矿井物探-地震槽波勘探

槽波地震勘探方法及应用分析随着社会的发展，地质工程体系日益健全，地震探测日益受到社会各界的重视。

地质探测一直是地质工程工作的重难点，为了实现地质工作的正常开展，落实好地震探测应用方案是非常必要的。

随着社会经济的不断发展，地质探测技术体系不断健全，在这其中槽波地震探测技术由于其自身的良好效益不断得到普及。

槽波地震探测技术具备良好的经济效益，随着社会的发展，其设计理念不断得到更新，文章就槽波地震勘探方法进行分析，通过对存在问题的分析，进行地震探测工作方案的更新，以满足现阶段地质工程工作的需要。

标签：煤矿井下；煤层槽波；跨层；地震探测；地质结构前言槽波地震勘探技术基于第三代节点式地震仪的设计理念，开发出新型的槽波地震仪，实现了煤矿井下槽波地震观测系统的更新应用，该系统具备灵活性、方便性的特点，它的采集系统不需要通信，可以实现同步采集，其施工高效，操作便捷，实现了煤矿井下工作面探测问题的解决。

1 槽波地震勘探的基本概念在煤层地质结构工作中，槽波地震勘探方法应用于煤层至顶底板的地质结构，在这其中，煤层的相对密度比较低，属于低俗槽的类型。

在该地质结构中，顶板到煤层间的波阻抗差异偏大，其地震反射界面效果良好。

在地质工程中，煤层会产生一系列的地震波，经过煤层顶底板，它会产生一系列的折射、透射、反射作用，这就为全反射条件奠定了基础，从而保证地震波能量的禁锢，有利于煤矿探测工作的正常开展。

槽波是一种制导波，它依靠煤层进行传播，在煤层中激发及接收。

槽波地震探测技术作用于煤层的性质，主要进行煤层变薄区、断层处的探测应用，它是一种针对地质异常状况的有效的地球物理探测方法，它具备较高的地质探测精度，具备良好的经济效益。

2 槽波地震勘探方案的优化（1）槽波地震勘探技术的开展，离不开导波的应用，导波受煤层所激发，在煤层中所传播，从而进行煤层不连续性的探测，这是地震勘探方案中的一个重要工作环节。

槽波地震勘探技术作用于煤层分叉地带、小断层、采空区域等的探测。

第43卷 第3期 煤田地质与勘探Vol. 43 No.32015年6月 COAL GEOLOGY & EXPLORA TION Jun . 2015收稿日期: 2013-11-11基金项目: 国家科技重大专项课题(2011ZX05040-002)作者简介: 任亚平(1982—)，男，陕西西安人，硕士，助理研究员，从事地球探测与信息技术工作. E-mail ：renyaping@ 引用格式: 任亚平. 槽波地震勘探在煤矿大型工作面的应用[J]. 煤田地质与勘探，2015，43(3)：102–104.文章编号: 1001-1986(2015)03-0102-03槽波地震勘探在煤矿大型工作面的应用任亚平(中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安 710077)摘要: 以陕北某煤矿大型工作面槽波地震工程为例，开展了超大型工作面内断层的槽波地震探测技术研究。

槽波探测采用全排列接收，最大限度地保障了槽波信息的获得。

根据得到的槽波记录数据以及CT 成像结果，解释了工作面内断层的发育情况，与后期巷道揭露情况基本吻合。

槽波地震勘探在大型工作面的成功应用，可为矿井实现盘区勘探提供技术支持。

关 键 词：地震；槽波；断层；盘区勘探；矿井中图分类号：P631 文献标识码：A DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2015.03.021Application of ISS in supper large coal faceREN Yaping(Xi ′an Research Institute , China Coal Technology and Engineering Group Crop , Xi ′an 710077, China )Abstract: ISS has been developed for years. However, the application of ISS has never came to the truth in supper coal face. This paper studied the application of ISS in one supper coal face in northern Shaanxi. The geologic con-dition of ISS is very well for getting interesting records. For finding out the layout of the faults already exposed in roadway, all patches were set on for mostly receiving the channel waves. By analyzing the records of ISS and the CT image we got, the layout of the interest faults has been explained, which coincides basically with the actual situation later exposed in roadway. The explanation of the faults provides important information for the coal face production. The successful application of ISS in supper coal face provides technical support for exploration in panel.Key words: seismics; ISS; faults; panel exploration; coal mine槽波地震勘探技术最先研究与应用是20世纪60年代的德国[1-2]，20世纪80年代引入到我国。

2019年第11期西部探矿工程*收稿日期：2019-03-13修回日期：2019-03-21作者简介：赵护林（1965-），男（汉族），陕西渭南人，工程师，现从事煤炭地质工作。

透射法槽波地震勘探技术在采煤工作面的应用赵护林*（山西省煤炭地质144勘查院，山西洪洞041600）摘要:槽波地震勘探技术是近年来发展起来的矿井物探新技术、新方法。

以山西某矿150117工作面为例，阐述了槽波地震勘探技术在解决采煤工作面内隐伏地质构造方面的应用效果。

关键词：槽波；采煤工作面；地质构造中图分类号：P632文献标识码：B 文章编号：1004-5716(2019)11-0145-03槽波地震勘探是利用在煤层中激发、煤层中传播、煤层中接收的导波，来探测煤层不连续性的—种物探方法。

槽波勘探，属于地震勘探的一个分支，可以查明采煤工作面内隐伏断层、陷落柱、冲刷带、煤层变薄带等地质构造，具有探测距离大、精度高、抗干扰能力强、信噪比高以及最终成果直观的优点，尤其在探测精度和距离上，优于其他矿井物探方法。

下面以山西某矿150117工作面为例，分析说明透射法槽波地震勘探技术在采煤工作面的应用效果。

1勘探区地质概况1.1矿区地质概况该矿区位于山西地台中部，祁吕贺“山”字型构造，前弧东翼之外侧，山西经向构造亚带与阳曲—盂县纬向构造带结合部位之东南隅，沁水坳陷的东北边缘，地处太原东山背斜南翼与晋中新断陷接壤部位。

区域以断裂为主，褶皱次之，地质构造总体上近东西走向，倾向向南的单斜构造，北山地区的一系列NE 向断层构成的山前断裂带，对西北部低山区和东南部丘陵的形成起到控制作用。

煤矿开采15号煤层过程中，揭露了一些断层、褶皱、陷落柱等构造，15号煤层共揭露55条断层，均为正断层，落差在1.2~40m 之间，其中落差大于或等于10m 的断层4条，落差小于10m 且大于或等于5m 的断层13条，其余断层落差均小于5m 。

1.2矿井工作面地质概况该矿150117工作面位于矿井东南部，开采石炭系上统太原组15号煤层，煤的密度为1.44g/cm 3，煤层厚度从1.97~7.15m ，平均煤厚5.97m ，煤层倾角小于8°，煤层稳定可采，有两层夹矸，厚度为0.2m 和0.4m 。

矿井物探方法北京中矿大地地球探测工程技术有限公司1 矿井物探方法简介1.1常用矿井物探方法矿井物探常用方法主要包括：1、地震槽波；2、无线电波透视法；3、直流电法；4、瞬变电磁法；5、音频电透视法；6、全波形反演技术。

1.2 各类方法应用范围1、工作面断层、陷落柱等异常地质构造及煤层夹矸、煤岩破碎带、煤厚变化等常规物探探测：地震槽波、无线电波透视法。

2、工作面水害探测：瞬变电磁法、直流电法或音频电透视法。

3、巷道掘进迎头构造探测：地震槽波。

4、巷道掘进迎头水害探测：瞬变电磁法、直流电法。

5、工作面顶底板起伏、煤厚变化、断层、陷落柱等异常地质构造精准探测：全波形反演。

2 地震槽波勘探技术2.1 原理及探测方法煤、岩层的密度和弹性波速度差异：煤层<顶、底板围岩。

在煤层中激发的地震波大部分能量在煤层顶、底界面之间来回反射并干涉，从而形成一种特殊的地震波——槽波。

图 1 槽波勘探原理示意图图 2 透射槽波勘探法图3反射槽波勘探法图4透射+反射联合勘探法图5 槽波超前探测2.2 应用范围及特点1、工作面内：（透射槽波勘探、反射槽波勘探、透射加反射槽波勘探）（1）煤层中的构造如褶曲、断层、陷落柱等；（2）煤层赋存情况，如薄厚变化、夹矸厚度变化；（3）老窑、采空区影响范围；（4）侵入岩等非煤物质的延伸范围；（5）煤层破碎、剥蚀带分布等。

2、巷道两侧：（反射槽波勘探）（1）煤层中的构造如褶曲、断层、陷落柱等；（2）老窑、采空区影响范围。

3、巷道掘进迎头：（槽波超前探测）（1）煤层中的构造如褶曲、断层、陷落柱等；（2）老窑、采空区影响范围。

2.3 槽波观测系统设计1、覆盖要均匀尤其是透射能量层析成像，不均匀的覆盖会对结果造成误导。

2、覆盖次数要合理覆盖次数太少、信息量少、结果准确性差；覆盖次数太多导致施工工作量过大，且效果增加不明显。

3、利用尽可能多的巷道探测工作面内构造时，尽可能在可利用的巷道内都布设炮点及检波点。

物探矿井的地质构造
1.地震勘探
地震勘探是地球物理勘探中的一个重要领域，它是利用人工激发的弹性波(地震波)来探测大地，获取岩层地质信息以达到勘探的目的。

地震勘探按照其观测空间和工作场所可以划分为地面地震勘探和地下地震勘探。

孔中地震和矿井地震勘探都属地下地震勘探。

按照地震波的类型，地震勘探又可划分为：体波勘探，如地面(也包括浅层)地震勘探;面波勘探，如瑞利波勘探;槽波勘探等。

2.电法勘探
电法勘探是利用地壳中各种岩石、矿石电学性质间的差异来发现地质目标的。

它是基于观测和研究电场或电磁场空间和时间分布规律来勘查地质构造和寻找有用矿产的一类勘探方法。

按电磁场和时间特性，电法勘探可以划分为3类：直流电法、交流电法(电磁法)，过渡过程法(脉冲瞬变场法)。

矿井常规物探方法介绍依据物探方法和目的不同，将矿井常规物探方法介绍如下：一、掘进工作面超前探测：指探测掘进巷道迎头前方一定范围顺层、顶板、底板和两帮可能存在的低阻异常体，防止掘进误揭导水构造造成突水。

一般采用瞬变电磁仪进行探测，也可采用在线电法仪顺延底板电极连续探测。

二、工作面坑透：指采煤工作面巷道系统形成后，在机、风巷之间采用无线电波透视，根据吸收率不同确定工作面内隐伏的地质异常体，防止采煤误揭导水构造造成突水。

坑透最大限制是透距偏小，一般不超过180m。

三、采煤工作面槽波地震：类似于坑透，利用放炮产生的震波代替无线电波进行工作面透视，根据震波衰减程度的不同确定地质异常体。

槽波穿透距离大，解决无线电波透距偏小的问题。

四、工作面底板音频电透：类似于坑透，在工作面风巷底板供电，在机巷底板测量电场电位，得到透视区域工作面底板一定深度内岩层的电导率。

改变供电频率，测量不同深度岩层的电导率。

根据整个工作成底板岩层电导率不同判定高导异常体的位置和发育高度，防止采煤邻近隐伏导水构造造成突水。

五、高密度电法：采用改进型电法仪，64个电极一次布设，仪器自动供电、自动测量和数据采集，升井后专门软件解释并编制成果图件，根据视电阻率确定低阻异常体。

该方法可用于底板电测深、掘进超前探测、双巷并联网络电法探测、钻孔巷道间网络电法探测等。

六、递进掩护探测：利用上区段采煤工作面机巷，采用大测距瞬变电磁仪器对下区段进行探测，确定地质异常体的分布范围，为下区段巷道快速施工提供依据。

七、环采煤工作面立体探测：在采煤工作面机、切、风巷，采用瞬变电磁仪，对工作面内、外侧顺层、顶板、底板进行多方向、多倾角探测，一类矿井采煤工作面投产前，必须进行环工作面全方位立体探查，确保回采范围及其影响区域内无水患威胁。

煤矿物探测井方法
煤矿物探测井的方法有很多种，以下是一些常见的矿井物探方法：
1. 瞬变电磁法：这是一种利用电磁感应原理的物探方法，通过测量地下介质的电阻率来探测异常体。

在煤矿中，瞬变电磁法常用于探测地下水、煤层中的瓦斯、空洞等。

2. 地震槽波法：这种方法利用地震波在地下介质中的传播特性来探测异常体。

地震波在地下传播过程中遇到不同介质时会发生反射、折射等现象，通过分析这些现象可以确定异常体的位置和形态。

在煤矿中，地震槽波法常用于探测煤层中的断层、陷落柱等地质构造。

3. 无线电波透视法：这种方法利用无线电波在地下介质中的传播特性来探测异常体。

当无线电波遇到不同介质时，其传播速度、相位、振幅等参数会发生变化，通过分析这些变化可以确定异常体的位置和形态。

在煤矿中，无线电波透视法常用于探测煤层中的陷落柱、煤与瓦斯突出等异常。

4. 音频电透视法：这种方法利用人工或天然电场在地下介质中的分布规律来探测异常体。

当电场遇到不同介质时，其分布规律会发生变化，通过分析这些变化可以确定异常体的位置和形态。

在煤矿中，音频电透视法常用于探测煤层中的陷落柱、断层等地质构造。

5. 井下雷达法：这种方法利用雷达原理的物探方法，通过向地下发射高频电磁波并接收反射回的信号来探测异常体。

当电磁波遇到不同介质时，其传播
速度、相位、振幅等参数会发生变化，通过分析这些变化可以确定异常体的位置和形态。

在煤矿中，井下雷达法常用于探测煤层中的陷落柱、断层、含水层等地质构造。

以上是矿井物探中常用的几种方法，每种方法都有其特点和应用范围。

在实际应用中，可以根据具体情况选择合适的物探方法来探测矿井中的异常体。

地震槽波勘探技术原理一、槽波原理及特征1.1 槽波形成原理矿井地下工作面指的是开采地下煤矿所设置的开采区域，矿井与各个地下工作面的位置关系如图1所示，由矿井井口可以下到联络巷，从而可以到达地下的各个采煤区域，即不同的工作面。

图 1 矿井及地下工作面位置示意图一个标准的工作面由四面围成，包括左右两侧的回风巷和进风巷（或者运输巷，两条巷道的名字根据矿方命名），与矿井联系的联络大巷，以及切眼。

其中切眼处连接采煤机，从而由切眼向联络大巷回采煤矿。

图2为工作面的平面展布示意图。

一个工作面赋存在地层中间，其上部顶板和下部底板分别由不同岩性的岩石层构成，与工作面内的煤层在地质和物理属性上存在差异。

在工作面回采过程中，一些特殊的地质构造会造成回采风险，威胁人身安全。

因此，提前预知危险地带是煤矿勘探的一个有意义的工作，而独特的工作面赋存状态为该工作提供了契机，我们利用相应的地球物理属性完成勘探工作。

图 2 工作面示意图由理论经验所知，工作面内的煤层纵波速度为1500-2500m/s，密度为1.0-2.0，顶板和底板多为砂岩页岩，其纵波速度大约为2500-3500m/s，密度为2.5-3.5。

顶板底版波阻抗为煤的3-5倍（图3）。

两种高波阻抗介质中夹一层低阻抗介质，而煤层和顶板、底板之间的反射系数很大，一般在0.4-0.6，或者更大，导致煤层中激发的地震波大部分能量在顶、底界面之间来回反射并干涉，从而形成一种特殊的地震波——槽波，形成机理如图4所示。

图 3 煤层与顶底板的波速、密度和阻抗差异图 4 煤层中的波传播，横(s)纵(p)波经过反射、干扰、叠加，形成特殊的导波1.2 槽波的特征槽波为一种柱面波，分为两种类型：（1）Rayligh型槽波，是p波和sv波叠加干涉形成，在x和z方向都有分量，主要为与传播方向一致的z方向；（2）Love 型槽波，主要由顶板反射回的sh波和底板反射回的sh波叠加干涉形成，在x和z方向都有分量，主要为与传播方向垂直的x方向（图5）。

地震槽波勘探在采煤智能化工作面构造探测的应用为了查明某矿220102工作面内地质构造分布，对该工作面采用地震槽波进行探测，并由北京中矿大地地球探测工程技术有限公司承担本次探测任务。

结合现有地质资料，针对工作面内煤层的赋存条件，编制设计方案，审查通过后，完成了数据采集、数据处理及报告编写工作。

1 概况1.1地质任务查明勘探区内可能存在的落差大于1/2煤厚的断层位置、走向及延展长度；查明勘探区内可能存在的长轴直径大于20m的陷落柱位置、形状及大小；查明勘探区内其它适合于槽波勘探的地质异常体分布。

1.2勘探范围220102工作面勘探区沿巷道走向长平均652m，倾向宽117~159m。

具体勘探区如下图所示。

图1 220102工作面地震槽波勘探区示意图1.3工作面概况220102工作面1上煤可采走向长652m，平均倾斜长159m，可采斜面积103705m2。

工作面东起2201采区轨道上山，西至1上煤80m防水煤柱线；南至1上煤-490m底板等高线附近，北距220106风巷平均10m。

上部距4-1煤层平均92.7m，下距太原组1灰16.4～19.4m，平均17.6m。

煤层直接顶板为粉砂岩，厚3.5～16.5m，平均8.5m，灰色，粉砂质结构；直接底板为泥岩，厚0.8～2.6m，平均1.8m，深灰色，泥质结构，薄层状。

工作面内1上煤总体为倾向NNE的单斜构造，煤（岩）层倾向N45°W～N52°E，倾角2～16°，平均7°，局部受地质构造影响倾角变化较大。

220102工作面范围内实揭断层13条，均为正断层，其中10条断层为风、机巷揭露，3条断层为底板巷揭露。

1.4编制依据《煤田地震勘探规范》DZ/T 0300-2017、《陆上地震勘探数据处理技术规范》SY/T 5332-2011、《矿产地质勘查规范煤》DZ/T 0215-2020、《地质勘探安全规程》AQ2004-2005、《煤炭煤层气地震勘探规范》MT/T897-2000、《物化探工程测量规范》DZ/T 0153-2014、《地震勘探爆炸安全规程》。

槽波地震勘探在煤矿中的应用摘要：概述了槽波地震的勘探方法及基本原理。

利用透射槽波勘探法和反射槽波勘探法来圈定构造所在位置，为采场布置提供依据。

关键词：槽波地震勘探方法试验1 槽波地震勘探方法及基本原理如图1所示，任何一个透射二次波，当他的波速大于入射波速的条件下，只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。

槽波地震勘探的物理前提是煤层具有槽导性。

在煤系地层中，与围岩相比煤层具有速度低、密度小的特点，煤与围岩的密度、速度比值约为1：1.5～3.0之间，煤的密度一般为1.2～1.5g/cm3，纵波速为1400～2700m/s，横波速为800～1600m/s，而煤层顶底板大多是岩化程度较高的泥岩或灰岩，它们的密度较大，通常2.2～2.8g/cm3，纵波速为1800～5000m/s，横波速为1600～4000m/s，且多数速度值偏高。

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，许多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，激发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。

它以煤层为波导沿煤层向外传播，因此槽波又称煤层波或导波。

槽波勘探方法分为透射槽波勘探法和反射槽波勘探法：1.1 透射勘探法如图2、3所示激发点（炮点）布置在工作面的一个巷道内，数据采集站布置在工作面的另一个巷道内，接收来自炮点的地震透射信息。

主要用于探测煤层的地质结构和内部异常，包括煤层厚度变化，夹矸石分布，大、小断层，陷落柱，剥蚀带，古河床冲刷，岩墙，老窑等，在某些情况下判断煤层内部压力相对变化。

透射法的探测距离是煤层厚度的300倍左右。

1.2 反射勘探法如图4、5所示，炮点和检波器点布设在一条巷道里进行探测，接收的是反射槽波信号。