综合物探技术在马兰矿探查隐伏陷落柱中的应用.pdf
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1、第 7 期 山 西 焦 煤 科 技 No.72023 年 7 月Shanxi Coking Coal Science&TechnologyJul.2023技术经验收稿日期:2023-03-20作者简介:张陆(1991),男,河南鹤壁人,2013 年毕业于晋中职业技术学院,助理工程师,主要从事煤矿地测防治水工作(E-mail)365824209 综合物探技术在马兰矿探查隐伏陷落柱中的应用张陆(山西焦煤 西山煤电集团马兰矿,山西古交030200)摘要为探清马兰矿 18502 工作面内出现的隐伏陷落柱的富水情况,准确获得工作面内部地质构造发育情况及陷落柱周围完整的地质信息,基于槽波地球物理勘探和矿井
2、音频电透视技术的基本原理,结合矿井工作面现场实际的水文地质特征,选用矿井槽波地震勘探技术和音频电透视技术对18502 工作面进行综合地球物理勘探。结果表明:槽波地震勘探技术对井下巷道内地质构造异常区域有明显异常区反应;音频电透视技术可对相对低阻异常区域进行富水性安全评价。可见,回采工作面综合地球物理勘探技术对探查隐伏陷落柱等隐蔽致灾地质体具有较好的勘探效果,为工作面的安全开采提供了保障。关键词矿井综合物探;隐伏陷落柱;槽波地震勘探技术;音频电透视技术中图分类号:TD166文献标识码:B文章编号:1672-0652(2023)07-0032-05煤矿陷落柱作为一种较复杂的地质构造,其成因是该区域
3、下部为石灰岩,并且岩溶较为发育,在重力作用下,覆岩向下塌陷而形成1.陷落柱多数不导水,但是陷落柱只要导水,就容易引发大的突水事故2.所以在工作面回采时,应重视对工作面内部隐伏陷落柱的探查3.马兰矿 18502 工作面回采过程中,在对疑似陷落柱 S91 钻探控制过程中,出现部分钻孔有涌水现象。为掌握 18502 工作面内部地质构造发育情况及工作面内 S91 陷落柱的富水情况,利用地球物理勘探技术对该工作面进行探测。因为陷落柱一般充填煤层顶底板破碎岩石,其地震波速度、密度与煤层存在较大的差异,其接触面为波阻抗界面,这为槽波勘探提供了地球物理前提4.而选用一种勘探方法并不能获得疑似陷落柱较为准确的水
4、文地质资料5,所以该次探测同时选用音频电透视技术对 S91 陷落柱的富水性进行评价;运用槽波地震勘探技术查明 18502 工作面内落差大于煤层厚度 1/2 的已揭露及隐伏断层延展发育情况及直径大于 20 m 隐伏陷落柱的展布情况;通过音频电透视技术及槽波地震勘探技术的结果进行综合分析,获得更为精准、全面的地质信息6.1实际工程1.1工程概况勘探区开采煤层为太原组下部的 8 号煤层,顶板是石灰岩,底板是细砂岩;与围岩相比,煤层具有速度低、密度小的特点,在地质剖面中,煤层是一个典型的低速夹层,煤层顶底板岩层界面均是高波阻抗,具有槽波形成的条件7.1.2现场施工布置该次槽波勘探范围为切眼后退 1 1
5、50 m;音频电透视范围为:18502 辅运巷 F02-L3 号点前 51.7 m 至F02-10 号点前 34.2 m,即 35#65#标记点(推断陷落柱 S91 前后共计 300 m).18502 工作面槽波、电透勘探范围见图 1.2槽波地震勘探技术2.1槽波地震勘探技术原理在含煤地层中,煤层与围岩间的界面一般呈现良好的反射面。相比于顶底板围岩,含煤地层由于其低速度、低密度的特点,通常以低波阻抗出现。通过采用槽波地震勘探技术,以震源为中心激发的 P 波及 S波,以球面体波形式向四周传播,并以不同方向的入射角至顶底板界面8.在煤层中,地震波受到煤层影响以低速自内向外进行扩散传播。地震波在煤层
6、传播过程中,上行、下行波相互干涉、迭加。只满足一定条件的各种谐波,在槽内相互干涉而形成垂直于煤层面的驻波,在煤层内不断向前传播,这就形成了槽波,也称煤层波9.槽波的形成原理示意图见图 2.图 118502 工作面槽波、电透勘探范围图图 2槽波的形成原理示意图2.2槽波地震勘探试验槽波地震勘探所选用的观测系统为槽波透射观测系统,即一条巷道发射,同时在对面巷道接收,之后发射与接收巷道交换,重复探测。18502 工作面槽波勘探炮点及检波点布置见图 3.2.3槽波地震勘探技术物探异常分析从槽波传播规律可知,拉夫型槽波传播受制于煤层,其传播路径与煤层的起伏一致,煤层的横向均一性对槽波的干涉、速度、能量均
7、有调制作用。当工作面内煤层岩性单一、稳定时,槽波能够穿透大部分工作面,且由于在煤层传播过程中速度慢,穿透工作面时能量衰减小,衰减速率慢,可以较好地进行观察并应用于异常体的识别。18502 工作面槽波勘探能衰减系数成果图见图 4.图 4 中浅色区域代表衰减系数大,深色区域代表衰减系数小。该次槽波透视共圈定18 处能量衰减系数高值异常区,异常区编号标识为:CF1#CF17#及 CX1#.图 318502 工作面槽波勘探炮点及检波点布置示意图(辅运巷放炮、皮带巷接收)综合槽波透视能量衰减情况、相关地质资料、现场实际揭露情况等,对各个异常区范围做出物探异常地质 评 价:异 常 区 CF1#、CF2#、
8、CF3#、CF5#、CF7#、CF8#、CF9#、CF10#、CF11#可能为小于 1/2 煤厚的断层影响范围,对回采影响较小。CF12#靠近巷帮部分为大于 1/2 煤厚的断层影响范围,由于此范围靠近切眼位置中部,为整个槽波探测数据量最少的区域,因此靠近切眼中部位置可能存在其他构造。划定范围332023 年第 7 期张陆:综合物探技术在马兰矿探查隐伏陷落柱中的应用为工作面外部已揭露断层的延伸范围,对回采有一定影响。CF13#CF17#为多条断层综合反映区,地质情况相对较复杂,对回采有一定的影响。CX1#推测为 S91 陷落柱范围以及陷落柱外部影响顶底板异常范围,对回采影响较大。图 418502
9、 工作面槽波勘探能衰减系数成果图3矿井音频电透视技术3.1矿井音频电透视技术原理矿井音频电透视技术是基于地下各种岩石之间的导电性差异性,通过人工场源改变矿井原有的电场分布情况,并通过观察分析人工场源影响下电场的分布规律,结合已 有的地质资 料获 得 所 需 要 的 地 质信息10.从广义上来讲,矿井音频电透视技术仍属矿井直流电法。因为现场施工工艺、资料的后处理及探测范围为采煤工作面内部富水性异常,与一般矿井直流电法存在差异性,而形成了特定的一个分支11.音频电透视技术原理示意图见图 5.图 5音频电透视技术原理示意图3.2矿井音频电透视技术探测结果及解释当地下岩性比较均匀时,在相同的电场下某区
10、域所得视电导率数值越高,则证明该区域的导电性越好,越可能存在地质异常。根据现场所得到的数据,确定岩层电性异常区域,经处理后得到:在 10 20 m层 位,视 复 电 导 率 在 9.8 14.2 S/m,平 均 值 为11.77 S/m,标准偏差为 0.48 S/m,该层位异常阈值为 11.93 S/m;2040 m 层位,视复电导率在 18.08 23.98 S/m,平均值为 20.04 S/m,标准偏差为 0.61 S/m,该层位异常阈值为 20.24 S/m;4070 m 层位,视复 电 导 率 在 11.78 20.87 S/m,平 均 值 为14.14 S/m,标准偏差为 0.81
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