小构造超前探测技术在煤矿安全中的应用.pdf

科技论坛 7 1 小构造超前探测技术在煤矿安全中的应用 桑向阳 f 平煤股份地质测量处 ， 河南 平顶山 4 6 7 0 0 0 摘要 平煤股份十三矿地质条件复杂， 小构造繁多， 矿井巷道掘进过程中的断层、 褶曲等不良地质体不仅影响施工效率， 同时也关 系着矿井水、 瓦斯等灾害的发生， 极大地威胁着矿井的安全生产。钻探仅是“ 一孔之见” 且成本高， 影响施工效率， 因此掘进过程中选择合 适的物探手段显得十分必要。小构造超前探测技术基于反射波地震勘探原理 ， 利用负视速度 同相轴来识别来自迎头前方界面的反射波， 基于叠前偏移方法进行反演， 进而预报巷道前方异常构造。通过平煤股份十三矿超前探测预报案例有效证明了小构造超前探测技术可高 效、 可靠地指导安全生产。 关键词 小构造探 测技 术 ； 超前探测 ； 波阻抗差异 ； 反射 波 1地质概况 平煤股份十三矿位于平顶山市东北 1 7 k m的襄、 郏两县交界处。 复杂 的地质条件严重地影响或制约着采掘生产， 小构造繁多， 更易造成“ 误揭 煤” 和底板突水事故， 十三矿历史上曾因构造发生过两次煤与瓦斯突出事 故和多次底板突水事故， 同时造成巨大的经济损失， 严重影I1 向 煤矿的安全 生产。随着煤矿开采深度不断加大， 地面勘探资料数量及质量严重不能满 足生产， 地质条件复杂程度加 致矿井安全生产极其被动。由于以前物 探技术比较落后，矿井巷道掘进过程中对前方构造的控制主要通过钻探 方法探测， 费时费力效率低， 严重制约陕速掘进高产高效。故积极有效地 开展地质构造超前物探探测技术、 提高探测精度显得十分紧迫和必要。 2小 腱糖精皑觏 岐 术 小构造超前探澳 0 技术， 基于反射波地震勘探原理， 结合巷道全空间特 点， 高倾角界面的波场动力学规律， 数据采集于巷道多次覆盖观测系统， 综合运用波场分离、 反射波提取、 p变换、 叠前偏移成像等多种地震 口 探技术。 2 1 原理 ／ J 均 造超前探测技术是一种多波多分量联合全空间地震勘探技术。 在巷道迎头的有限空间内， 布置激发点与接 ， 通过孔中三分量检波器 接收巷道未知界面的反射波。其数据的采集基于巷道多次覆盖 0 系统， 提高了数据分辨率与信噪比。巷道前方界面反射波的时距规律、 相位特征 甸 界面的反射波。这样， 利用波场分离、 反射波提 取、 tp 变换和叠前偏移威 等多种地震数据处理算法来进行数据的 处理， 结合现场地质资料， 而达到对巷道掘进前方小构造的精细探测。 2 2 仪器及软件组成 小构造超前探i 贝 4 仪器系统主要是由激发单元、接收单元和记录单元 三音 l 喊 。 其中澎 主要由震源系统组成， 记录-单元主要由矿j 港 道地质探测仪K D Z 1 1 1 4 6 B 3 0 及相关附设组成， 接收单元则是由三分量 孔中贴壁式传感器及相关附 组成。 震源系统的差异在于震源的类型， 一 般分为炸药震源和锤矗 。十三矿为煤与瓦斯突出矿井， 鉴于 L 安全 生产要求， 采用锤击震源作为激发单元。本安型K D Z 1 1 1 4 6 B 3 0 矿井巷 子技术与嵌 式操作系统，保证了地震数据的 高 诹 。 于 没 线 启 动线启 动 匠 器、 矿 端蹲 。 三分量孔中贴壁式传感器及附设主要有传感器、 传感器延长线、 压力表、 气管、 专用传 头、 充气筒、 导向杆组成。 Ms P 2 0 地震波形数据处理 系统软件是 K D Z 1 1 1 4 6 B 3 0 矿井巷道地质探测仪配套的地震波形数据 处理与解释软件， 它结合波场分离、 反射波提取、 T p变换、 叠前偏移成 后 了基础。 o 。。．。l 9． 。 ∞章。． 。 蝴 镬o ⋯ 兰 簿 曼 羔 图 1深度偏移剖面图 强调流程化处理。在以往探测的验证结果经验基础上，结合现场岩f生 蜻 况， 通过 拯陵 频谱的分析， 本次探i 煲 I 洽速度取 ． g m l s 进行深度偏移处 理。叠前绕射偏侈方 怯是 M S P 2 ．0 的深度偏移方法。 通过深良偏移可侮巷 道震波记录中的时间域反射波映射到空间域上，直观地显示巷道前方的 反身 寸 雩} 件， 宴 酋 前力 态的描述。列 斌 地质构造科唾 f 『地 质信息的解释主要就建立在深度偏移剖面图上， 图1 为十三矿 广1 1 1 1 1 机巷低抽巷探测的深度偏移剖面图，它反映了 的空间位 E 系。由于地震汲 酋 前力 程 过程中有 壤减， 而锤击震 源的能量相对较弱， 此次探测的有效距离为 8 0 m。在图上可以看出， 在迎 头前方8 0 m范围内共存在三组较强反射界面。第组界面R1 离迎头 较近，距离 D 2 5 标志点5 3 ～ 5 6 m，第二组界面R 2距离D 2 5 标志点 6 8 m一 7 0 m， 第三 红 面R 3 距离D 2 5 示 志点8 1 m～ 8 5 m 。 综合 匕 B 乡 } 析和 现 也威餐 料对 匕 述异常界面段作j c Ⅱ 下推断解释 ① 推断界面R1 、 R 2为 岩性变化或断层破碎带； ②推断界面R 3 为构造发育带或岩层破碎带。 3 3 现场探 测与买际揭露 对 比 从二 。 一 1 1 1 1 1 机巷f 氐 抽巷、 二 广1 3 0 3 1 机巷低抽巷、 二 一 1 3 0 3 1 中间 底抽巷、东翼回风下山、二 r - 1 4 0 1 0机巷五个巷道 3 2次试验 合计 合性。具体 共计试验3 2 次， 合计 1 6 0 0 m， 预测地质异常体 断层破碎带、 煤厚变化带、 岩陛变化带、 褶皱等地质构造 界面 5 4 个， 准确预测 4 4个， 探测准确率为 8 l 5 ％。无异常准确率大于9 0 ％， 探测异常界面位置误差小 于探测距离的 1 0 ％， 小构造精细超前拐 lJ j 姝 可为巷道安全掘进提供可 靠、 有效的技术参数； 可有效防止‘ 封 ’ 、 煤与瓦斯突出和突水事故的发 生， 可节省了钻探时间， 减少了钻探的次数和工作量， 为决速掘进赢得时 间。 4 结论 a在预报控制距离内根据探测成果， 掌握前方隐伏地质构造， 减少巷 道掘进事故， 有效指导安全生产。 摈 际应用表明， ／ J 捷 尚觏0 技术可 对巷道掘进前方的小构造进行合理的预测预报，为巷道的安全陕速掘进 ，优化了{ } l醴 居 受 臼 勤苑 程， 为提供了高效蒯 滞。 道撼 睫 中劝 j i 宣 扬 嵊 用4 匆 { 新 瞄 探相结合的勘探方法， 可以节省钻掬对间， 大幅提高掘进效率。 由 _ j 慢 探 测控制距离内，防止 煤与瓦斯突出和突水事故发生， 保证煤矿的安全生 本次小构造现场探测在十三矿己 广l l l 1 I 机巷低抽巷迎头有限 空间中进行， 现场布置双检同侧后置， J 斑晡 钡4 观测系统， 测线布置 在左帮， 共 1 8 个钶陆点， 设计锤间距为 1 5 m， 两l爪孑 L 中三分量速度检波器 c l 、 C 2同时置于左帮 ， 其中c l 传感 璃 P 1 弓锤击点2 0 m， C 2 传感器 距离 P I 锤击点 1 5 m 。 3 2数据处理及后期解释 在MS P 2 ．0 数据处理平台 匕 进行的， MS P 产。B 小构造超前探测技术在平煤股份公司十三矿的成功应用， 为其他类 似条件的矿井提供了借鉴， 具有广泛的推广意义。 参考文献 【 1 】 刘盛东， 郭立全， 张平松．巷道前方地质构造 MS P法超前探测技术与应 用研究【 『 l 工 程物理学报进展， 2 0 0 6 ， 6 3 4 2 8 - 4 4 Z 团张平松 刘盛东， 昊健生． 隧道及井巷工程超前探测模拟及其偏移技术研 究岩石力学与工程学报1 2 0 0 7 2 6 增 1 o 4 s - 2 o 5 1 ． 作者简介 桑向阳 1 9 7 6 一 ， 男， 河南禹州人， 工程师， 现主要从事矿井地质、 水文地质的技术管理工作。