 。二 图 4 2 0点频散 曲线图 图 4为 3 5 5 2 ． 1风巷 2 O点的探测结果 。 频散曲线 中有 4个 地 质 分层 界 面 ， 分 别在 0 ． 6 6 r f l 、 1 ． 3 1 m、 1 ， 7 8 m 和 5 ． 1 2 m。 地质 人员 根据分层 界面综合分析 和推 断 解 释 认 为 0 ～0 ． 6 6 m 为放 炮 振 动 破 碎 带 ， 1 3 1 ～1 ． 7 8 m 为煤层夹 矸 ， 5 1 2 I I 1 为 煤层 底板 。由 于检 波器是 垂直 于巷 底布置 ． 且煤层倾 角为 3 。因 此 仪器 探测 结果 需 要换 算成 真厚 ， 换算 结 果煤 层真 厚为 4 ． 3 4m。 经钻探验证剩余煤厚为 4 ． 4 r f l ， 仪器探 厚 与钻探验 证相差 0 ． 0 6 m。 6 ． 2 断层 超前 探测 3 8 5 2北 机巷 掘进 时揭露 一 正断层 ， 地质 推 断预 计在 3 8 5 2机巷 Ⅸ8 7 4点前 7 m 处见该断层 。为了准 确确 定断层位 置 ， 在 3 8 5 2 机巷 Ⅸ8 7 4 点 前 3 m 处 布 置测 点 ， 瑞 利波探 测 结果 断层 位于 3 ． 8 6 r f l 处 ． 实 际 揭露与瑞利波超前探测结果吻合 图 5 。 3 8 5 2风 巷 在 掘 进 时 揭 露 F ， 逆 断层 ． 落 差 2 ． 0 m． 为 了将 F 。 甩在 工作 面外 ， 设计在 3 8 5 2 机巷 Ⅸ8 7 4 点打 斜 机巷 ， 见 F 断层 后 打切 眼 ， 切眼方 位 为 9 0 。 ， 实际掘 进到位 后未见 F 断层 。为了确定 F 位 置在 Ⅸ8 7 8点布置 了一方位 为 7 O 。 的测 点 图 5 。瑞利 波 删 5 3 8 5 2工作 面测 点 布置 探测结果断层位于 1 3 ． 6 9 m处， 地质分析认为 F 断 层 走 向 改变 ， 经方 位换 算 ． 预 计 在切 眼 Ⅸ8 7 8点 前 9 m左右见 F 断层 掘进结果在 9 ． 5 m 处见F 。 断层， 证实瑞利波探测结果准确可靠 。 6 ． 3 石 门超前探 测 由 1 1 7 0十三 北一 石门 开 口位置 向西 掘进 3 7 ． 2 m． 地质预测再 向前 掘进平 距 1 6 m 巷 中见 1 3煤层 ， 平距 2 7m 见 1 2 煤 层 ． 平距 3 9 m 见 1 1煤层 。 为 了准 确确定煤层 位置 ， 我 们水平 粘贴检波 器 布置一测 点 ， 进行瑞利波探测， 其探测结果及其后的掘进验证见 表 2 。 从 表 2可以看 出， 2 O m 以内瑞 利波 探测结 果误 差 较小 ． 2 0 ～3 0 m 范 围内误差增 大 因此石 门揭煤 前 应边 掘进 边进 行瑞 利波 探测 ， 有 利于 提 供准 确的 生产地质 资料 。 7 几点认 识和体 会 a ． 瑞利波探测系统探测剩余煤厚与钻探相 比 具有省力、 方便、 分层详细等优点。另外探测占用场 地小 、 时间短 ， 不影响生产 。 b ． 根据煤层的软硬， 选用不同的采样频率， 可 提高探测精度。如 4煤层为光亮 型煤 ， 煤层较硬． 成 块性 好 ， 使用 1 0 K采 样频率效 果较 好 ； 1 煤 层为半光 亮 型煤 ， 煤层较 软 ， 成 块性差 ， 采用 7 K 采样 频率效果 较好 。 表 2 1 1 7 0 十三北一石门探铡结果对比寰 m l 3煤层 1 2攥层 1 1煤层 见底板 见厦板见底板 见顶板见底扳 见顶板 维普资讯 3 2 煤 田地质与勘探 第 2 5卷 m o l l e ≯ 一 井下单极一偶极直流电透视原理及解释方法 p s j { 。 ； 张 天 敏 严丁 煤 炭 科 学 研 究 总 院 西 安 分 院 7 1 0 0 5 4 邢相 荣 肥城矿务局 2 7 1 6 0 8 张朝晖 义马矿务局4 7 2 3 0 0 摘要 简要论 述 了采煤 工作面单极偶极直流 电透视 原理 和解释 方法 正 演结果表 明， 垂 直 、 平行单极偶极两种方法均能有效地 突出工作面顶、 底板 围岩的影响， 而压制煤层的影响， 为太水 煤矿有的放矢地探剥工作面顶、 底板内的含水、 旱水构造提供了一种新方法 ， ， 关 键 词喜 盆 生 纰 丑 丝 ／， 丝 地 下 物 探／ 七 移多 芊 移 7 礓 祭 中国图书 资料分 类法分类 号P 6 3 1 ． 3 2 5 作者简介 韩德品 男 3 5岁 高级工程师 地球物理勘探 I 引言 随着矿井 开采 深度的增加 ， 井 下地质构 造、 尤其 是水文地 质条件 越来 越复 杂 ， 地 球物理 探测 方法 就 愈显得重要。 这促使我们对钻孔与钻孔之间， 钻孔与 地面之 间 ， 尤其是 井 下工作 面周 围坑道 与坑 道之 间 的电阻率透视 法进 行 了大量研 究。 C s o k a s 等 I 9 8 6 首 先提 出巷道之 间透 视地 电成像 法 ； S a s a k 1 9 9 2 认 为电阻率透视法 很有 发展前途 。 高频 交流 电法 方面 ， 自 G r e e n 1 9 8 6 从 电阻率 和介 电常数角度 提 出了电 磁 波透视法 来 ， 国内近几 年来发 展 了井 下 电磁 波 坑 道间透视 法 坑 透 法 ， 对煤 层 内部小 构 造探 测效 果较好 ， 但对工作面顶底板导、 含水构造尚无好的方 法 。煤 科总院西安分 院和肥城矿 务局 合作率先 开展 c ． 根据 瑞利波探测 系统 在三矿井 下 的应用 得 知， 在煤层 中探 测可靠距离 为 0 ～1 5 m， 在岩层 中探 测可靠距离为 0 ～3 0 m。 d ． 传感器垂直煤、 岩层时， 探测精度最高， e ． 不足之 处是 在 同一点 有 时不 同频 率探 测 结果有较大差距 ， 增 大了分析难度 。 另外 ， 在软煤 、 岩 层 中探 测距离较短 。 参考文 献 1 扬成林等 ．瑞币 唾 渡勘探 ．北京 地质 出版社 ， 1 9 9 3 2 王振东 ．拽层地震勘探应用技术 ．北京 地质 出版社 ， 1 9 8 8 收稿 日期1 9 9 7 O 4 1 2 THE APPLI CAT1 0N 0F M I NE RAYLEI GH W AVE S URVEY I N THE N0． 3 M I NE 0F S HI TANJ I NG Yu Mi n g k e L i u J i e S h i t a n j i n g Co a l Mi n i n g Bu r e a u Almt r a c t Th e u n d e r g r o u n d o p e r a t i o n me t h o d， d a t a a c q u i s i t i o n， p r o c e s s i n g a n d i n t e r p r e t a t i o n o f mi n e Ra y l e i g h v ／ a v e s y s t e rn a r e i n t r o d u c e d i n c o n n e c t i o n wi t h t h e c o n c r e t e g e o l o g i c a n d g e o p h y s i c c o n d i t i o n s o f t h i s mi n e ． I t i n d i c a t e s wi t h e x a mp l e s t h e g e o l o g i c e f f e c t s o b t a i n e d b y t h i s s u r v e y s y s t e m i n t h e a s p e c t s o f t h e d e t e c t io n o f r e s i d u a l s e a m t h i c k n e s s ， t h e a d v a n c e d e t e c t i o n o f g e o l o g i c s t r u c t u r e in d r i v i n g r o a d wa yt a n d t h e d e t e r mi n a t i o n o f s e a m l o c a t i o n i n c r o s s c u t ． K e y w o r d s R a y l e i g h w a v e t a d v a n c e d e t e c t o i n i p r o d u c t i v e e x p l o r a t i o n ； S h i t a n j i n g 维普资讯