官地矿33423工作面切眼地震勘探应用研究

史海江

（山西焦煤西山煤电集团有限公司官地煤矿，山西 太原 030022）

1 工程概况

1.1 工作面概况

33423工作面位于官地煤矿北四采区西北侧，东北侧为3#煤北四回风巷、33307采空区，西北侧为33421工作面采空区，东南侧为北四新区皮带巷、回风巷及33419、33417、33413、33411工作面采空区及33415工作面（正在回采），西南侧为北四左翼辅运巷、3#煤皮带配巷、3#煤回风配巷，上部3.5～5.5m为32302、22423、22425、32404工作面采空区和中北回风巷。

33421工作面在回采过程中揭露一陷落柱，揭露范围约60m，根据已知地质资料推测其与原33423副巷揭露的陷落柱为同一个，本次勘探区的位置为33423工作面目前推进位置，具体位置如图1所示。

工作面采3#煤，平均煤厚3.3m，煤层结构简单，煤层倾角2°～11°，平均6°，煤层稳定，煤质以半暗型为主。煤层伪顶为炭质泥岩，平均厚度0.4m；直接顶为泥岩，平均厚度1.32m；老顶为细粒砂岩，平均厚度3.28m。直接底为泥岩，平均厚度4.7m；老底为粗粒砂岩，平均厚度12.9m。

1.2 工作面构造发育情况

（1）褶曲。工作面范围内整体为单斜构造，工作面东北部有一背斜构造，两翼倾角2°～5°。

（2）断层。工作面在正巷掘进过程中揭露落差0.6m的逆断层1条，副巷掘进过程中揭露落差0.8m正断层1条、1.5m逆断层1条，工作面内预计将揭露落差2.8m、0.5m、0.6m、0.8m正断层4条，落差0.5m、4.5m逆断层2条。

（3）陷落柱。巷道副巷掘进过程中揭露N3-25陷落柱（此次勘探的目的），正巷掘进过程中揭露Z4-35陷落柱，工作面内预计将揭露N4-46、N4-15、Z4-105、Z4-104、Z4-101陷落柱，煤柱内存在N4-14陷落柱。

（4）工作面内部不排除有其他隐伏地质构造。

结合地质情况及现场环境，本次在33423切眼采用分布式震波反射法（震波CT）、地震波反射共偏移两种方法综合探查33423切眼和33423副巷揭露的陷落柱在工作面内的延伸情况，为33423工作面回采工作提供技术依据。

2 地震物探原理分析

2.1 分布式震波反射探测原理

地震波在煤层中传播遇到煤层中的不连续体，即遇到波阻抗（速度和密度）差异的分界面，就会产生反射波信号，因此，识别出这些反射波信号就能直接判断出煤层不连续的位置。炮点与检波点布置在同一巷道内，炮点在排列附近。反射法的最大优点是可以在一条煤巷中向两侧探测，是井下地震勘探的重要方法。本次33423工作面分布式震波反射勘探设备采用福州华虹制造的“KDZ3114矿井分布式震波勘探仪系统”。

2.2 反射共偏移法原理

此技术是根据反射波探测原理，首先选出最佳偏移距离，然后多次从观测系统中覆盖数据进行数据采集工作。在利用此技术探测时，先利用单边排列方法针对测试工作面地震地质条件进行噪声监测，然后针对排列记录进行分析对比，确定合适的反射共偏移接受信息窗口，在检测的同时按照一定步距向前推进完成工作面区域探测任务。本次采用KDZ1114-6A30矿井地质探测仪。

3 方案设计

3.1 分布式震波反射探测方案

在33423工作面切眼内工作面侧沿副巷到正巷方向穿插布置炮点和检波点，在距离副巷和切眼交叉口18m位置布置第一个炮点，共布置炮点14个，炮点间距10m；在距离副巷和切眼交叉口0.5m位置布置第一个检波点，共布置检波点36个，检波点间距5m。炮点和相邻检波点间距2.5m，如图2所示。

物探施工前，由矿方放炮员按照设计要求打眼装药，布置好物探设备后连接物探启动设备和起爆器，由物探员指挥放炮员逐一单炮起爆，现场施工严格按照相关安全规程施工，保证施工安全和数据质量。

3.2 反射共偏移法探测方案

在33423工作面切眼与33423副巷交叉口处沿副巷到正巷方向开始布置第一次观测系统（一个激发点两个检波点接收），施工完成后，按照移动步距将整个观测系统搬站，重复与第一次观测相同的工作，后续重复，直到观测系统覆盖整个工作面为止。最小偏移距（即震源点与1号检波点的距离）1m，道间距（两个检波点间距离）1m，移动步距1m。测线布置示意图如图3所示，覆盖范围如图4所示。

工作人员应携带卷尺、记录本等现场使用工具。物探施工时，由物探员指挥激发锤击震源和布置观测系统，现场施工严格按照相关安全规程施工，保证施工安全和数据质量。

3.3 工作量统计

本次勘探33423工作面切眼长185m，分别采用分布式震波反射和反射共偏移法对其进行勘探。本次分布式震波反射探测、反射共偏移探测现场采集数据预计1d时间。分布式震波反射和反射共偏移法都是在切眼激发和接收，分布式震波反射勘探炮间距10m，道间距5m，测线长度175m，共布置炮点14个，检波点36个。反射共偏移每一次观测需设置1个震源激发点，2个检波点，测线长度130m，移动步距1m，共需重复进行130多次观测。具体情况如表1所示。

图3 反射共偏移测线布置示意图

图4 反射共偏移覆盖范围图

表1 勘探工作量表

4 数据处理分析

根据设备软件数据处理平台，可以得到直观的效果图，如图5、图6所示。

图5 震波CT共中心点时间水平叠加剖面成果图

图6 地震波反射共偏移剖面成果图

由图分析可得：地震波在岩石中相比在煤层中呈现高频、高速特征，且在煤岩分界的波阻抗差异位置存在明显增强发射相位。

根据分布式震波CT共中心点时间水平叠加剖面、地震波反射共偏移剖面可以看出：横向20～90m、深度0～82m范围（具体位置见图中线圈定的范围），相比其他地震波呈现高频、高速特征，确定为高密度介质。

因此，可以得到官地矿33423工作面切眼处横向20～90m（切眼内沿副巷至正巷方向）、深度0～82m（切眼垂直工作面面内方向）范围，为陷落柱发育范围。

5 结论

本文针对官地矿井下33423工作面切眼和33423副巷揭露的陷落柱情况不明确等问题，分析了分布式震波反射法（震波CT）、地震波反射共偏移勘探方法的工作原理，并针对33423工作面切眼处陷落柱进行了探测，通过数据分析平台，得到了33423工作面切眼处横向20～90m（切眼内沿副巷至正巷方向）、深度0～82m（切眼垂直工作面面内方向）范围，为陷落柱发育范围。