采煤工作面地质异常综合探查技术研究

宋 巍

（汾西矿业灵北煤矿，山西 灵石 031302）

物探是矿井常用探测技术手段，具有效率高、成本低以及探测范围广等优点，其中槽波探测以及无线电坑透是矿井最为常用的物探技术措施[1-2]。槽波地震勘探具有抗干扰能力强、精度高、范围大、探测结果直观以及波形容易识别等优点，但是也存在技术成熟度不高、数据采集繁琐等问题[3-5]。无线电坑透具有技术程度、探测效率高、便于解释等优点，可对探测范围内地质异常体定位精度高，但是也存在分辨率及精度有限、探测范围小、异常范围确定不精准等问题[6-8]。在地质探测中综合使用槽波探测以及无线电坑透技术手段，可实现探测技术优缺点互补，从而达到提升采煤工作面地质异常体探测可靠性以及精细度目的。

1 工程概况

山西某矿3506采煤工作面开采5号煤层，采面设计走形、倾向距离分别为950 m、135~165 m，煤层厚度分布不稳定，厚度介于1.20~8.60 m（均值3.78 m），煤层中夹杂有2~5层炭质泥岩矸石。5号煤层顶底板以粉砂岩、炭质泥岩以及石灰岩为主。受到区域断层以及褶曲等地质构造影响，3采区已回采的3501、3503等工作面均揭露有多条断层、褶曲等地质构造，预计3506采煤工作面开采范围内地质构造复杂。采面回采巷道掘进期间共计揭露8条断层，在开采范围内断层落差较小。为掌握开采范围内煤层赋存情况以及地质构造发育情况，为后续采面高效开采创造良好条件，提出综合使用槽波探测以及无线电坑透等技术措施，对采面内地质构造进行探测。

2 综合探测技术现场应用

2.1 探测设备及探测参数布置

采用的探测设备会直接影响综合探测成果，根据以往研究成果并结合探测经验，槽波探测选用德国产Summit II Ex型设备，该设备整体防爆，具有组件多、性能高、功能完备以及施工灵活等优点；无线电坑透设备选择采用国产WKT-E型，该设备具有透视范围大、设备轻便以及资料采集速度快等优点。

采用的Summit II Ex型槽波探测设备探测控制范围为走向距离480 m、倾向距离120 m。在采面进风巷内布置炮点，共计20个、炮点间间隔20 m；在回风巷内按照10 m道间距布置检波点，共计布置46个检波点。

采用的WKT-E型无线电坑透探测仪探测控制范围为走向距离570 m、倾向距离120 m。采用的无线电波频率0.5 MHz，发射点、接收点间隔距离分别为30 m、10 m，每隔发射点对应接收点数为11个。

2.2 综合探测结果

槽波探测探测结果如图1所示，其中横坐标表示走形位置、纵坐标为采面倾向，等值线为煤层厚度，图中颜色越深表示煤层厚度越薄。

从图1看出，在采面开采范围内煤层厚度变化较大，分布不均衡。结合回采巷道掘进揭露以及本次槽波探测结果得出，槽波探测确定的异常区内未有明显断层反映。结合采面回采实际揭露情况得知，槽波探测确定的薄煤层区与回采期间揭露的薄煤层区范围基本一致，煤层厚度变化位置以及厚度等与现场实际情况高度吻合。

图1 槽波探测成果图

在3506采煤工作面采用无线电坑透探测成果如下页图2所示。从探测结果看出，在探测范围内有2个探测异常区（编号K1、K2），2个探测异常区范围较大且均为电磁波能量较高吸收区。根据已有地质资料并结合无线电坑透获取到的异常区特点，判定K1以及K2异常区主要为煤厚急剧变化区或者是加矸厚度变化区。在本次无线电坑透探测期间未发现有断层、褶曲以及陷落柱等地质构造。

图2 无线电坑透探测成果图

2.3 探测结果分析

采用槽波探测以及无线电坑透相结合技术方法对回采范围进行综合探测，具体先采用无线电坑透技术大致确定回采范围内地质异常体分布区间；后采用槽波探测技术对已圈定的槽波异常体进行解释。具体综合物探技术应用后，综合探测结果为：

1）在3506采煤工作面开采范围内煤层厚度变化较大、赋存不稳定，其中煤层厚度在3m以内的范围占开采范围的60%以上；仅有个别位置煤层厚度超过6 m，即便在煤厚区域内煤层分布亦不稳定。在开采范围内煤层分布整体呈现蜂窝状，与5号煤层赋存情况整体较为吻合。

2）将采面综合探测结果与回采揭露的煤层厚度变化成果进行比对，从比对结果看出，采用无线电坑透以及槽波探测确定的采面煤层变化异常区范围与采面回采实际揭露情况基本一致，表明现场采用的综合探测成果精准度较高。

3）无线电坑透以及槽波探测探测结果相似性较高，探测确定的异常区（异常区主要为煤层厚度变化区）范围以及分布位置有较大重合，同时两种探测技术均未发现有断层、褶曲等地质构造，具体两种探测技术圈定的异常区比对结果如图3所示。三维地震探测确定的断层分布范围后钻探也未发现，采面回采至圈定的断层分布区内时均未揭露断层。

图3 物探圈定地质异常区分布图

3 结论

采用综合探测技术对采煤工作面回采范围内地质异常体进行综合探测及分析，通过综合比对分析可显著提升探测结果精准度。充分利用无线电坑透以及槽波探测技术优势，在采面探测时首先采用无线电坑透技术大致圈定地质异常体分布范围；后再利用槽波探测技术对圈定的地质异常体范围进行进一步探测、分析，在高效进行物探的同时提高重点探测区域探测可靠性以及精度。

槽波探测具备有探测范围广、精度以及分辨率高等优势，无线电坑透具备资料解释快、探测效率高等优势。在后续采煤工作面地质异常体探测过程中，在有条件时应尽量选择两种以上探测技术，采用以槽波探测为主、无线电坑透为辅的综合探测技术，从而在一定程度上提升地质构造异常区探测精准度并为后续煤炭高效开采提供可信度较高资料。