三维地震勘探在煤矿采空区探测中的应用分析.pdf

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1、60能源技术与管理2012年第2期doi：lO．3969／j．issn．1672—9943．2012．02．023三维地震勘探在煤矿采空区探测中的应用分析何黄生(江苏煤炭地质物测队，江苏南京210046)[摘要]地震勘探是探测采空区的一种有效方法，通过采空区的地球物理特性、理论基础分析和正演模拟方法，从理论上探讨了采空区的波形特征，并运用实例说明了三维地震勘探探测采空区的可行性。[关键词]三维地震勘探；地球物理特性；正演模型；采空区[中图分类号]P631．4[文献标识码]B[文章编号]1672-9943(2012)O2060—02落带、裂隙带和弯曲带等

2、，使得采空区被上层塌落0引言的松散物充填而地球物理特征发生变化，导致塌随着全国煤炭开采整合工作的不断推进，煤落带上部地层的特性也发生了变化_1]。矿企业“多、小、散”局面有所改观，矿产资源开发2采空区探测原理规模化、集约化水平有所提高。但在各个矿区及小煤窑生产区，留下了许多先前无序开采时期的采地震勘探是以目的物与周边围岩之间存在波空区；这些采空区的存在对现代煤矿生产带来了阻抗(速度和密度的乘积)的差异为前提条件的，Et益严重的影响，如果对其勘查不明、了解不透，反射波的能量强度大小与两介质之间波阻抗差异会造成透水、坍塌、瓦斯爆炸等重大矿难，同时也的大小有

3、关]。正常的沉积地层起伏界面一般均会对地质、环境、工程产生负面影响，甚至会给国能产生较连续的反射波，而采空区中的岩层被开家和社会带来巨大经济损失。如2010年3月28采，原有的地质结构发生了改变，在采空区的顶底日，山西省王家岭煤矿发生废弃小煤窑采空区透和周边就会产生与正常岩层不同的反射波，如反水事故，造成38人死亡、115人受伤，直接经济损射波无序、反射波中断或能量加强等情况，另外，失4937万元。因此，对采空区的探测和治理任务还会有绕射波出现。显得非常重要和紧迫。某工区各地层的物理参数如表1所示，根据目前，探测采空区物探方法较多，但主要集中表1建立的

4、地质模型如图1所示。采空区为充满在重力和电磁法上。由于采空区及其上部地层相表1地质模型参数对于开采前的地层，其地球物理性质发生了显著纵波速度／(m)横波速度／(m‘)密度／(g·cm一’备注变化，而地震勘探在探测地下物性差异方面有其强大优势。因此，利用地震勘探对采空区进行探测成为可能，并取得了一定成效。1采空区的地球物理特性煤层及煤系地层由于成因不同而表现出不同的赋存状态，但多呈现为层状沉积和层状展布。当煤层被开采形成采空区后，因原有的应力状态遭到破坏，致原有地层产生错动、出现裂缝或发生塌陷等。一般情况下，采空区表现为两种形式：①当开采时间较短且未放顶

5、时，其煤层顶板为塑形岩石并保存完整，采空区以不充水或充水的空洞形式保存下来；②当采面较大或开采时间较长时，采空区在重力和地层应力作用下，顶板塌落，形成冒图1采空区模型74王富忠大水头煤矿瓦斯地质规律量化研究2012年第2期作面遇到地质构造，瓦斯绝对增量在0．1～0．2m3／min中二采区203工作面走向长714m，倾斜长之间。回采工作面遇到采空区顶板来压、大面积垮为99m，该面受刀楞山断层影响，工作面地质构落，或在地质构造带回采，瓦斯绝对增量在造复杂，走向比103工作面缩短了近500m，按常1．5～3．2m／min之间。规也应设计顶板瓦斯抽放巷。但由于

6、掌握了该工作面煤层瓦斯赋存条件，因而只在煤层厚度较大4瓦斯赋存规律量化的应用区域施工了长172m的顶板瓦斯抽放巷。根据矿井一层煤瓦斯赋存条件，对工作面瓦通过上述优化设计，2个工作面少掘巷道斯治理工作，从通风方式、立体抽采瓦斯等方面进1127m，按4235元，m计算，节省施工费用行优化。对瓦斯含量在3-6m3，t区域采用“B”型通477．28万元。优化方案推广到矿井西一、西二采风方式，以顶板巷、回风巷高位钻孔抽放、采空区区、东三采区，产生的直接经济效益更为可观。埋管抽放等措施；对瓦斯含量低于3m3／t的区域5结论如东二采区，采用“U”通风方式，回风巷高位

7、钻孔抽放、采空区埋管抽放等措施。有效地预防了工作通过对大水头矿井煤层不同条件下瓦斯赋存面上隅角瓦斯超限及采空区遗煤自然发火。量进行研究，量化划分采区的瓦斯含量，是矿井瓦根据矿井一层煤瓦斯赋存条件，掘进工作面斯治理研究的重要依据。在工作面瓦斯抽放设计瓦斯含量大于8m3／t的煤层，采取超前预抽、超前中，合理优化抽采参数，发挥钻孔最大抽放效率，卸压释放、边掘边抽的技术措施；在瓦斯含量5～增减工作面顺层和高位抽放钻孔数量，为矿井安8m3／t的煤层中掘进采取超前卸压释放，边掘边抽全生产创造条件；根据矿井瓦斯地质图反映的瓦的技术措施；瓦斯含量小于5m3，t以下煤层

8、中掘斯赋存规律，准确评价瓦斯(煤层气)资源量及开进，采取边掘边抽，如遇地质构造，采取超前卸压发