２０１４年第１期 互聪燕科技 １５１ 槽波地震勘探技术的实践与应用 史 勇，孙学国，任志浩 （河南大有能源股份有限公司耿村煤矿，河南三门峡摘要４７２４３１） 该文介绍了槽波地震勘探技术作为一种新的地球物理方法在某矿２５０５工作面的实践与应用，采用共炮点接收方式 产生的反射波，探测出工作面内部存在四个反射界面，通过实际回采及巷道改造揭露，其中三个为较大断层，一个为假异常，与 资料分析解释基本吻合，证实了槽波地震勘探技术的适用性和科学性，为工作面复杂地质条件下地质构造的探查和分析提供 了一种新方法。 关键词槽波地震反射界面断层 文献标识码 Ｂ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５—２８０１．２０１４．０１．７３ 中图分类号Ｐ６３１．４ ２５ Ｔｈｅ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｗａｖｅ Ｓｅｉｓｍｉｃ Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｈｉ Ｙｏｎｇ Ｓｕｎ Ｘｕｅ—－ｇｕｏ Ｒｅｎ Ｚｈｉ－－ｈａｏ （Ｈｅｎｎａ Ｄａｙｏｕ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏ．，ＬＴＤ．Ｇｅｎｇｃｕｎ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ，Ｈｅｎａｎ Ｓａｎｍｅｎｘｉａ Ｐ．Ｃ．４７２４３１） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈａｔ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｗａｖｅ ｓｅｉｓｍｉｃ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｓ ａ ｎｅｗ ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ａ ｍｉｎｅ ２５０５ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ ｉｎ ｐｒａｃｔｉｃｅ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｕｓｉｎｇ ｃｏｍｍｏｎ—ｓｏｕｒｃｅ ｐｏｉｎｔ ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ｍｏｄｅ ｏｆ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｗａｖｅ， ｄｅｔｅｃｔ ｔｈｅ ｆａｃｅ ｗｉｔｈｉｎ ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｍｉｎｉｎｇ ｒｏａｄｗａｙ ａｎｄ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｖｅａｌｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｒｅｅ ｏｆ ｔｈｅｍ ｆｏｒ ａ ｌａｒｇｅｒ ｆａｕｌｔ，ａ ｆａｌｓｅ ａｎｏｍａｌｙ，ａｎｄ ｄａｔａ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｏ ｅｘｐｌａｉｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ，ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｗａｖｅ ｓｅｉｓｍｉｃ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｓｃｉｅｎｃｅ，ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｔｍｃｔｕｒｅ ｆｏｒ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｘ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｈａｎｎｅｌ ｗａｖｅ ｓｅｉｓｍｉｃ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｆａｕｈ １ 基本原理及方法 槽波是一种地震波，又称煤层波或导波。在煤 根据勘探目的与布置方式不同，槽波勘探方法 分为透射法槽波勘探和反射法槽波勘探。 系地层中，煤层与围岩相比，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， 在物理上构成一个“波导”。因此，煤层与顶底板岩 层界面均是高波阻抗。当煤层中激发的体波（包括 纵波与横波）的部分能量由于顶底界面的多次全反 射被禁锢在煤层及其邻近的岩石中（简称煤槽），不 向围岩辐射，在煤层中相互叠加、相长干涉，形成一 个强的干涉扰动，即槽波。 一反射波 ｕ 射渡 射角 ｉ 昭界角 如图１所示，根据斯奈尔（Ｓｎｅｌ１）定律，任何一个 透射二次波，当它的波速大于入射波速的条件下，只 图１透射二次波的反射示意图 ２勘探区概况 勘探区为某矿２５０５工作面，该工作面所采煤层 为二叠系下统山西组二，煤层，煤层厚度０～８．５４ｍ， 平均３ｍ。煤层倾向ｓＥ，倾角１０～１５。，平均１３。。煤 要入射角大于临界角都可能产生全反射。当多层介 质中有一个低速层时，其速度比上下围岩低，它的顶 界面都将是一个强反射面。 收稿日期２０１３—０８—２８ 层呈黑色粉末、碎块状，属半亮型煤。工作面煤层厚 度变化较大，结构简单。 二．煤层伪顶为灰黑色薄层状泥岩，厚０—１．０ｍ； 作者简介史勇（１９８７一），男，河南西平人，助理工程师，２００８年 毕业于河南理工大学测量工程专业，现在主要从事煤矿技术管理 工作。 １５２ 童髓蒺钭技 ２０１４年第１期 老顶为灰白色、灰色细～中粒长石石英砂岩（大占砂 岩），厚１０～１８ ｍ，主要由长石、石英组成，泥、硅质胶 结，致密坚硬。二．煤层直接底为灰黑色炭质泥岩、 泥岩及泥砂岩互层，厚１．０～３．６ ｍ，水平层理，滑面 发育，上部较松软；老底为灰色片状细砂岩，厚２０～ ３０ｍ，成分以石英为主，硅质胶结，含植物化石。 ２５０５工作面外段地质构造相对简单，掘进过程 中在上巷揭露一条小断层；下巷通过地面三维地震 波点２７个，道间距１５ｍ，Ｇ１距离下巷里段拐点下 １９１０ｍ实际勘探过程中，检波点２７个，炮点２６个， 激发顺序Ｓ１一￥２６。 （２）２５０５工作面上巷内帮，设计勘探长度４８０ｍ。 设计炮点２４个，炮点距２０ｍ，药量３００ｇ／炮；设计检波 点２５个，道间距２０ｍ，Ｇ２５距离切眼９ｍ。实际勘探 过程中，检波点２４个，炮点２３个，激发顺序￥２３一 ｓ１。现场勘探均采用共炮点接收方式，即每一炮所 有检波器均进行接收信号。 勘，探测出的有一个滑动面，但断层特征不明显；下 巷有一段岩巷，巷道顶部仅有一层约０．３ ｍ的薄煤 层；在开切眼的过程中揭露４条沿工作面走向延伸 的断层，其中落差最大的一条断层落差推测为２０～ ２５ｍ。通过掘进过程揭露的情况来看，该工作面里段 地质构造较复杂。 ３槽波勘探应用 本次２５０５工作面采用反射法槽波勘探，探测工作 面内部构造情况。如图２、３所示，反射法槽波勘探炮 点和检波器点布设在同一条巷道中进行探测，检波器 接收的是反射槽波信号。当震源激发的槽波沿煤层向 远处传播中遇到不连续体，即遇到地震波的波阻抗（速 度与密度的乘积）的分界面时，将产生反射槽波信号。 利用布设在巷道壁或工作面壁上的检波器，就可以接 收到这些反射槽波信号。通过识别和分析这些反射槽 波信号， 置。 反 图３反射法勘探原理剖面示意图 本次槽波地震勘探使用的是德国ＤＭＴ公司研制 的新一代Ｓｕｍｍｉｔ ＩＩ Ｅｘ防爆槽波地震仪，依据探测目 的，２５０５工作面上、下巷反射法槽波勘探工作布置如 图４。２５０５工作面槽波地震勘探工作布置示意图 （１）２５０５工作面下巷内帮，设计勘探长度３９０ｍ。 设计炮点２６个，炮点距１５ｍ，药量为２００ｇ／炮；设计检 图４ ２５０５工作面槽波地震勘探工作布置示意图 ４应用效果与检验 （１）图５为２５０５工作面下巷反射法槽波地震勘 探包络叠加剖面图，图中横坐标为巷道相对位置（左 边为巷道里段），纵坐标为探测距离。 图５ ２５０５下巷包络叠加剖面 下巷数据处理使用速度参数为１０５０ｍ／ｓ，横坐标 原点位于ｓ１（下巷里段）点。从图上看明显存在２个 反射界面，分别为ｌ｝｝、２＃反射界面。其中１＃反射界面 位置为下巷向上６０～７０ｍ区域，沿工作面走向展布， 可能为假异常；２＃反射界面里端在下巷里段拐点往 里４０～５０ｍ位置，大致与工作面走向一致，并逐渐向 工作面内部偏移，其外端距下巷大约１２０～１４０ｍ。从 其展布形态分析为一落差大于１／２煤厚的断层，推测 可能为下巷里段所揭露的断层。 （２）图６为２５０５工作面上巷槽波地震勘探反射 法包络叠加剖面图，图中横坐标为巷道相对位置（右 ２０１４年第１期 堪蔗科技 靠性较低。 １５３ 边为巷道里段即切眼位置），纵坐标为探测距离。 据工作面实际回采及巷道改造揭露，１＃反射界 面并未揭露较大落差的断层，与资料分析的可能为 假异常，基本吻合；在距工作面下巷１００ｍ左右揭露 一落差６ｍ左右的走向断层，与２≠｝反射界面基本吻 １０ｍ的断层，与３＃、４＃反射界面基本吻合，同时３＃ 合；在距工作面上巷６０ｍ和９０ｍ处分别揭露一落差６ ～所对应断层在图７中１４点处向外逐步尖灭，４＃所对 应断层在图７中３１点处向外逐步尖灭。 图６ ２５０５上巷包络叠加剖面 ５ 结论 上巷数据处理使用速度参数为１０５０ｍ／ｓ，横坐标 原点位于Ｇ２４（上巷里段）点。从图上看明显存在２ 个反射界面，分别为３≠｝、４＃反射界面。３＃反射界面位 此次反射法槽波地震探测在２５０５工作面应用效 果较好，异常带单一、特征明显，误测率低，为工作面 正常回采及合理改造提供了重要的科学依据，具有 较强的适用性和可操作性。 当在煤层中激发地震波时，由于顶、底板围岩速 于工作面内距上巷５０～６０ｍ位置，沿工作面走向展 布，从其展布形态分析为一落差大于１／２煤厚的断 层，推测其可能为切眼所揭露落差为２０～２５ｍ的断 层；４＃反射界面位于工作面内距上巷１００—１１０ｍ位 置，沿工作面走向展布，从其展布形态分析可能为一 落差大于１／２煤厚的断层，但由于３＃反射界面的屏 蔽作用，４＃反射界面能量较小，形态不够清晰，其可 度明显高于煤层中地震波的传播速度，当地震波入 射角大于临界角时会发生全反射，经过多次全反射 混合叠加，在煤层中形成槽波。槽波是一种围限波， 它最大的特点是频散现象，槽波在煤层中传播时还 具有速度低、衰减弱等特点，因此可以用来探测煤层 中的采空区、断层等地质构造。 （上接第１５０页） 钻进时钻孔成为标准的圆形，钻孔的孔径得到了有 效控制，钻孔能够完全满足安装的需要。 奎 卜 ———Ｉ／ 锚杆扳手外基座 煤 图２钻具套与基座的连接示意图 ‘ 壁 ２．２增加简易跑道 将锚杆机用作动力钻具组装完成后，进行了钻 孔作业试运行，只需二人操作即可轻松完成安装所 需要的深度。但当钻孑Ｌ穿过夹矸时，则锚杆机晃动 底板 图３ 简易跑道示意图 较严重，人力支撑不足以使其定固定在开孔中心，致 使钻孔呈现不标准圆形，这样就给安装带来了麻烦。 为了能更好地固定锚杆机，减小钻进过程中的 晃动程度，使钻头始终稳定的沿开孔中心方向钻进， 又改造增加了简易跑道。 简易跑道是用２根￣５０ｍｍ、４ｍ长钢管搭接而 ３ 小结 （１）本改造解决了人工打眼的推进困难、钻孔直 径偏大的问题，大大降低了劳动强度，提高了工作效 率，满足了冲击地压监测系统的安装要求。 （２）改造充分利用了现有的材料，经过简单加工 而成，易于改进。它灵活多变，只要对跑道长度作一点 成，把它们顶端固定在煤壁，低端支撑在底板上，通 过固定位置的高低来调节倾角。如图３所示。 通过增加简易跑道，锚杆钻机的晃动明显减弱， 改动就可以适应不同的巷道宽度的打眼工作。此改造 也经过了复杂的地质条件、多变的作业场地的考验。
