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山東某礦掘進迎頭MSP超前物探成果報告
新聞作者:周凱  發布時間:2018-07-06  查看次數:  放大 縮小 默認
    受山東某礦的委托,福州華虹智能科技股份有限公司采用礦井巷道震波超前探測方法,在該礦31采區集中軌道巷(JG8+125m)迎頭進行構造超前探測,調查迎頭掘進前方的構造發育情況,為巷道安全掘進工作提供技術依據。
福州華虹智能科技股份有限公司根據確定的勘探任務及要求,于2018年4月15日進行了井下數據采集工作,完成資料處理和解釋工作,并提交勘探成果報告。
一、地質概況與任務
1.1 地質概況
31采區集中軌道巷目前沿3煤底板掘進,本工作面地質構造簡單,根據三維地震勘探資料,預計工作面在掘進過程中將揭露斷層3條。預計揭露構造情況見下表。

1.2 探測任務
探明31采區集中軌道巷迎頭(JG8+125m)構造發育情況,為巷道安全掘進提供技術依據。
本次在31采區集中軌道巷迎頭采用MSP方法探測迎頭前方的構造發育情況。

二、礦井震波超前探測技術(MSP)原理
    礦井震波超前探測(MSP-Mine Seismic Pre-diction),是應用地震波在傳播過程中遇到不均勻地質體(存在波阻抗差異)時會發生反射的原理,結合巷道的特點,設計研制的沿巷道后方布置震源和傳感器來探測巷道前方地質條件和水文地質條件的觀測系統。震波是由特定位置進行小型爆破產生的,爆破點一般是沿巷道左(右)幫平行洞底成直線排列,這樣由人工制造一系列有規則排列的輕微震源,形成地震斷面。這些震源發出的地震波在遇到地層層面、節理面、特別是斷裂破碎界面和溶洞、暗河、巖溶陷落柱、淤泥帶等不良界面時,將產生反射波。

MSP系統主要由記錄單元、接收單元和激發單元三部分組成(見圖2-1)。
硬件技術參數如下:
記錄單元
通道:6道;
A/D:18位;
采樣長度:最大記錄長度為14468樣點;
采樣間隔:62.5和125μs;
動態范圍:100dB,
平臺:Windows
接收單元
分 量:三分量;
靈敏度:1000mV/g±5%;
頻率范圍:0.5-5000HZ;
橫向靈敏度:>1%;
工作環境溫度:0℃-65℃
激發單元
輸入電壓:240~2400 V
輸出電壓:0.5~5V。
2.1 測線布置與數據采集
本次探測于2018年4月15日在31集中軌道巷迎頭完成數據采集工作,以探測前方構造發育情況為主要目標,采用了礦井震波超前探測技術(MSP);現場布置24個炮點和2個檢波點。
2.2 礦井震波超前探測(MSP)現場布置
本次礦井MSP探測在迎頭有限空間內展開,采用炸藥震源。31采區集中軌道巷現場測線布置時,激發點炮孔布置在巷道右幫,總共24炮;檢波點2個分別為C1、C2,傳感器及炮孔順序和方位見圖2-2。炮點1-24布置在右幫,設計炮間距2.0m;檢波點C1、C2布置在右幫,設計檢波點間距2m。其中C1傳感器距離P24號炮點15m, P1在迎頭位置退后1m。現場測量炮檢距,后續計算以實際距離為準。

三、數據處理及結果解析
3.1 礦井震波超前探測數據處理
數據處理時統一以C2檢波點對應巷道的中點為坐標原點,巷道前方為X正方向,Y正方向指向頂板,Z方向指向左幫建立坐標系,分別來確定炮點和檢波點的坐標。
將現場采集到的物探數據經過處理方能轉化為可利用的物性圖件,MSP震波探測數據在自行研制開發的MSP2.0軟件平臺上進行,其處理流程為:數據預處理——頻譜分析——直達波求取——反射波提取——速度分析——深度偏移——界面提取。據速度譜同時結合現場巖性情況,進一步根據以往探測的驗證結果,本次MSP探測取綜合速度為2.8m/ms進行偏移處理速度。
數據預處理部分主要完成觀測系統錄入,將現場實際測量的炮孔、檢波點坐標錄入MSP系統。基于上述觀測系統原則,在進行數據處理時以指向掘進迎頭方向為x軸正方向,垂直于頂板方向為y軸正方,垂直于左幫為Z軸正向,建立直角坐標系。為了便于建模,以C2點所在巷道位置的巷道中心為原點,建立炮檢坐標系。

    頻譜分析處理利用FFT工具對本巷道采集的地震波形進行頻率域分析,作用在于掌握對本巷道在炸藥震源條件下的地震波主頻分布范圍。有利于指導后續數據的處理。圖3-2為地震波形的頻譜分析圖,從圖中可以看出主頻范圍為60-600Hz。

    圖3-3為本次采集地震波形和直達波速度求取圖。采用各記錄源檢距和初至到時可擬合成直達波初至直線,從圖中可以看出直達縱波速度為2.8m/ms。利用直達波速度可基本確定本探測區域速度范圍并作為深度偏移時的速度背景值。
    深度偏移處理為MSP處理的核心部分,在給定速度模型的條件將來自前方介質的反射能量偏移歸位至空間點上。以此成果圖件為基礎提取取巷道前方反射界面。基于直達波速度,本次均勻速度背景值取值為1.5-3.5m/ms。本次探測探測介質為煤,整體探測距離為200m,其中軌道巷已揭露區58m,未揭露區142m。
3.2 MSP超前探測解釋結果

    圖3-4為地震MSP方法所得到的31集中軌道巷迎頭前方地震探測深度偏移剖面,深度偏移反射剖面反映了掘進方向順煤層彈性差異界面在空間的位置關系。從剖面中可看出,31集中軌道巷探測范圍內存在有較為明顯的反射相位,其中有三組反射波能量強異常界面,分別為R1、R2、R3。
四、結論及建議
4.1 結論
通過31采區集中軌道巷迎頭MSP超前探測結果可以得出如下結論:
(1)反射異常界面R1,反射波能量較強,反射相位明顯,距離迎頭25.7m~33m位置范圍內,推測為斷層可能性較大;
(2)反射異常界面R2,反射波能量較強,反射相位明顯,距離迎頭66m~71m位置范圍內,推測為斷層、裂隙帶或其他地質構造異常體。
(3)反射異常界面R3,反射波能量較強,反射相位明顯,距離迎頭95m~106m位置范圍內,影響范圍較廣,推測為斷層可能性較大。
4.2 建議
(1)物探資料不能作為安全掘進的唯一依據,要結合鉆探資料進行綜合分析,建議礦方針對物探異常區及波形異常界面,進行打鉆驗證。
(2)建議掘進過程中加強地質編錄及電子歸檔,并及時反饋,以便后續對探測與揭露資料的進行深入分析,合理選取速度參數等關鍵技術參數,通過不斷的探掘對比,提高探測精度。此外,本次探測的速度為經驗速度,未經本礦實際揭露驗證,因此存在一定誤差,需要驗證后的反饋進行必要修正。
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