太赫兹探测技术论文(2)
太赫兹探测技术论文篇二
瑞利波探测技术在化乐煤矿的应用
【摘 要】随着我国煤矿采掘机械化程度的提高，对于改善矿井地质预测预报的准确率，是煤矿高产、高效及安全生产迫切需要解决的课题。
【关键词】煤矿;探测技术;应用
1 前言
贵州省水城县马场煤矿底抽巷“3.12”煤与瓦斯突出事故、贵州省六枝工矿集团玉舍煤矿底抽巷“5.25”煤与瓦斯突出事故，都是因对巷道前方构造、煤层等，没有掌握清楚，误掘煤层所致。前方虽然打了不少钻孔，但由于钻孔布置无针对性，大部分钻孔没有钻到煤层，少数见煤钻孔并未引起矿方高度重视。如果这两个煤矿，首先对巷道前方进行了矿井物探，找到前方、顶底板异常区域，再有目的布置钻孔验证，确认前方、顶底板煤层、构造位置，然后对煤层布置抽放钻孔抽排瓦斯，经效果检验合格后，继续进行掘进，就会避免事故发生。采用YCS160矿用本安型瞬变电磁仪、YD32(A)高分辨电法仪、YTR(D)瑞利波探测仪探测法是矿井地质用于探测采煤工作面、独头巷道超前探测隐伏断层、破碎带、陷落柱，尤其是含水、导水破碎带，甚至潜在的突水点等含水构造等方面是十分有效及普遍采用的重要勘探方法之一，在瓦斯突出、防治水、预测掘进面前方的地质构造、煤层变化等方面发挥着越来越大的作用。
2 化乐煤矿井底车场瑞利波探测
2.1 概述
化乐煤矿位于贵州省水城县境内，一采区设计生产能力120万吨/年。井底车场位于主斜井落平点前方200米处，其走向为N25°E，现已形成2个掘进头，分别向北东方向掘进8米，向南西方向掘进4米。掘进中已揭露落差1.1米断层1条，揭露煤层1层。化乐煤矿为安全起见，决定对2各掘进头做物探，探明前方构造及煤层。六枝工矿(集团)恒达勘察设计有限公司采用瑞利波探测技术，对井底车场2个掘进头进行超前探测，瑞利波探测点分别布置在2个掘进头中央距底板1.5米处，向前水平探测。探测位置如下图2-1。
2.2 瑞利波探测技术原理
瑞利波探测技术是通过采集人工地震波所携带的地下信息来分析地层结构，其采用的方法是面波频谱分析法，也叫瞬态法。瞬态法是由震源产生一定带宽的脉冲，通过测线上相距震源不同距离的接收传感器，把信号采集到瑞利波仪的记录中，从而得到6道瑞利波信号在不同频率的平均速度。然后利用快速付里叶变换和频谱分析技术，通过相干函数的互功率谱相位展开谱，从而得到两个记录信号在不同频率下瑞利波在传播过程中由于时滞而产生的相位差，根据两路不同频率信号的相位差就可计算出传播时间和速度。由A，B两点的已知距离，便可求得不同频率瑞利波的相速度，同时由此得到该点的频散曲线，根据曲线突变的情况来推断该处存在地质异常，有地质及水文地质变化的可能性很大。
瑞利波探测技术可以探测到地表以下或水平前方3～80m地质构造的岩性介面。它具有探测距离远、携带方便和操作简单的特点，可在现场实时显示探测处理结果，对现场施工有着重大的意义。
2.3 测点布置及探查技术
超前探测主要是在掘进巷道迎头利用直接或间接的方法向巷道掘进方向进行探测，探测前方是否存在地质构造或富水体及导水通道，为巷道的安全掘进提供详细的地质资料。目前用于煤矿超前探测的直接方法为钻探方法，钻探结果比较可靠，但施工周期较长，费用较高，对巷道的正常掘进生产影响较大。超前探测的间接方法即采用物探方法进行探测，其中常用的方法包括矿井瞬变电磁法、瞬态法瑞利波。
瞬态法瑞利波勘探：震源激发点距第一个传感器△x(偏移距)布置约100cm左右，道间距依次为20cm，20cm，100cm，20cm，20cm观测系统(见图2-2)。仪器参数设置如下：探测模式：超前探测;采样频率：4000Hz;记录长度：2048;叠加次数：5炮。
2.4 瑞利波超前探测资料分析与解释
探测成果图，纵坐标(对数坐标)为实际距离，横坐标为视速度。从左到右依次为频散曲线、拟地震曲线、速度变化曲线和速度变化色标。其中频散曲线是瑞利波在速度发生变化的区域会有“之”型拐点，因此在最初的瑞利波资料解释中，拐点成为频散曲线中判断异常的一个依据;拟地震曲线是由频散曲线进一步计算得来，红色尖峰位置为速度突变点，速度突变是反映异常界面的重要依据;速度变化曲线是由拟地震曲线转换得来，可以反映速度突变点的速度变化趋势以及变化程度，弥补了拟地震曲线中只能反映速度突变点而不能反映速度变化方式的缺陷;速度变化色标是速度变化曲线的另一种表现形式，是用不同颜色表示速度高低的一种表示方法。在做预测预报时拟地震曲线和速度变化曲线成为重要解释依据。
引起速度变化的原因很多，比如遇到断层(导水)，老窑(充水)、岩性变化、甚至应力集中、瓦斯聚集等都会引起速度变化，所以探测结果需要根据本矿地质资料进行地质解释，并在异常区域附近加强水文地质观测。
2.5 化乐煤矿井底车场左邦(N25°E)
井下采集数据：3组，每组数据叠加次数为5炮，解释成果见图2-3。
经3组数据对比得知，在80m超前探测范围内，在前方9m左右、15m左右，3组数据尖峰在一条水平线上，作为解释前方异常的依据，表明有2个异常跳动，以上2处有明显的速度变化。其余单条数据尖峰为干扰信息，不作为解释异常常的依据。
2.6 井底车场右邦(S25°W)
井下采集数据：3组，每组数据叠加次数为5炮，解释成果见图2-4。
经3组数据对比得知，在80m超前探测范围内，在前方4.5m左右、8.5m左右、13m左右、30m左右分别有4个异常跳动，这表明以上4处有明显的速度变化。
3 掘进巷道对瑞利波探测结果的验证
经化乐煤矿对井底车场2个掘进头掘进(见图)，左邦(N25°E)前方15米至22米为煤夹矸石，8-10米为受断层挤压形成的光滑面带，与瑞利波探测结果(9米、15米处为异常跳动)基本吻合;右帮(S25°W)前方3.5-16米为真厚2.37米煤层(含夹矸)，32米-35米为煤层，与瑞利波探测结果(4.5米、8.5米、13米、30米处为异常跳动)基本吻合。化乐煤矿根据瑞利波探测成果，分别对2个掘进头布置钻孔验证后，布置了抽放钻孔，对煤层进行消突后，进行掘进。现井底车场已顺利完工。
4 结语
化乐煤矿井底车场，通过瑞利波探测，探明了掘进头前方煤层，为矿方布置煤层抽放钻孔提供了理论依据。采用YCS160矿用本安型瞬变电磁仪、YD32(A)高分辨电法仪、YTR(D)瑞利波探测仪探测法等矿井物探方法，探明采煤工作面、独头巷道超前探测煤层、隐伏断层、破碎带、陷落柱，尤其是含水、导水破碎带，甚至潜在的突水点等含水构造等方面，是今后矿井地质的重点工作。只有很好的利用矿井物探，探明前方地质、构造情况，对瓦斯防治、探放水等提供可靠的理论依据，指导矿井生产，才能有效避免事故发生。
作者简介：
马建亮，男，47岁，贵州省六枝工矿(集团)恒达勘察设计有限公司副经理，1992年毕业于中国矿业大学煤田地质系物探专业，主要从事煤田地质勘探、物探测井及矿井物探工作。
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