巷道内远距离震波超前探测可行性分析.pdf

2 0 0 5 年第1 期 河 北 煤 炭 5 巷 道 内 远 距 离 震 波 超 前 探 测 可 行 性 分 析 李小平 潞 发矿 业集 团公 司 地质处 ．山西 长治0 6 2 0 摘 要 目前在地震波领域所能解决的问题越来越宽， 已从地面三维物探逐渐延伸到煤矿生产一线， 尤其在掘进巷道和工作面内， 所解决的问题 已经从定性解释到定量分析 ， 初步形成了一套能有效指导 煤矿安全 生产 的地 震波分析 方法 关键词 煤 矿 ； 地震 波 ； 超 前探测 中图分类 号 T D1 6 6 文献标 识码 B 文章编号 1 0 0 71 0 8 3 2 0 0 5 0 1 0 0 0 50 2 An a l y s i s o n t h e f e a s i b i l i t y o f t h e d i s t a n t e a r t h q u a k e wa v e a d v a n c e d d e t e c t i o n i n t h e t u n n e l 随着近年来煤炭市场的转好 ， 各大、 中型煤矿的 产量 在逐年增加 ， 然而 矿井 在 开拓 过程 中所 遇 的陷 落柱、 导水体等地质构造已成为困扰各生产矿井 的 主要问题。针对这些问题 ， 目前国内各物探仪器生 产厂家纷纷研制各种相关的仪器设备 ， 以求在矿井 超前探测方面能做些工作 ， 潞安矿业集团公司采用 了福州华虹智 能科技 开发有限公 司生 产的便 携式矿 井地 质探测仪 ， 在 王庄 矿进 行 了矿 井超 前探 测 的试 验工作 ， 其 中主要 是远距离超前 探测 。 1 超 前探 测 原 理 根据反 射波原理 ． 单道 观测系统有相应 波路 图 ， 如 图 1所示 ， 且它 的时距 曲线 方程 为 图 I 超前 探 测原 理 示意 J 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。。 。 。 ● 。 。 。 。 。 。 。 。。 。 。 。 。 。 。 。 一 A s 2 √ 詈 孺 一 一 了一 这样等 步长前 移连续 追踪可得到地下 各个反射 界面的剖面时域波形图。反之 ， 根据测试波形求取 反射相位时间 ， 又可求解探测 目标体的距离 ， 即 h 2 试验情况 王庄矿 5 2 0 2工作面在 回采过程 中出现局部 冒 顶现象 ， 为确定工作面内是否存在底板隆起等地质 构造 ， 采用沿 5 2 0 2 风巷向外做反射共偏移探测 ， 同 时在每个 探 测 点 做 单 点 起 前 探 测 ， 共 布 置测 点 6 0 个 ， 偏移距 1 6 m， 步距 2 m， 探测距离 1 0 2 m， 如图 2 所 示 。 图 2 5 2 0 2工 作 面 示 意 探测结果分析 由于工作面局部冒顶， 巷道内沿 风巷有大量的液压支护装置 ， 从而对激发震源有一 定的影响， 探测过程 中测线基本上沿一条直线 、 离底 板高度约 1 m左右进行布置 ， 目的是有 一个标准的 地震对 比切面。图 2为 5 2 0 2 工作面风巷内探测波 形图， 图中震波在工作面内的各种反射波组特征明 显 ， 反射相位清 晰 ， 为解 释和 判别 提 供 了依据 ， 从 图 可 以看到 ， 从距 探测 点 3 6 m处 开 始 ， 震 波 频 率发 生 明显的变化 ， 表现为高频反应 ， 追踪同相位波组发现 有反相和明显 的分叉 现象 ， 这种 变化 一直 延 伸到距 维普资讯 6 河 北 煤 炭 2 0 0 5 年第1 期 测试起点 5 4 m处 如图中所画范围 ， 并且这种高频 反应有形 成一个切 面 的迹 象 ， 由此可 以判断 为明 显 的地 质异常 ， 至于是什 么原因造成 这种现象 ， 由于该 工作面切眼和风巷没有明显的地质构造揭露体， 结 合现有 的地质 和坑 透资 料 ， 可 以判 断该 地质 异 常有 几种 可能 。 1 高频反应一般出现在质地 比较硬的地质体 内， 所以一种现象是从 3 6～5 4 m处煤体本身质量变 硬 ， 在震波上表现为波速快 、 频率高。第二种现象是 底板隆起， 一般底板岩石硬度比煤体大得多， 波形图 中也 会有 所反 映。 2 图 3中的高频反应从 3 0 m s 一直可以追踪到 7 0 m s 处 ， 甚至更远 ， 并且有一个明显的界面出现， 由 此可以判断也有小断层出现的可能。 3 从探测起点到 1 8 m处也存在一个强的反射 界面， 该探测偏移距采用为 1 6 m， 对应的第一个解析 点为 8 m， 也就是说从切眼到工作面内8 m处 ， 存在一 个小的地质界面， 但不一定是小断层等 ， 煤层中夹矸 ．变化也会 出现这种现象 。 图4为 5 2 0 2工作面风巷内探测波形 的频谱分 析 图 ， 反应 也很 清晰 ， 图 中震波频率 出现三个 明显 的 区域 ， 0～3 6 m、 3 6～5 4 m、 5 4～1 0 2 m。 垫 耍一一 一一 一⋯一 1．j 噩嚣 嘉羹 ； 霞 罄霉 嚣甄一 图 3 5 2 0 2 工 作 面 风 巷 探 测 波 形 及 初 步解 释 结合已有的地质 、 物探资料分析， 在所探测的范 围内大陷落柱的可能性很小 。针对图 3中的异常反 应 ， 为确保矿井安全生产， 可 以打探钻以确定其性 质， 需要说明的图 中所画异常区域并不是实际的地 质界面， 需通过地质体波速计算求 出， 根据图 3中初 至时间可 以算 出 5 2 0 2工作 面煤 体波 速 约 在 1 1 0 0～ 1 5 0 0 m ／ s 之间， 由于该工作面煤体整体 比较松软， 所 以煤体速度取值 1 3 0 0 m ／ s 。异常区域的前界面约在 3 5 m s 处， 可以算 出， 前界面距风巷 的深度约在 1 3 m 左右 。 2 ’a z4 30 4 ‘0 5 ‘ ‘0 2 ，a B 4 6 To￡L ， - - l IT 『『 1_『 n _1一 霉 ～ l j_ ⋯ 。 J I I - lj 一 I 1 手 r ] I t ～ j ⋯ 一 i iT { _j - 士 藩 ‘ ． ； _ - I 糊 n I l l 』 _上J 一 、 { ． i l l l I 一 寸L I - I 鞴 I l 蔫l ； ． ． I 0 I L 。 ～ 糯 J { l 一 l { { ‘ ● J 1 { ⋯ 、 ㈦ j 1 ； 、 1 I ； j ㈤ l T ‘ 一 】 i 1 l I ㈠ } 【L1 - ； l I ’ ’ 一 c ⋯ 1 1 l’ l I ㈦ 图4 5 2 0 2工作面风巷内探测波形 频谱分析 3 结束 语 从目前矿井物探和矿井地质角度来看， 井下超前 探测和预报问题 ， 国内外尚无其他成熟有效的解决方 法和技术手段， 矿井地质探测仪可作为前方探测和预 测的一种较为理想的辅助手段 ， 其对岩层分界及异常 区域具有较好的适用性和敏感性。采用反射方法对 地质异常区进行与判定只是矿井地质仪的一个应用 方向， 其功能较多， 应用也较为方便。通过在该矿的 现场探测实验可以看出， 在巷道构造及陷落柱探测方 面， 结构仪器提供的多种方法， 进行多次探 、 采对比与 验证， 进一步取得分析资料 ， 可有效地指导煤矿采、 掘 及其他方面的安全生产 。应该 说 ， 煤矿在 日常生产过 程中， 存在较多影响矿井安全的地质构造及异常问 题 ， 完全依靠地质技术人员的经验， 防范地质灾害的 发生 ， 其工作量和责任都十分重大， 利用有效的辅助 手段 ， 既可减轻技术人员的工作压力， 又可增加地质 预测的准确率 ， 取得较好的应用效果。 地质解释时地震波波速是关键 ， 如果对各生产 矿井现场进行多次探采对比实验 ， 建立矿 区不同地 质条件有效波速资料 ， 可更好地提高地震、 地质解释 精度 。 作者简介 李小平 1 9 6 7一 ， 女 ， 山西长 子县 人 ， 潞 安矿 业集 团公 司地质 处 工程 师。 收 稿 日期 2 0 0 40 60 3 ；编 辑 吕桂安 嚣 。 t 0 ㈦ ㈦ ． 维普资讯