槽波超前勘探技术在巷道前方探测断层的应用

2020-05-11 03:49高玉超邓重青李继路
山东煤炭科技 2020年4期
关键词:检波器断层勘探

高玉超 邓重青 李继路

(微山金源煤矿,山东 微山 277600)

大屯断层为金源煤矿边界断层,为一走向近东西、倾向南的正断层,落差80~600m。其中,23上18工作面附近断层落差约300m,造成奥灰与煤层对接,奥灰水可以直接补给煤层及其顶底板砂岩,若保护煤柱留设不当,有可能造成奥灰突水,进而威胁矿井安全。因此采用槽波超前勘探技术在23上18进风顺槽迎头进行超前探测,探测大屯断层的位置及走向,为矿井保护煤柱的留设、工作面安全回采提供可靠的地质保障。

1 槽波超前探测原理

槽波超前探测的原理类似于地震勘探中的反射法,在煤层中激发和传播的槽波在沿着煤巷传播时,如果工作面或者巷道前方存在反射界面,槽波就会发生反射,形成反射槽波,通过分析反射槽波、绕射波等,对其进行偏移成像,就能获得反射界面的位置、走向等空间信息。其工作原理如图1所示,图中,×:炮点;○:检波点;实线:地震波传播路径射线。

图1 槽波超前探测方法工作原理示意图

在煤矿中,通过巷道超前探测,可探明迎头前方可能存在的地质构造(如断层、陷落柱及溶洞等)的位置、产状及规模等,并及时给出预测预报,使其可以提前合理规划和治理,从而避免地质灾害。

2 观测系统设计

槽波超前探测方法基于直达槽波和反射槽波的时距曲线,能否准确拾取直达槽波和反射槽波的同相轴曲线将直接影响最终成像精度。检波器排列长度需要达到一定值才可以较精确定位。另外断层距离越近,定位越准确,且道间距不能过大,否则无法识别到准确的反射槽波曲线。因此排列的长度要合理选择。

由于23上18工作面切眼已掘进,在进风顺槽的左帮布置炮点和检波点。进风顺槽左帮布置40道检波器,道间距2.5m,排列长度为100m。布设15个炮点,单孔炸药量150g,以保证足够的能量覆盖。

3 实际探测工作

勘探区域为金源矿23上18进风顺槽,有效探测距离约为迎头前方120m范围。

本次勘探在充分考虑现有的条件和目的任务的基础上,在巷道左帮布置检波点、炮点(激发点),如图2所示,具体参数如下。

图2 23上18进风顺槽超前探示意图

(1)道间距:2.5m。

23上18进风顺槽左帮(J1-J40)。

(2)炮点位置:

左帮:P1距J110m,P2距J15m,P3位于J3和J4之间,P4位于J9和J10之间,P5位于J16和J15之间,P6位于J22和J21之间,P7位于J28和J27之间,P8位于J34和J33之间,P9位于J38和J39之 间,P10距 J405m,P11距 J4010m,P12距J4015m,P13距J4020m,P14位于切眼,距切眼5m,P15位于切眼,距切眼10m。

(3)总炮数:共15炮(设计15炮,实际施工15炮)。

(4)总道数:40道(设计40道,实际施工40道)。

(5)炮孔情况:在煤层中间位置钻孔,孔深度为2m,误差小于0.3m。所打全部炮孔都在煤层里。

(6)药量和雷管选择:150g瞬发雷管/炮,瞬发雷管。

(7)接收点技术要求:在处于煤层中间的锚杆上,使用转接头将检波器固定在锚杆上(注意:锚杆须要在煤层中,且平行于煤层)。检波器安置方向既平行于煤层,又平行于煤侧壁,且保证所有检波器方向一致。

4 数据处理分析

4.1 数据单炮记录分析

选取第1炮和第13炮进行处理,经过对整个炮记录进行正负视速度滤波和F-K分析等,然后拾取直达槽波埃里相位置,结果如图3和图4所示。

图3 p1滤波分离剖面

图4 p13滤波分离剖面

4.2 克希霍夫积分偏移成像

地面地震勘探中的水平叠加剖面虽然可以大致地反映出地下构造形态,但若要对复杂地质下构造异常体的位置、结构、构造等进行准确的描述,必须要对地震记录进行偏移处理。特别是针对叠前地震勘探数据进行深度域的偏移,使得接收到的地震波场能被准确归位,这样处理后的地震剖面才符合真实的地下地质构造关系。进行偏移的方法很多,其中以联合波动方程和Kirchhoff积分解和射线追踪计算走时的应用最为广泛和成熟。

此次采用克希霍夫积分偏移成像对采集的数据进行处理分析。

4.3 结果分析与解释

根据最终积分成像结果,选择x分量的成像结果进行最终的地质解释。对最终的成果图进行地质解释,如图5所示。

图5 槽波超前探测成果解释图

根据最终成果图共划分解释出3个异常(YC1、YC2和YC3),详细解释如下:

(1)根据最终反演结果,推测YC1异常为断层,该异常与进风顺槽夹角约38°,位于J16T导线点后约13m至J16T导线点前约29m,距离进风左帮巷约14~51m。

(2)YC2异常位于迎头正前方,位于J17T导线点前约100m,对巷道掘进有一定的影响。

(3)YC3异常位于迎头正前方,位于J17T导线点前约140m,对巷道掘进有一定的影响。

5 钻探验证及后期回采情况

为了对槽波超前探测结果进行验证,进一步查清大屯断层位置、导水性、富水性,留设合理断层保护煤柱,为工作面安全回采提供可靠的地质资料,在迎头位置进行钻探施工。

5.1 钻探设计

在详细分析槽波超前物探结果资料及地质水文资料的基础上,根据井下钻探技术规范有关要求,结合矿井实际开采情况,充分利用现有巷道,本次共设计井下钻孔4个,预计工程量约530.0m。其钻孔参数如表1所示。

表1 设计钻孔技术参数一览表

5.2 钻探结果

井下钻探工程施工钻孔4个,完成钻探进尺503.5m。钻孔施工工程技术参数如表2所示。

表2 钻孔施工工程技术参数一览表

各钻孔施工过程中及终孔深度均未出现涌水。通过本次探查钻孔施工,与槽波超前探测结果基本吻合,大屯断层在工作面140m以外,工作面回采不受奥灰水威胁。

5.3 后期回采情况

工作面自初采后已安全回采500m,初次来压步距40m,周期来压步距18m,工作面回采期间无突水现象,涌水无变化。

6 结论

槽波超前探测不同于传统的体波超前探测,具有能量强、传播距离远、波形特征易于识别等优势,在矿井煤巷地质构造的超前探测中具有更广阔的应用前景。金源煤矿槽波发育较好,探测范围广,能够进行远距离超前探测,槽波超前探测技术在滕县煤田南部矿区具有较高的推广应用价值。

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