太赫茲探測技術(shù)論文(2)
太赫茲探測技術(shù)論文篇二
瑞利波探測技術(shù)在化樂煤礦的應(yīng)用
【摘 要】隨著我國煤礦采掘機(jī)械化程度的提高，對于改善礦井地質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率，是煤礦高產(chǎn)、高效及安全生產(chǎn)迫切需要解決的課題。
【關(guān)鍵詞】煤礦;探測技術(shù);應(yīng)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(tuán)玉舍煤礦底抽巷“5.25”煤與瓦斯突出事故，都是因?qū)ο锏狼胺綐?gòu)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(shù)見煤鉆孔并未引起礦方高度重視。如果這兩個(gè)煤礦，首先對巷道前方進(jìn)行了礦井物探，找到前方、頂?shù)装瀹惓^(qū)域，再有目的布置鉆孔驗(yàn)證，確認(rèn)前方、頂?shù)装迕簩印?gòu)造位置，然后對煤層布置抽放鉆孔抽排瓦斯，經(jīng)效果檢驗(yàn)合格后，繼續(xù)進(jìn)行掘進(jìn)，就會避免事故發(fā)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(zhì)用于探測采煤工作面、獨(dú)頭巷道超前探測隱伏斷層、破碎帶、陷落柱，尤其是含水、導(dǎo)水破碎帶，甚至潛在的突水點(diǎn)等含水構(gòu)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(yù)測掘進(jìn)面前方的地質(zhì)構(gòu)造、煤層變化等方面發(fā)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(nèi)，一采區(qū)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力120萬噸/年。井底車場位于主斜井落平點(diǎn)前方200米處，其走向?yàn)镹25°E，現(xiàn)已形成2個(gè)掘進(jìn)頭，分別向北東方向掘進(jìn)8米，向南西方向掘進(jìn)4米。掘進(jìn)中已揭露落差1.1米斷層1條，揭露煤層1層?；瘶访旱V為安全起見，決定對2各掘進(jìn)頭做物探，探明前方構(gòu)造及煤層。六枝工礦(集團(tuán))恒達(dá)勘察設(shè)計(jì)有限公司采用瑞利波探測技術(shù)，對井底車場2個(gè)掘進(jìn)頭進(jìn)行超前探測，瑞利波探測點(diǎn)分別布置在2個(gè)掘進(jìn)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(shù)原理
瑞利波探測技術(shù)是通過采集人工地震波所攜帶的地下信息來分析地層結(jié)構(gòu)，其采用的方法是面波頻譜分析法，也叫瞬態(tài)法。瞬態(tài)法是由震源產(chǎn)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(shù)，通過相干函數(shù)的互功率譜相位展開譜，從而得到兩個(gè)記錄信號在不同頻率下瑞利波在傳播過程中由于時(shí)滯而產(chǎn)生的相位差，根據(jù)兩路不同頻率信號的相位差就可計(jì)算出傳播時(shí)間和速度。由A，B兩點(diǎn)的已知距離，便可求得不同頻率瑞利波的相速度，同時(shí)由此得到該點(diǎn)的頻散曲線，根據(jù)曲線突變的情況來推斷該處存在地質(zhì)異常，有地質(zhì)及水文地質(zhì)變化的可能性很大。
瑞利波探測技術(shù)可以探測到地表以下或水平前方3～80m地質(zhì)構(gòu)造的巖性介面。它具有探測距離遠(yuǎn)、攜帶方便和操作簡單的特點(diǎn)，可在現(xiàn)場實(shí)時(shí)顯示探測處理結(jié)果，對現(xiàn)場施工有著重大的意義。
2.3 測點(diǎn)布置及探查技術(shù)
超前探測主要是在掘進(jìn)巷道迎頭利用直接或間接的方法向巷道掘進(jìn)方向進(jìn)行探測，探測前方是否存在地質(zhì)構(gòu)造或富水體及導(dǎo)水通道，為巷道的安全掘進(jìn)提供詳細(xì)的地質(zhì)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(jié)果比較可靠，但施工周期較長，費(fèi)用較高，對巷道的正常掘進(jìn)生產(chǎn)影響較大。超前探測的間接方法即采用物探方法進(jìn)行探測，其中常用的方法包括礦井瞬變電磁法、瞬態(tài)法瑞利波。
瞬態(tài)法瑞利波勘探：震源激發(fā)點(diǎn)距第一個(gè)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(tǒng)(見圖2-2)。儀器參數(shù)設(shè)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(shù)：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(biāo)(對數(shù)坐標(biāo))為實(shí)際距離，橫坐標(biāo)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(biāo)。其中頻散曲線是瑞利波在速度發(fā)生變化的區(qū)域會有“之”型拐點(diǎn)，因此在最初的瑞利波資料解釋中，拐點(diǎn)成為頻散曲線中判斷異常的一個(gè)依據(jù);擬地震曲線是由頻散曲線進(jìn)一步計(jì)算得來，紅色尖峰位置為速度突變點(diǎn)，速度突變是反映異常界面的重要依據(jù);速度變化曲線是由擬地震曲線轉(zhuǎn)換得來，可以反映速度突變點(diǎn)的速度變化趨勢以及變化程度，彌補(bǔ)了擬地震曲線中只能反映速度突變點(diǎn)而不能反映速度變化方式的缺陷;速度變化色標(biāo)是速度變化曲線的另一種表現(xiàn)形式，是用不同顏色表示速度高低的一種表示方法。在做預(yù)測預(yù)報(bào)時(shí)擬地震曲線和速度變化曲線成為重要解釋依據(jù)。
引起速度變化的原因很多，比如遇到斷層(導(dǎo)水)，老窯(充水)、巖性變化、甚至應(yīng)力集中、瓦斯聚集等都會引起速度變化，所以探測結(jié)果需要根據(jù)本礦地質(zhì)資料進(jìn)行地質(zhì)解釋，并在異常區(qū)域附近加強(qiáng)水文地質(zhì)觀測。
2.5 化樂煤礦井底車場左邦(N25°E)
井下采集數(shù)據(jù)：3組，每組數(shù)據(jù)疊加次數(shù)為5炮，解釋成果見圖2-3。
經(jīng)3組數(shù)據(jù)對比得知，在80m超前探測范圍內(nèi)，在前方9m左右、15m左右，3組數(shù)據(jù)尖峰在一條水平線上，作為解釋前方異常的依據(jù)，表明有2個(gè)異常跳動(dòng)，以上2處有明顯的速度變化。其余單條數(shù)據(jù)尖峰為干擾信息，不作為解釋異常常的依據(jù)。
2.6 井底車場右邦(S25°W)
井下采集數(shù)據(jù)：3組，每組數(shù)據(jù)疊加次數(shù)為5炮，解釋成果見圖2-4。
經(jīng)3組數(shù)據(jù)對比得知，在80m超前探測范圍內(nèi)，在前方4.5m左右、8.5m左右、13m左右、30m左右分別有4個(gè)異常跳動(dòng)，這表明以上4處有明顯的速度變化。
3 掘進(jìn)巷道對瑞利波探測結(jié)果的驗(yàn)證
經(jīng)化樂煤礦對井底車場2個(gè)掘進(jìn)頭掘進(jìn)(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(jié)果(9米、15米處為異常跳動(dòng))基本吻合;右?guī)?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(jié)果(4.5米、8.5米、13米、30米處為異常跳動(dòng))基本吻合。化樂煤礦根據(jù)瑞利波探測成果，分別對2個(gè)掘進(jìn)頭布置鉆孔驗(yàn)證后，布置了抽放鉆孔，對煤層進(jìn)行消突后，進(jìn)行掘進(jìn)。現(xiàn)井底車場已順利完工。
4 結(jié)語
化樂煤礦井底車場，通過瑞利波探測，探明了掘進(jìn)頭前方煤層，為礦方布置煤層抽放鉆孔提供了理論依據(jù)。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(dú)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(dǎo)水破碎帶，甚至潛在的突水點(diǎn)等含水構(gòu)造等方面，是今后礦井地質(zhì)的重點(diǎn)工作。只有很好的利用礦井物探，探明前方地質(zhì)、構(gòu)造情況，對瓦斯防治、探放水等提供可靠的理論依據(jù)，指導(dǎo)礦井生產(chǎn)，才能有效避免事故發(fā)生。
作者簡介：
馬建亮，男，47歲，貴州省六枝工礦(集團(tuán))恒達(dá)勘察設(shè)計(jì)有限公司副經(jīng)理，1992年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)煤田地質(zhì)系物探專業(yè)，主要從事煤田地質(zhì)勘探、物探測井及礦井物探工作。
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