井下物探方案

貴州大方煤業(yè)公司小屯煤礦

井下物探技術實施方案一、概述小屯井田位于貴州省大方縣縣城南部，井田中心直距縣城約6.0km,行政區(qū)劃屬大方縣小屯鄉(xiāng)、大方鎮(zhèn)、羊場鎮(zhèn)管轄。貴畢高等級公路從井田中南部穿過，大方至納雍的縣級公路沿井田西側淺部邊緣經過。交通十分便利,見圖1.2-1。井田西至龍?zhí)督M地層底界，北至1勘探線，東至路穿巖?周家大洞?安塘?巖腳?新田一線南至北緯27。02，15〃緯線。南北長7?10.2km，—般8km;東西寬4.6?11.10km，—般約7.5km，面積約66.51km2。地理坐標：東經105。32'45〃?105。39'30〃，北緯27。02'15〃?27。07'45〃。一采區(qū)位于該井田中西部，北起7勘探線，南至J10勘探線以南;西起煤系地層淺部，以貴畢高等級公路為界;東至五采區(qū)保護煤柱。南北長約3.5km，東西寬約1.95km，面積約6.8km2。本礦為高瓦斯突出礦井。二、便攜式礦井地質探測儀簡介概述礦井地質構造及煤層賦存情況是礦井生產與安全的主要影響因素，礦井地質構造和煤層賦存情況不但直接影響到礦井生產安全而且還控制著煤層瓦斯、礦井水體、地下應力場等的分布與變化規(guī)律?？煽繙蚀_的地質構造和煤層賦存情況預測和對礦井采區(qū)、工作面、巷道等系統(tǒng)的合理布置、采取有效的措施確保礦井安全生產具有十分重要的意義。多年來，作為煤礦生產不可缺少的重要環(huán)節(jié)之一的地質構造預測技術一直得到世界各產煤國的重視。世界各主要產（采）煤國都投入了大量的人力、物力、財力進行技術攻關，取得了許多寶貴的經驗和研究成果。我國在礦井構造探測與預測及煤層賦存情況等研究同樣做了大量的工作，但在礦井構造探測儀器設備研制方面，真正起到良好應用效果的只有安徽理工大學和福州華虹智能科技開發(fā)有限公司研制的KDZ1114-3型便攜式礦井地質探測儀和西安分院瑞雷面波探測儀，它們均可直接用于井下巷道超前探測，其中KDZ1114-3型礦井地質探測儀的5種探測方法就包括瑞雷面波探測方法，目前該儀器已在煤礦構造及異常體預測預報過程中發(fā)揮著重要的作用。

儀器原理礦井地質探測儀主要采用震波勘探原理，利用震波（地震及聲波）為彈性波波源，對被探測介質的厚度（距離）和速度進行探測，采用自激自收解析法、瑞雷波解析法、折射解析法及反射解析法進行數(shù)據采集和解析。這四種解析方法應用于儀器內核，構成儀器四種全自動、半自動、手動探測方法，即單點探測、雙點探測、折射探測與反射探測。目的是使儀器適用性更加廣泛，突破以往使用探測儀器只能專業(yè)人員介入的局面。通過采集地震波，經儀器初處理后，再經過軟件解析系統(tǒng)的綜合分析后，從而確定異常界面。再結合地質基礎資料，最終定性和定量確定其探測目的。儀器基本組成主機由主板、液晶顯示器、薄膜鍵盤、電池和各種外接接口插座等組成。面板有輸入接口、啟動接口、充電接口、通用功能接口（可圖一KDZ113-4便攜式礦井地質探測儀系統(tǒng)組成接打印機、通訊存儲卡）聯(lián)網接口、PC鍵盤接口；控制按鍵有輝度控制按鍵和電源開關，另有檢波器、啟動器、震源、充電器、通訊存儲卡的主要設備，見圖2-1圖一KDZ113-4便攜式礦井地質探測儀系統(tǒng)組成2.4儀器探測方法及重點解決所用探測儀器主要探測方法有：1） 單點自激自收探測2）雙點瑞雷面波探測3）單邊折射探測4）雙邊折射剖面探測5）圍巖松動圈探測6）反射探測7）用戶自定義探測所用儀器重點解決1）頂?shù)装迕汉窦扒胺綐嬙鞂崟r剖面2） 工作面內斷層及隱伏構造探測3） 圍巖松動探測4） 陷落柱探測5） 巷道獨頭超前探測6） 老空探測

7）基巖界面及起伏形態(tài)探測8） 巖層探煤層9）錨噴大巷安全性評價10） 巖漿侵入體2.5儀器主要特點該儀器是一種高檔智能化產品，無論在技術上還是在使用上都完全基于用戶的需要設計。因此具有其他類似儀器所不具有的優(yōu)點。（1）智能化探測。儀器提供的5種探測方法均應用智能的數(shù)據采集和解析算法，既可無人介入全自動解析，亦可人機聯(lián)合操作，還可由人工操作，以圖形和數(shù)字得出探測結果。（2） 測算實時。儀器具有波形解析軟件，波形采集后可立即進行解析，從而使得探測和數(shù)據處理可在現(xiàn)場同時進行。（3） 傻瓜機型。每一步操作均有提示和在線幫助，若操作出錯儀器會通過聲音或顯示提示，機內擁有國標二級漢字庫；儀器提供的4種智能探測方法，使用者可以是非專業(yè)人員。2.6儀器技術性能1.人機接口顯示：采用640x200大屏幕圖形點陣液晶顯示器；鍵盤：64鍵，由數(shù)字鍵、功能鍵和子母鍵等；操作界面：全中文界面，有字符、專（通）用庫、區(qū)位拼音、五筆等輸入法；?通道數(shù)：?采樣速度：?通道數(shù)：?采樣速度：?厶她分辨率：?內存容量：?增益：?低通：?帶通：?全通：?容量：2.采集通道單道采樣最快速度為2.5ps（高速型），5ps（次高速型）；采樣數(shù)據分辨率為12位；1M、2M、4M、8M字節(jié)可選，可存儲1000個左右測點數(shù)據資料；0dB?96dB（0?42dB以6dB遞增、42dB?96dB以3dB遞增，增量可選）；最高截止頻率為4000HZ；在1HZ?4000HZ之間任取頻帶，但高截不能超過低截的5倍；可通過0HZ?7KHZ任意頻率信號；采樣存儲器容量為8K字節(jié)；

■間隔：聲波采樣：2.5ps?32000ps（以0.5ps為增量可選）。3.探測介質探自動探測為60米以內，用戶自定義探測深度不限。探測層數(shù)：＜5層；電 源■供 電：內含有高能鋰電池，可連續(xù)工作4小時以上；數(shù)據保持：掉電情況下，可保證數(shù)據1000小時不丟失；充 電：外配有電池充電器，可直接輸入220V交流電對機內電池進行充電，充電時間大于等于8小時。外設選件■通訊存儲卡：存儲部分容量為1M?8M字節(jié)可選，用于記錄探測歷史數(shù)據，可存1千個左右探點數(shù)據；通訊部分采用RS232接口標準，可使儀器與微機直接通訊；■打印機：可選用常用打印機；■PC鍵盤：可選通用標準PC鍵盤。6.環(huán)境條件■防爆：本質安全型防爆產品，可適用于井下高瓦斯環(huán)境；■防濕：采用密封措施，可適應于井下高潮濕環(huán)境；■防塵：采用密封措施，可適應于井下高粉塵環(huán)境；■工作溫度:09?409;■相對濕度:<95%。7.重量規(guī)格重量：主機重量為4.4Kg，攜帶方便;規(guī)格尺寸:350mmx248mmx88mm。三、物探的使用方法3.1探測方法及原理依據探測目的，在3.1所述各探測點采用了地震勘探中的單點探測、反射共偏移探測，利用該方法進行有效的相位對比與追蹤可獲得反射界面的位置及厚度關系?，F(xiàn)對其方法原理作以簡單介紹。單點探測，又稱單點自激自收法，即接收點和擊震點的距離X趨近于0、反射共

偏移法又稱隨地聲納法，依據反射波勘探原理，在單邊排列基礎上選定最佳偏移距，即最佳反射窗口，采用單道或多道疊加小步長順移前進觀測系統(tǒng)（圖3-1）。根據反射波原理，單道觀測系統(tǒng)有相應波路圖（圖3-2），且它的時距曲線方程為：OA+AS

V偏移距一右壬L 測線一山檢波點*激發(fā)點單道觀測系統(tǒng)——偏移距一輛平移一OA+AS

V偏移距一右壬L 測線一山檢波點*激發(fā)點單道觀測系統(tǒng)——偏移距一輛平移一（b）臨道觀測系統(tǒng)〔注：6道同歩以道間距平移〕測線一2'h2+<4h2+x2

V圖3-1觀測系統(tǒng)示意圖圖3-2單道觀測系統(tǒng)波路圖這樣等步長前移連續(xù)追蹤可得到地下各個反射界面的剖面時域波形圖。而多道觀測系統(tǒng)除了具有某單道效果外，還可進行疊加形成多道疊加剖面，也可對記錄進行操作抽取不同偏移距的單道記錄，有利于對地下介質的對比分析，提高解析能力與精度。數(shù)據采集數(shù)據采集各測線參數(shù)設置本次測試結合井下實際工作條件，在實測過程中采用單點探測和反射共偏移探測的方法采集數(shù)據。探測施工軟件及硬件系統(tǒng)本次共偏移法探測采用KDZ1114-3型便攜式礦井地質探測儀進行數(shù)據采集。儀器設備本質安全防爆，可用于高瓦斯礦井。儀器體積小，重量輕，為便攜式，并可多臺相互串聯(lián)，構成多道工作。傳感器聲波檢層法中采用高頻系列檢波器，其頻率響應為 14－2000Hz。震源視實際情況分別采用落重法即用4公斤重錘進行錘擊啟動，。具體主要使用的軟硬件系統(tǒng)設備有：

1．KDZ1114-3便攜式礦井地質探測儀主機;2?KDZ震波探測解析系統(tǒng)軟件（支持WINDOWS界面）;3．信號傳輸裝置:4通道信號采集線（10米）;4．信號啟動裝置:多方式啟動線（4米）啟動觸發(fā)器;5?數(shù)據通訊裝置:DB9通訊電纜（3米接頭），專用打印機電纜（1米DB25轉DB36）；6?存儲器:COMMEM智能數(shù)據通訊卡；7?震源激發(fā)接收裝置:高阻尼檢波器（lOOHzx2,4.5Hzx2）;8．輔助工具：8磅錘粉筆若干皮尺1把。3.4資料處理與分析3.4.1處理方法單點和反射共偏移法通過實測中多次垂直疊加消除干擾波采集原始信號，再進行室內回放進一步細化處理。對單道觀測系統(tǒng)來說，具體處理流程如圖3-3所示：圖3-3反射共偏移法處理流程圖3-3反射共偏移法處理流程飾處理包括空間混波、三瞬處理、平滑處理等。對于多道覆蓋觀測系統(tǒng)采集信號，除了可抽取各偏移距單道記錄進行處理外，還可進行多道疊加處理，其處理流程如下：預處理數(shù)字濾波靜校正速度譜動校正 >水?平疊加修飾處理——顯示疊加剖面3.4.2處理軟件反射共偏移法本次資料處理是在便攜式礦井地質探測儀機內軟件程序解析的基礎上，結合KC2000進行，該軟件集數(shù)據錄入、預處理及各功能模塊與一體，使用方便快捷，解析精度高。KC2000中反射波法處理模塊即可對共偏移法采集數(shù)據進行相應各項處理。、探測條件分析4.1地質條件煤層在煤系地層中，屬一個低速、低密度的軟弱夾層。按照波阻抗理論，設z1為煤層的波阻抗，z2為頂板巖石的波阻抗，則有召=p1V1,Z2=p2V2其中，p,V為介質密度和介質震波速度。由震波反射原理，波阻抗存在差異的兩層界面的反射系數(shù)R為Z-Zpv-pvR=—1 2=—」 2-^-煤與砂巖的波阻抗差異較大，這表明，該界面是一個強反射界面，有利于聲波反射法進行煤厚及構造測試工作。裂隙作用放頂煤開采及巷道掘進過程中，側幫受應力作用，產生大量的垂直張裂隙，在井下實際觀測過程中，這種張裂隙大多呈網格狀切割，從而導致頂板波速的橫向變化較大，限制了小排列地震折射法和反射探測法，在井下實測的相鄰波形，相干性較差。但總可以找到相對密度的一個體積元，該體積元被周邊的裂隙所切割，相當于形成了一系列的高速波導體，因而在單個體積元上進行自激自收，將會取得較好的效果。井下空間井下場地限制了其物探方法的工作空間，要想快速、準確地查明頂煤厚度，就只能采用零偏移距方法來進行。在巷道中或支架中，采用單個檢波器檢測單次錘擊所反射回來的聲波，用自激自收解析法對聲波數(shù)據進行解析。震源擾動作用在地面地震探測中，震源在產生有效縱波、橫波的同時，還產生大量的干擾信號，這種震波的干擾主要表現(xiàn)在面波和擊震點的延時作用。在井下采用激發(fā)接收系統(tǒng)時，最大的技術關鍵在于解決這一首要的信號采集問題。根據干擾的一般特征，可從3個方面加以限制，提高采集信號的信噪比。首先，在震源本身上要使用高頻點源，提高震源本身的頻率，我們主要采用震波藕合器及加大擊震力度。其二，接收儀器的前置模擬濾波檔要向高頻移動，以采集可靠的高頻反射波，將頻帶門坎放在面波頻率的高端，限制震源干擾成份進入A/D轉換器。其三是使用的聲波傳感器，要求寬頻、高阻尼特征，主要使用美國mark28，加電阻尼來構造檢波器。只有從震源和傳感器以及儀器這三個方面，同時采用壓制干擾的方法，才能起到較好的作用。五、探測方法原理及解析結果5.1單點探測原理單點探測技術是源于反射地震波勘探中的自激自收方式，即反射波中偏移距為零的垂直反射形式。它是通過接收巖、煤層界面的地震波垂直反射信號，來解析計算目的層距離或厚度的。由反射波時距曲線方程：4h2+x2=v212,令x二0，則h二巴。式中時間t可由波形記錄上判讀，波速v須是一已知數(shù)，其取值準確與否，直接影響到目的層距離或厚度探測的精度。一般來說，在一定的探測區(qū)域內，巖、煤層的垂向波速都較穩(wěn)定，探測時可作波速調查，弄清各層波速分布狀況，為探測解析提供依據。5.2反射共偏移探測原理其反射共偏移探測原理與單點探測是一至的，都是利用反射探測的原理，只是反射共偏移探測時接收點和擊震點有一定的距離即有一定偏移距，這樣做的目的是從時差上減小震波相互間的干擾。七、經濟效益分析與評價（1） 以往用鉆機探測距煤距離要浪費幾個班的時間，不僅浪費人力，物力和財力；且探測人員體力消耗大，工作環(huán)境差，工作時間長，受現(xiàn)場條件限制有時也探不成或探不全，或由于角度原因造成誤差。使用儀器探測，具有用人少、減輕勞動強度、縮短探測時間、精度滿足儲量管理要求和施工要求的特點，工作效率成倍增加。目前執(zhí)行長