槽波地震勘探技術(shù)在某礦工作面的應(yīng)用

槽波地震勘探技術(shù)在某礦工作面的應(yīng)用

1槽波阻抗機(jī)理槽波是地震波，也被稱為煤層波和導(dǎo)波。在煤系地層中,煤層與圍巖相比,具有速度低、密度小的特點(diǎn)。在地質(zhì)剖面中,煤層是一個(gè)典型的低速夾層,在物理上構(gòu)成一個(gè)“波導(dǎo)”。因此,煤層與頂?shù)装鍘r層界面均是高波阻抗。當(dāng)煤層中激發(fā)的體波(包括縱波與橫波)的部分能量由于頂?shù)捉缑娴亩啻稳瓷浔唤d在煤層及其鄰近的巖石中(簡稱煤槽),不向圍巖輻射,在煤層中相互疊加、相長干涉,形成一個(gè)強(qiáng)的干涉擾動(dòng),即槽波。如圖1所示,根據(jù)斯奈爾(Snell)定律,任何一個(gè)透射二次波,當(dāng)它的波速大于入射波速的條件下,只要入射角大于臨界角都可能產(chǎn)生全反射。當(dāng)多層介質(zhì)中有一個(gè)低速層時(shí),其速度比上下圍巖低,它的頂界面都將是一個(gè)強(qiáng)反射面。根據(jù)勘探目的與布置方式不同,槽波勘探方法分為透射法槽波勘探和反射法槽波勘探。2巷道周邊構(gòu)造勘探區(qū)為某礦2505工作面,該工作面所采煤層為二疊系下統(tǒng)山西組二二2505工作面外段地質(zhì)構(gòu)造相對簡單,掘進(jìn)過程中在上巷揭露一條小斷層;下巷通過地面三維地震勘,探測出的有一個(gè)滑動(dòng)面,但斷層特征不明顯;下巷有一段巖巷,巷道頂部僅有一層約0.3m的薄煤層;在開切眼的過程中揭露4條沿工作面走向延伸的斷層,其中落差最大的一條斷層落差推測為20~25m。通過掘進(jìn)過程揭露的情況來看,該工作面里段地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜。3槽波勘探設(shè)計(jì)及施工本次2505工作面采用反射法槽波勘探,探測工作面內(nèi)部構(gòu)造情況。如圖2、3所示,反射法槽波勘探炮點(diǎn)和檢波器點(diǎn)布設(shè)在同一條巷道中進(jìn)行探測,檢波器接收的是反射槽波信號。當(dāng)震源激發(fā)的槽波沿煤層向遠(yuǎn)處傳播中遇到不連續(xù)體,即遇到地震波的波阻抗(速度與密度的乘積)的分界面時(shí),將產(chǎn)生反射槽波信號。利用布設(shè)在巷道壁或工作面壁上的檢波器,就可以接收到這些反射槽波信號。通過識別和分析這些反射槽波信號,就能判斷出煤層中不連續(xù)體的所在位置。本次槽波地震勘探使用的是德國DMT公司研制的新一代SummitⅡEx防爆槽波地震儀,依據(jù)探測目的,2505工作面上、下巷反射法槽波勘探工作布置如圖4。2505工作面槽波地震勘探工作布置示意圖(1)2505工作面下巷內(nèi)幫,設(shè)計(jì)勘探長度390m。設(shè)計(jì)炮點(diǎn)26個(gè),炮點(diǎn)距15m,藥量為200g/炮;設(shè)計(jì)檢波點(diǎn)27個(gè),道間距15m,G1距離下巷里段拐點(diǎn)下1910m實(shí)際勘探過程中,檢波點(diǎn)27個(gè),炮點(diǎn)26個(gè),激發(fā)順序S1-S26。(2)2505工作面上巷內(nèi)幫,設(shè)計(jì)勘探長度480m。設(shè)計(jì)炮點(diǎn)24個(gè),炮點(diǎn)距20m,藥量300g/炮;設(shè)計(jì)檢波點(diǎn)25個(gè),道間距20m,G25距離切眼9m。實(shí)際勘探過程中,檢波點(diǎn)24個(gè),炮點(diǎn)23個(gè),激發(fā)順序S23-S1?，F(xiàn)場勘探均采用共炮點(diǎn)接收方式,即每一炮所有檢波器均進(jìn)行接收信號。4工作面垂直剖面的反射界面分析(1)圖5為2505工作面下巷反射法槽波地震勘探包絡(luò)疊加剖面圖,圖中橫坐標(biāo)為巷道相對位置(左邊為巷道里段),縱坐標(biāo)為探測距離。下巷數(shù)據(jù)處理使用速度參數(shù)為1050m/s,橫坐標(biāo)原點(diǎn)位于S1(下巷里段)點(diǎn)。從圖上看明顯存在2個(gè)反射界面,分別為1#、2#反射界面。其中1#反射界面位置為下巷向上60~70m區(qū)域,沿工作面走向展布,可能為假異常;2#反射界面里端在下巷里段拐點(diǎn)往里40~50m位置,大致與工作面走向一致,并逐漸向工作面內(nèi)部偏移,其外端距下巷大約120~140m。從其展布形態(tài)分析為一落差大于1/2煤厚的斷層,推測可能為下巷里段所揭露的斷層。(2)圖6為2505工作面上巷槽波地震勘探反射法包絡(luò)疊加剖面圖,圖中橫坐標(biāo)為巷道相對位置(右邊為巷道里段即切眼位置),縱坐標(biāo)為探測距離。上巷數(shù)據(jù)處理使用速度參數(shù)為1050m/s,橫坐標(biāo)原點(diǎn)位于G24(上巷里段)點(diǎn)。從圖上看明顯存在2個(gè)反射界面,分別為3#、4#反射界面。3#反射界面位于工作面內(nèi)距上巷50~60m位置,沿工作面走向展布,從其展布形態(tài)分析為一落差大于1/2煤厚的斷層,推測其可能為切眼所揭露落差為20~25m的斷層;4#反射界面位于工作面內(nèi)距上巷100~110m位置,沿工作面走向展布,從其展布形態(tài)分析可能為一落差大于1/2煤厚的斷層,但由于3#反射界面的屏蔽作用,4#反射界面能量較小,形態(tài)不夠清晰,其可靠性較低。據(jù)工作面實(shí)際回采及巷道改造揭露,1#反射界面并未揭露較大落差的斷層,與資料分析的可能為假異常,基本吻合;在距工作面下巷100m左右揭露一落差6m左右的走向斷層,與2#反射界面基本吻合;在距工作面上巷60m和90m處分別揭露一落差6~10m的斷層,與3#、4#反射界面基本吻合,同時(shí)3#所對應(yīng)斷層在圖7中14點(diǎn)處向外逐步尖滅,4#所對應(yīng)斷層在圖7中31點(diǎn)處向外逐步尖滅。5激發(fā)槽波的可行性此次反射法槽波地震探測在2505工作面應(yīng)用效果較好,異常帶單一、特征明顯,誤測率低,為工作面正?；夭杉昂侠砀脑焯峁┝酥匾目茖W(xué)依據(jù),具有較強(qiáng)的適用性和可操作性。當(dāng)在煤層中激發(fā)地震波時(shí),由于頂、底板圍巖速度明顯高于煤層中地震波的傳播速度,當(dāng)