瑞利波技术在煤矿地质构造超前探测中的应用_张泽宇.pdf

煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 煤矿地质构造超前探测对井下工作的质量与安 全有着重要影响， 提高超前探测技术， 促进探测工作 的效率与质量的提高。 这会为井下设计工作提供更为 准确使得参考数据， 从而制定更高质量的工作方案与 应急处理措施， 保证井下工作安全高效进行。 1瑞利波技术与其他煤矿地质构造探测法 对比分析 在煤矿工作中前期探测作为整体工作的基础， 对井下作业的安全与效率印象重大， 为此技术工作 人员不断开发各种探测技术。到目前为止瑞利波技 术是探测效果更精细， 作用最佳的煤矿地质构造探 测技术。将各种技术进行对比其结果如表 1 所示。 我们会明显的发现， 至今为止瑞利波技术在煤矿地 质构造探测时， 其距离已达到 80m， 并且探测效果精 准度极高。同时也可看出瑞利波技术应用的稳定性 与重复性效果得到进一步提高， 其对小信号的分辨 能力增强， 并实现了井下全方位探测， 进一步提高 了探测质量。 为进一步突出瑞利波技术应用优势， 将集中探测 仪器进行比较， 其对比结果如表 2 所示。从表中我们 不难看出， 与其他集中仪器相比 YTR （D ） 的动态范围 最广以达到 138dB， 其对小信号的分辨率更增加感知 更为灵敏， 并且具有现场处理与性能自检功能， 大大 提升了探测工作的精准性、 科学性与有效性。为此瑞 利波探测仪器在煤矿工作中被广泛应用， 也被应用于 矿井地质灾害处理中， 提高是鬼解决效率， 降低其带 来的危险与损害。 表 1煤矿地质构造探测技术对比 表 2探测仪器作业指标对比 瑞利波技术在煤矿地质构造超前探测中的应用 张 泽 宇 （山西阳煤集团五人小组管理部 ， 山西 阳泉 045000 ） 摘要 瑞利波技术是当前煤矿地质构造探测的重要技术， 对井下探测工作质量、 效率及实现井下安 全作业、 提高经济效益具有重要意义。施工人员与技术研究人员正不断促进该项技术的进一步提升， 为此本文主要研究瑞利波技术应用的原理与应用方法， 及其在煤矿地质构造超前探测中的应用。 关键词 瑞利波技术 ； 煤矿 ； 地质构造 ； 超前探测 中图分类号 TD163文献标识码 A文章编号 1009-0797 （2019 ） 06-0124-03 Application of Rayleigh wave technology in advanced detection of geological structure in coal mines ZHANG Zeyu （Shanxi Yang Coal Group five person group management department , Yangquan 045000 ， China ） Abstract Rayleigh wave technology is an important technology of coal mine geological structure detection, which is of great significance to the quality and efficiency of underground exploration work, the realization of underground safe operation and the improvement of eco- nomic benefits. Construction personnel and technical researchers are constantly promoting the technology to further enhance, so this paper mainly studies the principle and application of Rayleigh wave technology, and its application in coal mine geological structure ad- vanced detection. Key words Rayleigh wave technology ; coal mine ; geological structure ; advanced detection. 超前探测技术 超前距离 /m 探测时间 /min 处理时间 /min 可靠性 / 距离误差 / 原瑞利波探测30～40201207010 YTRD瑞利波60～80205～10805 瑞典 TSP隧道 150901802515 煤矿井 TSP煤矿 150501206010 探地雷达8～3020158010 指标项目KDZ1114- 3YTRDTSP203DMT 生产单位淮南理工西安研究院瑞典 Amber德国 DMT A/D转换12242424 动态范围70dB138dB120dB120dB 相位精准度0.3 界面中文中文英文英文 防爆性能本安 /MA本安 /MA无德国本安 现场处理无有无无 性能自检无有无无 124 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 2瑞利波技术在煤矿地质构造超前探测中 应用 2.1瑞利波技术原理 瑞利波技术术语弹性波型、面波探测方法的一 种。在应用该技术进行探测时设置探测所需的质点， 质点会在相应介质表面逆时针方向、 沿椭圆形远动轨 迹运动。 利用传播介质对传播速度的不同会导致频散 现象发生。 该波传播时发生的相应信息主要是受到截 止物理力学的影响。 2.2瑞利波技术实际应用方法 根据瑞利波技术应用原理， 其主要应用方法是在 选定合适的震源位置后， 由探测仪发出探测波， 利用 脉冲信号传播。 探测器的两组传感器会接受探测波的 传播的信号， 如图 1 超前探技术应用图所示。将接受 的信号制成频谱， 通过对频普进行分析， 将瑞利波按 不同的频段进行分离，总结信号信号相应的相位差， 以此计算传播的速度。 综合各项数据制出该探测点的 频散曲线，从而工作人员可得到下一组煤的深度、 其 方向上的地质结构、 隔水层及相应厚度、 煤矿深度施 工的安全深度等数据[1]。 图 1超前探测技术应用图 瑞利波技术在实际煤矿中应用时，主要利用锤 击与炮震作为震源，将六道传感震动接收器布置为 一字型。 利用任意两道进行函数分析， 计算波的传播 速度。 此外， 利用瑞利波技术进行煤矿地质构造的全 方位探测，在浅层探测中主要是用其探测该批次煤 层的剩余厚度。深层探测与超前探测的技术的距离 多在 3～80m。 3瑞利波技术在煤矿地质结构超前探测中 的应用实例 瑞利波技术在煤矿地质结构超前探测中的应用 较为广泛。 本文将以新强矿五采区 54 层左三片侧帮 探测与龙湖矿东一采区左四片 57 上采煤工作面探 测为实例，对瑞利波技术在煤矿地质结构超前探测 应用进行具体说明。前面的实例主要讲述该技术在 侧帮探测中的应用， 后者则是对工作面的探测， 重在 突出瑞利波技术在煤矿地质结构探测应用的全面性 与准确性。 3.1 新强矿五采区 54 层左三片侧帮探测 这次应用是七台河矿区对断层结果的探测， 使其 迎头超前探测中的一次。在测试过程中， 共设置了 4 个探测点， 并且分别采用了锤击测试与炮震测试。由 两次探测所得的频散曲线所得速度曲线结果对比如 图 2 所示， 可见两次探测结果大体相同， 说明探测的 结果的精确性较高。 图 2锤击与炮震探测结果对比 从图 2 中我们能明显看出， 本次探测结果较为复 杂， 说明当地存在某种地质结构。从前面锤击 4 个探 测点瑞利波传播速度明显存在 3 处异常， 分别在 5m、 20m与 30m之间、 50m与 60m之间。 而炮震测试中速 度曲线分三段来看， 首先， 在 15m 以内， 瑞利波的速 度变化较为复杂、 凌乱； 其次， 20m- 30m 之间存在明 显的异常变化；最后， 50m- 60m 之间存在异常变化。 经实际揭露的结果可以看出， 20m- 30m 的处速度的 异常变化是由断层构造引起的，而 50m- 60m处速度 异常变化是由对面空巷导致的。 从整体的探测实验结 果来看， 瑞利波对地质构造变化反应明显， 七台河矿 区在新强矿五采区 54 层左三片附近存在断层构造。 利用瑞利波技术进行探测不仅可以明确周围的地质 构造， 还可极准确的探测到相应的位置。提高了探测 的准确性， 为各项工作的安全开展提供了重要依据[2]。 3.2 龙湖矿东一采区左四片 57 上采煤工作面探测 龙湖矿东一采区左四片 57 上采煤工作面进行了 一次探测，利用瑞利波处理软件对探测结果进行解 释， 并以实际揭露验证了本次探测结果。此次探测共 有 5 次， 其结果以 www03011_www03055 为编号进行 留档保存。 根究探测所得的频散曲线计算生成的速度 曲线图如图 3 所示。 从图 3 中我们可以看出， 红色代表着瑞利波的传 播速度发生了变化， 这就说明在该位置地质结构发生 125 ChaoXing （上接第 123 页 ） 效率， 对证矿井的衔接具十分重要的意义。随着煤矿 综采技术的发展， 推进速度越来越快， 这对于煤矿的 掘进产生了重大影响。 由于煤矿巷道的掘进设计到掘 进和支护两个过程， 两个过程协调不好， 掘进的速度 会非常慢， 这很容易导致采掘紧张问题。当发生采掘 紧张问题时， 势必会影响到工作面的高效的生产。同 时液压移动钻架在井下投入使用是实现快速支护、 巷 道断面的一次成形， 实现矿井建设高效高进的必要保 证， 与此同时也是建设高效、 绿色、 环保、 无染矿井的 一个革命性的突破。 这对于矿井的减员增效与推进矿 井现代化具有很重要的意义。2018 年在 2 号煤总回 风巷的工作面， 采用掘进临时支护与钻架平台组成快 速掘进系统进行作业， 截止到 2018 年 11 月实现了月 进 500m速度， 这是煤矿综掘工作面掘进最好水平。 参考文献 [1] 杨涛.煤矿巷道掘进工艺及装备的发展分析[J].机械工程 与自动化,2018 （05） 221- 222. [2] 项鹏飞. 山西省煤矿巷道掘进支护技术的实例应用研究 [J].内蒙古煤炭经济,2018 （15） 17- 18. [3] 刘超.煤矿巷道快速掘进工艺与其装备的发展[J].南方农 机,2018,49 （14） 245248. 作者简介 冯俊杰（1980 年 4 月 -） ,男,汉族， 山西省阳泉市平定县 人， 采矿工程师， 现就职于山西宁武榆树坡煤业有限公司生 产技术部。 （收稿日期 2018- 12- 6） 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 了相应的变化。 对比图 3 中锤击探测所得的速度曲线 与炮震探测所得速度曲线，明显发现在 15m 处均有 明显异常。这说明该处存在明显的地质构造或分层。 后经采煤工作实际开采验证，证明在 15m 有巷道揭 露断层。进一步表明瑞利波技术探测结果的准确性。 图 3探测速度曲线 通过两项实例可发现瑞利波技术在应用时， 可准 确发现地质断层与其他构造的存在， 并可准确探测出 相应位置。 同时经实证发现瑞利波对地质断层的感应 相当敏感， 无论以哪种震源进行测量都可准确发现断 层构造的存在及其准确位置。 应用瑞利波技术进行煤 矿地质结构探测， 大大提高了探测的精准性， 促进我 国煤矿工作的安全进行。 4结论 瑞利波技术是当前煤矿地质结果超前探测中应 用的重要技术， 尤其是新型 YTR （D ） 瑞利波的应用， 大大促进探测工作精准性与科学性与全面性性能的 提升。但其应用中仍存在不足之处， 工作人员在应用 过程中要不断探索其技术的高效应用方法， 促进探测 结果精准性的将进一步提升。 如探测时实现浅层与深 层探测相结合， 避免出现不必要的疏漏。在当前探测 基础上加大技术的研发， 使其在更深层的探测中发挥 实际效用。 参考文献 [1] 刘广亮. 瑞利波技术在煤矿地质构造超前探测中的应用 [J].工程地球物理学报 , 2016 , 13（3） 361- 366 [2] 张昭年 ，张帅 ，谢经涛. 多元信息融合技术在车集煤矿 超前探测中的应用[J].煤炭技术 , 2016 , 35（3） 114- 116 作者简介 张泽宇 （1988.08.8-） ， 山西寿阳人， 2011 年 6 月毕业于 中国矿业大学地质工程专业， 本科， 地质助理工程师， 主要从 事煤矿瓦斯地质、 矿井地质、 水文地质技术及管理工作。 （收稿日期 2018- 10- 26） 126 ChaoXing