太赫茲探測技術論文(2)
太赫茲探測技術論文篇二
瑞利波探測技術在化樂煤礦的應用
【摘 要】隨著我國煤礦采掘機械化程度的提高，對于改善礦井地質預測預報的準確率，是煤礦高產、高效及安全生產迫切需要解決的課題。
【關鍵詞】煤礦;探測技術;應用
1 前言
貴州省水城縣馬場煤礦底抽巷“3.12”煤與瓦斯突出事故、貴州省六枝工礦集團玉舍煤礦底抽巷“5.25”煤與瓦斯突出事故，都是因對巷道前方構造、煤層等，沒有掌握清楚，誤掘煤層所致。前方雖然打了不少鉆孔，但由于鉆孔布置無針對性，大部分鉆孔沒有鉆到煤層，少數見煤鉆孔并未引起礦方高度重視。如果這兩個煤礦，首先對巷道前方進行了礦井物探，找到前方、頂底板異常區域，再有目的布置鉆孔驗證，確認前方、頂底板煤層、構造位置，然后對煤層布置抽放鉆孔抽排瓦斯，經效果檢驗合格后，繼續進行掘進，就會避免事故發生。采用YCS160礦用本安型瞬變電磁儀、YD32(A)高分辨電法儀、YTR(D)瑞利波探測儀探測法是礦井地質用于探測采煤工作面、獨頭巷道超前探測隱伏斷層、破碎帶、陷落柱，尤其是含水、導水破碎帶，甚至潛在的突水點等含水構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、預測掘進面前方的地質構造、煤層變化等方面發揮著越來越大的作用。
2 化樂煤礦井底車場瑞利波探測
2.1 概述
化樂煤礦位于貴州省水城縣境內，一采區設計生產能力120萬噸/年。井底車場位于主斜井落平點前方200米處，其走向為N25°E，現已形成2個掘進頭，分別向北東方向掘進8米，向南西方向掘進4米。掘進中已揭露落差1.1米斷層1條，揭露煤層1層。化樂煤礦為安全起見，決定對2各掘進頭做物探，探明前方構造及煤層。六枝工礦(集團)恒達勘察設計有限公司采用瑞利波探測技術，對井底車場2個掘進頭進行超前探測，瑞利波探測點分別布置在2個掘進頭中央距底板1.5米處，向前水平探測。探測位置如下圖2-1。
2.2 瑞利波探測技術原理
瑞利波探測技術是通過采集人工地震波所攜帶的地下信息來分析地層結構，其采用的方法是面波頻譜分析法，也叫瞬態法。瞬態法是由震源產生一定帶寬的脈沖，通過測線上相距震源不同距離的接收傳感器，把信號采集到瑞利波儀的記錄中，從而得到6道瑞利波信號在不同頻率的平均速度。然后利用快速付里葉變換和頻譜分析技術，通過相干函數的互功率譜相位展開譜，從而得到兩個記錄信號在不同頻率下瑞利波在傳播過程中由于時滯而產生的相位差，根據兩路不同頻率信號的相位差就可計算出傳播時間和速度。由A，B兩點的已知距離，便可求得不同頻率瑞利波的相速度，同時由此得到該點的頻散曲線，根據曲線突變的情況來推斷該處存在地質異常，有地質及水文地質變化的可能性很大。
瑞利波探測技術可以探測到地表以下或水平前方3～80m地質構造的巖性介面。它具有探測距離遠、攜帶方便和操作簡單的特點，可在現場實時顯示探測處理結果，對現場施工有著重大的意義。
2.3 測點布置及探查技術
超前探測主要是在掘進巷道迎頭利用直接或間接的方法向巷道掘進方向進行探測，探測前方是否存在地質構造或富水體及導水通道，為巷道的安全掘進提供詳細的地質資料。目前用于煤礦超前探測的直接方法為鉆探方法，鉆探結果比較可靠，但施工周期較長，費用較高，對巷道的正常掘進生產影響較大。超前探測的間接方法即采用物探方法進行探測，其中常用的方法包括礦井瞬變電磁法、瞬態法瑞利波。
瞬態法瑞利波勘探：震源激發點距第一個傳感器△x(偏移距)布置約100cm左右，道間距依次為20cm，20cm，100cm，20cm，20cm觀測系統(見圖2-2)。儀器參數設置如下：探測模式：超前探測;采樣頻率：4000Hz;記錄長度：2048;疊加次數：5炮。
2.4 瑞利波超前探測資料分析與解釋
探測成果圖，縱坐標(對數坐標)為實際距離，橫坐標為視速度。從左到右依次為頻散曲線、擬地震曲線、速度變化曲線和速度變化色標。其中頻散曲線是瑞利波在速度發生變化的區域會有“之”型拐點，因此在最初的瑞利波資料解釋中，拐點成為頻散曲線中判斷異常的一個依據;擬地震曲線是由頻散曲線進一步計算得來，紅色尖峰位置為速度突變點，速度突變是反映異常界面的重要依據;速度變化曲線是由擬地震曲線轉換得來，可以反映速度突變點的速度變化趨勢以及變化程度，彌補了擬地震曲線中只能反映速度突變點而不能反映速度變化方式的缺陷;速度變化色標是速度變化曲線的另一種表現形式，是用不同顏色表示速度高低的一種表示方法。在做預測預報時擬地震曲線和速度變化曲線成為重要解釋依據。
引起速度變化的原因很多，比如遇到斷層(導水)，老窯(充水)、巖性變化、甚至應力集中、瓦斯聚集等都會引起速度變化，所以探測結果需要根據本礦地質資料進行地質解釋，并在異常區域附近加強水文地質觀測。
2.5 化樂煤礦井底車場左邦(N25°E)
井下采集數據：3組，每組數據疊加次數為5炮，解釋成果見圖2-3。
經3組數據對比得知，在80m超前探測范圍內，在前方9m左右、15m左右，3組數據尖峰在一條水平線上，作為解釋前方異常的依據，表明有2個異常跳動，以上2處有明顯的速度變化。其余單條數據尖峰為干擾信息，不作為解釋異常常的依據。
2.6 井底車場右邦(S25°W)
井下采集數據：3組，每組數據疊加次數為5炮，解釋成果見圖2-4。
經3組數據對比得知，在80m超前探測范圍內，在前方4.5m左右、8.5m左右、13m左右、30m左右分別有4個異常跳動，這表明以上4處有明顯的速度變化。
3 掘進巷道對瑞利波探測結果的驗證
經化樂煤礦對井底車場2個掘進頭掘進(見圖)，左邦(N25°E)前方15米至22米為煤夾矸石，8-10米為受斷層擠壓形成的光滑面帶，與瑞利波探測結果(9米、15米處為異常跳動)基本吻合;右幫(S25°W)前方3.5-16米為真厚2.37米煤層(含夾矸)，32米-35米為煤層，與瑞利波探測結果(4.5米、8.5米、13米、30米處為異常跳動)基本吻合。化樂煤礦根據瑞利波探測成果，分別對2個掘進頭布置鉆孔驗證后，布置了抽放鉆孔，對煤層進行消突后，進行掘進。現井底車場已順利完工。
4 結語
化樂煤礦井底車場，通過瑞利波探測，探明了掘進頭前方煤層，為礦方布置煤層抽放鉆孔提供了理論依據。采用YCS160礦用本安型瞬變電磁儀、YD32(A)高分辨電法儀、YTR(D)瑞利波探測儀探測法等礦井物探方法，探明采煤工作面、獨頭巷道超前探測煤層、隱伏斷層、破碎帶、陷落柱，尤其是含水、導水破碎帶，甚至潛在的突水點等含水構造等方面，是今后礦井地質的重點工作。只有很好的利用礦井物探，探明前方地質、構造情況，對瓦斯防治、探放水等提供可靠的理論依據，指導礦井生產，才能有效避免事故發生。
作者簡介：
馬建亮，男，47歲，貴州省六枝工礦(集團)恒達勘察設計有限公司副經理，1992年畢業于中國礦業大學煤田地質系物探專業，主要從事煤田地質勘探、物探測井及礦井物探工作。
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