井下综合物探技术在司马矿安城断层探测中的应用.doc

1、1井下综合物探技术在司马矿安城断层探测中的应用摘要：随着煤矿综合机械化的不断发展，对地质工作的要求越来越高，司马煤矿三采区胶带巷掘进前方存在一安城正断层，为了提前更合理的设计巷道，保障安全生产，综合利用地震波超前探测技术和矿井瞬变电磁法技术对巷道迎头前方安城断层及附近小型断裂构造的位置、富导水性做了进一步探测，通过验证情况分析认为：利用地震波超前探测技术和矿井瞬变电磁法技术既可以探测巷道前方构造的位置以及富导水性，又可以将两种物探结论综合分析，相互验证，提高井下物探资料解释的精度和可靠性。 关键词：综合物探 构造异常区 富水性 引言： 山西潞安集团司马煤业有限公司现主采 3#煤层，其中在三采区

2、胶带巷掘进前方部位存在一安城正断层，该断层在司马矿地质报告和山西潞安集团司马煤业有限公司五采区三维地震勘探报告成果中分别做了解释，根据三维地震勘探显示，安城正断层位置较地质报告向北偏移了约 60m，工作面掘进位置附近断层走向 NE62，倾向 SE152，倾角 68.09?，落差为 21m。由于该断层落差较大、延伸较长，根据地面电法勘探成果表明其局部富水，为了提前更合理的设计巷道，给巷道顺利通过安城正断层提供准确地质资料，保障安全生产。考虑到井下物探比地面物探更接近观测实体，分辨率高等特点，井下进一步采用矿井巷道2震波超前探测技术和矿用瞬变电磁探测技术进行探查，取得了理想的勘探效果。 1、技术原

3、理 1.1 矿井巷道震波超前探测技术（MSP） MSP 技术基于反射波地震勘探原理，利用矿井巷道空间布置激发点和接收点，地震波在指定的震源点（巷道的左或右侧边）作小量炸药（锤击）产生，地震波在地层中以球面波传播，当遇到波阻抗界面（断层、岩石破碎带和岩性变化等）时，一部分信号被反射回来，反射信号被高灵敏度检波器所接收。在全空间波场条件下，巷道前方界面的反射波在时距规律、相位特征与巷道周边界面具有明显差异，这为利用地震反射波来探测前方构造提供了有利条件。 1.2 矿井瞬变电磁法技术 瞬变电磁法又称时间域电磁法，它是利用不接地回线或接地线源（电极）向地下发送一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间歇期间，利

4、用线圈或接地线源（电极）观测二次涡流场的方法。当存在构造破碎带（断层、裂隙和陷落柱等）时，如果构造不含水，则其导电性较差，局部电阻率值增高；如果构造含水，由于其导电性好，相当于存在局部低电阻率值地质体，为以岩石导电性差异为物理基础的电磁法探测方法提供了良好的地质条件。 2、数据采集、处理、解释 2.1 矿井巷道震波超前探测 2.1.1 现场观测系统布置及技术参数 3观测系统： 本次 MSP 采取同侧后置，共布设 24 个炮点，2 个检波点，炮点和检波点同侧布置，位于井下设施较少的同一侧帮腰线上，检波点布置在炮点后侧远离迎头的地方，总测线长 69m。 技术参数： 接收孔：采用三分量加速度传感器，

5、其中 X 方向对着迎头方向，Y与 X 正好垂直，而 Z 分量是沿帮向里的垂直方向，通过打气筒向传感器气室中充入高压空气，保证驱动贴壁装置与孔壁耦合。 放炮孔：孔径以矿用放炮煤电钻为准，药量 50g，下药后用炮泥将炮孔封至孔口，雷管为矿用一段瞬发雷管正向起爆。 仪器因素：采样点数 2048，采样间隔 200us。 2.1.2 资料处理及解释 数据处理时以后置检波器点为相对坐标零点，以胶带巷正北为 X 正方向，Y 正方向指向右帮建立坐标系，分别来确定接收点和激发点的相对坐标。 将现场采集到的物探数据在专业软件（MSP2.0）平台上进行了处理和分析，其处理流程为：记录解编数据预处理（主要有频谱分析、

6、初至拾取、带通滤波、振幅调整）核心处理（主要有反射波提取、速度分析、深度偏移）结果解释（界面提取） 。 2.2 矿井瞬变电磁法技术 2.2.1 现场观测系统布置及技术参数 观测系统：在井下巷道迎头实地观察后，结合探测目的任务，选择4了更适于全面探测迎头前方情况的 U 型观测系统，其中每个 U 形观测点在垂直方向上都观测了 5 个方向，包括迎头斜上 45、斜上 30、顺层、斜下 30和斜下 45。 2.2.2 资料处理及解释 将井下采集的数据在矿井瞬变电磁处理解析软件上进行了数据圆滑、干扰校正、电阻率计算等处理和分析，在迎头前方的立体空间中，发现三处相对低阻异常区。 根据瞬变电磁各个探测方向的结

7、果，对迎头附近顶底板及顺层的含水性逐一分析如下： 顶板：根据顶板斜上 30和顶板斜上 45探测结果分析，迎头顶板的左前方阻值相对较低，分析存在局部富水；正前方 80120m 处也存在局部低阻，分析为局部弱富水；右方及右前方顶板视电阻率较高，含水性较差。 顺层：顺层探测结果表明，迎头左方及左前方 30100m 存在低阻异常区，可能为局部构造导水；正前方及右方视电阻率较高，含水性较差。底板：底板探测结果表明，迎头底板的左方及左前方，视电阻率很低，反映出该部位底板的富水性较强；正前方 80100m 处底板也存在低阻异常区，不过视电阻率值反映出该部位富水性较弱；右方及右前方视电阻率较高，含水性较差。

8、3、综合物探成果 地震解释的 R1 界面，在其附近瞬变电磁资料显示没有明显低阻异常，5因此，R1 含水性较差，破碎程度较低，分析可能为落差较小的构造或岩性较为破碎地段； 地震解释的 R2 界面，在其附近瞬变电磁资料显示只有底板斜下 30，当日迎头前方 60100m 有局部低阻异常，分析 R2 可能为局部富水的小型断裂构造，导通的可能性较小； 地震解释的 R3 界面，分析该界面应该为安城正断层，落差较大，破碎程度较高，在其附近瞬变电磁资料显示该部位在顶板 45、顶板 30、底板 30、底板 45，当日迎头前方 80100m 均存在相对低阻异常，分析认为局部存在相对较弱的富水区，需要引起注意。 瞬

9、变电磁资料解释的迎头左前方 40m 以外的较强富水区，根据本次矿井地震资料及地面地震资料分析，可能为安城断层和 DX12 陷落柱附近的构造富水，由于该异常区阻值较低，富水性较强，需引起矿方注意。 4、验证情况 在当日探测迎头前方 30 米左右处，存在一小型断裂构造，与矿井巷道震波超前探测解释的 R1 异常反射界面较为吻合。由于本次巷道是与水平方向成以+9 度破顶前进，R2 异常反射界面在本次巷道掘进过程中未得到验证，预计该异常为煤层内部存在小的破碎带；R3 异常反射界面与本次验证情况较为相符，为安城断层赋存区域，预计落差 31 米左右，比正常地段涌水量大。 5、结论 通过本次综合物探技术在司马

10、矿井的运用及验证情况分析认为，利用地震波超前探测技术和矿井瞬变电磁法技术既可以探测巷道前方构造6的位置以及富导水性，又可以充分发挥各种物探方法优势，使各种方法的解释成果相互佐证、取长补短，提高井下物探资料解释的精度和可靠性。为煤矿安全、高效生产及防治水工作提供准确地质资料。 参考文献： 1 关民全等.山西潞安集团司马煤业有限公司三采区胶带巷（里段）安城正断层超前探测报告R.河北 邯郸：中国煤炭地质总局水文物测队，2012. 2 于景?.矿井瞬变电磁法勘探M.徐州：中国矿业大学出版社，2007. 作者简介： 蔺国华（1979 ） ，男，山东博兴人，2004 年毕业于中国矿业大学，硕士研究生，长期从事地震勘探工作，现任中国煤炭地质总局水文物测队副队长兼总工程师。