突出煤层巷道随掘超前探测技术研究

突出煤层巷道随掘超前探测技术研究

霍晶晶1,查华胜2,苗园园2,梅 欢2

(1.山西阳煤寺家庄煤业有限责任公司,山西晋城045300;2.安徽万泰地球物理技术有限公司,安徽合肥230000)

[摘 要] 突出煤层巷道在掘进过程中,会产生非常多的地震波信号,包含了丰富的瓦斯包信息三基于地震波运动学原理,优化和改进突出煤层巷道随掘超前探测系统,以获取丰富的地震波信号三通过建立不良地质体瓦斯包与突出煤层巷道随掘过程中地震波信号之间的地球物理特征响应规律,分析二研究综掘机割煤过程中剪切作业产生的回波信号二煤岩体破裂信号特征,提出了突出煤层巷道随掘超前预报技术,并以寺家庄煤矿15110工作面为例进行分析,结果显示巷道随掘超前探测结果与现场测量情况吻合三

[关键词] 突出煤层;随掘超前探测;地震监测系统;反褶积;相关性分析;三维反演成像[中图分类号]TD175.4

[文献标识码]B

[文章编号]1006-6225(2018)06-0019-05

Advanced Exploring Technology during Driving of Roadway with Outburst Coal Seam

[收稿日期]2018-06-19

[DOI]10.13532/https://www.doczj.com/doc/fb14881873.html,11-3677/td.2018.06.005[作者简介]霍晶晶(1985-),男,山西阳泉人,工程师,主要从事地球物理探测二通风与瓦斯治理三[通讯作者]查华胜(1986-),男,主要从事地震二电法勘探技术研究三

[引用格式]

霍晶晶,查华胜,苗园园,等.突出煤层巷道随掘超前探测技术研究[J ].煤矿开采,2018,23(6):19-23.

矿井突出煤层巷道随掘超前探测是一项技术复杂二受现场环境干扰较大的一种地球物理探测工作三吕绍林二何继善等[1]采用无线电波透视法和槽波地震法的区域性瓦斯突出预测及地质雷达法和层内电测深法的局部性瓦斯突出预测;文光才二赵旭生等[2]利用电磁波透视法结合瓦斯地质统计法预测突出危险区域;张许良二彭苏萍等[3]利用三维地震勘探法预测瓦斯突出危险带;汤友谊二孙四清等[4]应用斜率方差分层二概率统计计算方法,测井曲线计算查明突出矿井构造软煤分布规律;彭苏萍二高云峰等[5]应用AVO 技术检测煤层割理裂隙二预测煤层瓦斯富集部位;姚军朋二司马立强等

[6]

基于地球物理测井定量判识构造煤二预测瓦斯突出三

目前,矿井突出煤层巷道超前探测主要采用电

磁波法和传统地震法探测巷道迎头前方瓦斯异常区域三但电磁波法会受到现场杂散电流及电气设备干扰,造成较多的瓦斯异常探测虚报,且超前探测距离有限;传统地震法主要是基于地面三维地震,当瓦斯突出煤层埋深大时,地面三维地震法会受地下构造二岩性影响探测结果三并且电磁波法和传统地震法超前探测过程中,需停止现场生产活动(巷道掘进作业工作等),严重影响了突出煤层巷道掘进进程三为此,通过长时间的现场试验,研究突出煤层巷道随掘超前探测地震学原理,利用最优的巷道台站网,获取丰富的地震波信号,进行不同地质

体地震波响应特征分析及深度域绕射扫描偏移叠加成像,对突出煤层巷道迎头前方的瓦斯包区域进行分析二解释三

1 地球物理响应分析

突出煤层中瓦斯是依附于煤岩体裂缝内,基于

岩石物理学分析,瓦斯突出煤层介质纵波速度v p 二横波速度v s 二弹性模量k 二密度ρ计算公式[7]为:

v p =k +43

u ρ(1)v s =u ρ

(2)

K =

12f g

K g +1-f g K c é?ù?[K g f g +(1-f g )K c ]

{}

(3)ρ=f g ρg +(1-f g )ρc

(4)

式中,v p ,v s 分别为介质纵波速度二横波速度,km /s;k 为介质体积模量,是挤压应力与介质形变的比值,GPa;u 为介质剪切模量,是剪切应力与介质变形的比值,GPa;ρ为介质密度,g /cm 3;f g 为煤岩吸附气所占的百分比,%;K g 为吸附气的体积模量,GPa;K c 为煤岩的体积模量,GPa;ρg 为

甲烷密度,g /cm 3;ρc 为煤岩密度,g /cm 3三根据公式(1)~(4)计算,当煤岩体裂隙

发育赋含瓦斯时,煤岩体的体积模量及密度随着瓦斯含量的增加而降低,煤岩体的纵波速度降低二横

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1第23卷第6期(总第145期)

2018年12月煤 矿 开 采

COAL MINING TECHNOLOGY

Vol.23No.6(Series No.145)

December 2018