两种物探方法在薄层矿体断层探测中的应用

刘振庆

（山西灵石银源安苑煤业有限公司，山西 晋中 031300）

薄层矿体内揭露断层延展范围探测主要采用坑透法和槽波地震两种探测方法，由于槽波地震成本较高、采样时间长，需要巷道内放炮，对巷道成型影响大，尚未大范围普及。坑透法由于具有施工简便快捷的优点，已经被广泛应用。由于坑透探测技术在薄层矿体中探测精度较低，应需要本文采用坑透及瑞雷波探测两种方法，对回采工作面切眼揭露断层延展情况进行探测，结合瑞雷波探测成果、地质及钻探资料分析，准确圈定揭露断层延展范围，为后期工作面改造提供重要依据。

1 地质概况

某工作面煤层稳定、结构单一，以半光亮煤为主，黑色、粉快状构造，易碎、预计煤厚1.20m～1.29m，平均煤厚1.28m。

顶板为灰色、灰白色、结构致密、裂隙发育的K2灰岩，顶板为结构致密、性脆的砂质泥岩。工作面走向长度830m，切眼长度120m，工作面掘进至距切眼100m范围出现煤层起伏，切眼掘进过程中揭露走向232°，倾角65°，落差4.3m正断层，严重影响回采。

2 坑透法探测原理及局限性

2.1 原理

坑透法是利用高频电磁波在煤层中的衰减幅值来研究、确定目标体的位置、形态、大小等参数的一种常用的矿井物探方法，该方法主要通过研究电磁波在钻孔或工作面两顺槽间的传播特性和被介质吸收的情况来寻找、圈定各种目标，主要用来探测工作面内构造、煤层变薄带等[1]。

2.2 局限性

煤层和岩石对所发射高频电磁波的吸收是不同的，低电阻率的岩石对电磁波能量吸收作用大，因此接收的信号弱，而高阻煤层吸收作用小，接收的信号强。在薄煤层中进行探测时，电磁波能量多衰减在顶底板岩层中，造成异常构造分辨率大幅降低[2]。

2.3 现场施工

本次施工使用WKT-E型坑透仪，采用频率0.5MHz的天线进行接收，利用定点观测方法，可以发射点距50m，接收点距10m，每个发射点接收11个数据，在两顺槽共布置发射点10个，接收点总计110个。

3 瑞雷波法探测原理

3.1 原理

瑞利波探测法是矿井地质经常采用的掘进工作面超前勘探方法之一，该方法主要通过采集人工激发的瑞利波所携带的地质信息来分析探测前方构造发育情况，主要是利用瑞利波的两个特性：一是波在分层介质中传播时的频散特性；二是波的传播速度与介质的物理力学特性密切相关[3]。

3.2 现场施工

根据坑透探测成果，横坐标50m～100m、100m～200m范围圈定2处阴影异常（A、B），选择于横坐标70m、120m位置各采集1组瑞雷波分层曲线，为保证探测精度采集5条曲线用于对比。

4 成果分析

4.1 坑透探测成果分析

分析图1发现图中阴影区域主要呈条带状分布，横坐标40m～100m，纵坐标0～50m范围、横坐标100m～200m，纵坐标30m～100m范围（图中虚线圈定A、B异常区）存在明显条带阴影异常，结合实际揭露情况分析，A异常处未揭露断层，存在煤层倾角变化，推测为褶曲构造影响所致，B异常对应切眼位置揭露断层，推测为断层延展范围。

图1 工作面相对衰减成像图

4.2 瑞雷波探测成果分析

图2 瑞雷波分层曲线图

分析图2发现，（a）图纵坐标30m位置（图中虚线划定位置）无明显分层界面，（b）图纵坐标30m位置存在较明显分层界面，故推测图1坑透探测成果图中A异常为假异常，要求在横坐标70m、120m位置沿煤层方向向工作面内垂直施工2个钻孔。

4.3 钻探成果分析

结合图1、图2及钻孔资料分析，70m位置钻孔施工50m距离未见异常，120m位置钻孔至31m遇断层[4]。故图1中B异常为断层延展范围，根据此成果建议矿在图1横坐标100m位置重新开切眼对工作面进行改造，结果新切眼未揭露断层，探测成果与实际情况很好吻合。

5 结论

本文通过分析两种物探方法探测成果结合钻探成果资料，准确圈定薄煤层中断层延展范围，为煤矿工作面回采提供技术支持。