司馬礦安城斷層探測中井下綜合物探技術的運用

姚占偉

摘要：隨著煤礦綜合機械化的不斷發展，對地質工作的要求越來越高，司馬煤礦三采區膠帶巷掘進前方存在一安城正斷層，為了提前更合理的設計巷道，保障安全生產，綜合利用地震波超前探測技術和礦井瞬變電磁法技術對巷道迎頭前方安城斷層及附近小型斷裂構造的位置、富導水性做了進一步探測，通過驗證情況分析認為：利用地震波超前探測技術和礦井瞬變電磁法技術既可以探測巷道前方構造的位置以及富導水性，又可以將兩種物探結論綜合分析，相互驗證，提高井下物探資料解釋的精度和可靠性。

關鍵詞：綜合物探；構造異常區；富水性

一、技術原理

1.1礦井巷道震波超前探測技術（MSP）。MSP技術基于反射波地震勘探原理，利用礦井巷道空間布置激發點和接收點，地震波在指定的震源點（巷道的左或右側邊）作小量炸藥（錘擊）產生，地震波在地層中以球面波傳播，當遇到波阻抗界面（斷層、巖石破碎帶和巖性變化等）時，一部分信號被反射回來，反射信號被高靈敏度檢波器所接收。在全空間波場條件下，巷道前方界面的反射波在時距規律、相位特征與巷道周邊界面具有明顯差異，這為利用地震反射波來探測前方構造提供了有利條件。

1.2礦井瞬變電磁法技術。瞬變電磁法又稱時間域電磁法，它是利用不接地回線或接地線源（電極）向地下發送一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場的間歇期間，利用線圈或接地線源（電極）觀測二次渦流場的方法。當存在構造破碎帶（斷層、裂隙和陷落柱等）時，如果構造不含水，則其導電性較差，局部電阻率值增高；如果構造含水，由于其導電性好，相當于存在局部低電阻率值地質體，為以巖石導電性差異為物理基礎的電磁法探測方法提供了良好的地質條件。

二、數據采集、處理、解釋

2.1礦井巷道震波超前探測

2.1.1現場觀測系統布置及技術參數

觀測系統：本次MSP采取同側后置，共布設24個炮點，2個檢波點，炮點和檢波點同側布置，位于井下設施較少的同一側幫腰線上，檢波點布置在炮點后側遠離迎頭的地方，總測線長69m。

技術參數：接收孔：采用三分量加速度傳感器，其中X方向對著迎頭方向，Y與X正好垂直，而Z分量是沿幫向里的垂直方向，通過打氣筒向傳感器氣室中充入高壓空氣，保證驅動貼壁裝置與孔壁耦合。放炮孔：孔徑以礦用放炮煤電鉆為準，藥量50g，下藥后用炮泥將炮孔封至孔口，雷管為礦用一段瞬發雷管正向起爆。儀器因素：采樣點數2048，采樣間隔200us。

2.1.2資料處理及解釋。數據處理時以后置檢波器點為相對坐標零點，以膠帶巷正北為X正方向，Y正方向指向右幫建立坐標系，分別來確定接收點和激發點的相對坐標。將現場采集到的物探數據在專業軟件（MSP2.0）平臺上進行了處理和分析，其處理流程為：記錄解編——數據預處理（主要有頻譜分析、初至拾取、帶通濾波、振幅調整）——核心處理（主要有反射波提取、速度分析、深度偏移）——結果解釋（界面提?。?。

2.2礦井瞬變電磁法技術

2.2.1現場觀測系統布置及技術參數。觀測系統：在井下巷道迎頭實地觀察后，結合探測目的任務，選擇了更適于全面探測迎頭前方情況的U型觀測系統，其中每個U形觀測點在垂直方向上都觀測了5個方向，包括迎頭斜上45°、斜上30°、順層、斜下30°和斜下45°。

2.2.2資料處理及解釋。將井下采集的數據在礦井瞬變電磁處理解析軟件上進行了數據圓滑、干擾校正、電阻率計算等處理和分析，在迎頭前方的立體空間中，發現三處相對低阻異常區。

根據瞬變電磁各個探測方向的結果，對迎頭附近頂底板及順層的含水性逐一分析如下：

頂板：根據頂板斜上30°和頂板斜上45°探測結果分析，迎頭頂板的左前方阻值相對較低，分析存在局部富水；正前方80～120m處也存在局部低阻，分析為局部弱富水；右方及右前方頂板視電阻率較高，含水性較差。

順層：順層探測結果表明，迎頭左方及左前方30～100m存在低阻異常區，可能為局部構造導水；正前方及右方視電阻率較高，含水性較差。

底板：底板探測結果表明，迎頭底板的左方及左前方，視電阻率很低，反映出該部位底板的富水性較強；正前方80～100m處底板也存在低阻異常區，不過視電阻率值反映出該部位富水性較弱；右方及右前方視電阻率較高，含水性較差。

三、綜合物探成果

地震解釋的R1界面，在其附近瞬變電磁資料顯示沒有明顯低阻異常，因此，R1含水性較差，破碎程度較低，分析可能為落差較小的構造或巖性較為破碎地段；地震解釋的R2界面，在其附近瞬變電磁資料顯示只有底板斜下30°，當日迎頭前方60～100m有局部低阻異常，分析R2可能為局部富水的小型斷裂構造，導通的可能性較??；地震解釋的R3界面，分析該界面應該為安城正斷層，落差較大，破碎程度較高，在其附近瞬變電磁資料顯示該部位在頂板45°、頂板30°、底板30°、底板45°，當日迎頭前方80～100m均存在相對低阻異常，分析認為局部存在相對較弱的富水區，需要引起注意。瞬變電磁資料解釋的迎頭左前方40m以外的較強富水區，根據本次礦井地震資料及地面地震資料分析，可能為安城斷層和DX12陷落柱附近的構造富水，由于該異常區阻值較低，富水性較強，需引起礦方注意。四、驗證情況

在當日探測迎頭前方30米左右處，存在一小型斷裂構造，與礦井巷道震波超前探測解釋的R1異常反射界面較為吻合。由于本次巷道是與水平方向成以+9度破頂前進，R2異常反射界面在本次巷道掘進過程中未得到驗證，預計該異常為煤層內部存在小的破碎帶；R3異常反射界面與本次驗證情況較為相符，為安城斷層賦存區域，預計落差31米左右，比正常地段涌水量大。

結論：通過本次綜合物探技術在司馬礦井的運用及驗證情況分析認為，利用地震波超前探測技術和礦井瞬變電磁法技術既可以探測巷道前方構造的位置以及富導水性，又可以充分發揮各種物探方法優勢，使各種方法的解釋成果相互佐證、取長補短，提高井下物探資料解釋的精度和可靠性。為煤礦安全、高效生產及防治水工作提供準確地質資料。

參考文獻

[1]關民全等.山西潞安集團司馬煤業有限公司三采區膠帶巷（里段）安城正斷層超前探測報告[R].河北邯鄲：中國煤炭地質總局水文物測隊，2012.