羊东矿8471,工作面多方法联合物探应用及效果

何继刚

（冀中能源峰峰集团有限公司，河北 邯郸 056200）

羊东矿8471 工作面为4 煤综采工作面,位于五一采区，设计工作面走向长498 m，倾斜长127 m。标高为-738—-782 m，该工作面地质条件较复杂，总体呈向斜构造形态，受褶曲构造影响，煤岩层产状变化较大，走向为N16°～WN25°E，倾向NE ～SW，煤岩层倾角5°～23°，平均倾角15°，受下伏奥灰水威胁，属带压开采，水文条件复杂。厚度0.94 ～1.23 m，平均厚度1.2 m，煤层稳定，结构简单，无夹石，局部有结核。8471 工作面受71 向斜及F10-1 断层（H=33 ～40 m） 影响，附近次生小断层交错发育。工作面实际揭露断层33 条，均为正断层，落差大于1.5 m 以上断层8 条，最大落差H=5.5 ～9 m，1.5 m 以下25 条。

2.1 瞬变电磁

现场接收、发射框间距10 m，发射频率25 Hz，叠加次数64，线框尺寸1.5 m×1.5 m。工作布置为工作面全覆盖，其中运料巷长500 m，溜子道长700 m，切眼长120 m，切眼超前2 组。共完成多角度侧线长1 440 m。

瞬变电磁探测角度设计如图1 所示。

运料巷（0 ～50 号）：探测角度为里帮0、-20°、-40°、-60°、-80°，外帮-30°、-60°，共7 个角度，测点间距10 m。

溜子道（0 ～70 号）：探测角度为里帮0、-20°、-40°、-60°、-80°，外帮-30°、-60°，共7 个角度，测点间距10 m。

运料巷切眼超前探测1 组，探测范围为运料巷切眼处向外90°范围，探测角度为垂向0、-20°、-40°、-60°，共4 个角度。

溜子道磁超前探测1，探测范围溜子道左帮0～右帮180°，每15°探测一组方向，每组方向探测角度为垂向0、-20°、-40°、-60°。

2.2 电测深法工作布置

工作面电测深测线布置如图2 所示，分别在运料巷和溜子道布置测点和测线。

图2 工作面电测深测线布置示意Fig.2 The layout of electric depth-measurement line in the working face

运料巷测线布置自测点20 往里18 m 至切眼与溜子道交口处，共布置2 站，其中第一站布置45个电极，测线长度约440 m；
第二站布置43 个电极，测线长度约420 m，2 站之间重合120 m，平均电极间距10 m。

溜子道测线布置自测点15 ～测点53 往里40 m，共布置2 站，其中第三站布置41 个电极，测线长度约400 m，第四站布置45 个电极，测线长440 m，2 站之间重合120 m，平均电极间距10 m。

运料巷完成电测深测线长860 m，溜子道完成电测深测线长840 m，测线总长度共计1 700 m。

2.3 槽波地震测线布置与工作量

8471 工作面槽波地震探测采用面内双巷透射加面外反射观测系统，共布置3 个测站，具体测站及测线布置如图3 所示。8471 工作面内槽波地震透射测线长1 146 m，切眼地震反射测线长126 m，测线总长度共计1 272 m。

图3 工作面槽波地震测站及测线布置示意Fig.3 The layout of in-seam wave seism station and survey line in the working face

测站1：8471 运料巷和切眼激发，8471 溜子道接收。在8471 运料巷和切眼布置炮点，平均炮间距20 m，共27 个，编号P1-1～P1-27；
在8471溜子道布置接收点，平均道间距10 m，共50 个，编号J1-1～J1-50。

测站2：切眼外帮槽波反射探测。在切眼外帮布置炮点，平均炮间距10 m，共12 个，编号P2-1～P2-12；
在切眼外帮布置接收点，平均道间距10 m，共12 个，编号J2-1～J2-12。

测站3：8471 溜子道激发，8471 运料巷接收。在8471 溜子道布置炮点，平均炮间距20 m，共24个，编号P3-1～P3-24；
在8471 运料巷布置接收点，平均道间距10 m，共48 个，编号J3-1～J3-48。

3.1 瞬变电磁解析方法及结果分析

去除探测中勘探范围内的金属体和巷道积水等干扰因素，使煤层与含水异常时形成明显的物性差异。煤层通过突出显示底板岩层构造裂隙发育且含水时的低电性与不含水岩层的高电性差异，利用这些物性差异，确认为是煤岩层是否含水的反映。

巷道实测数据先进行去噪、滤波，然后进行反演，即可绘制成视电阻率等值线断面图。采用水文地质研究与物探资料解释相结合的基本原则，减少异常的多解性，提高解释可靠性。

（1） 运料巷探测成果，运料巷0 ～500 m 段共探测7 个方向，在46 号～49 号探测出低阻异常为相对低阻异常区，结合现场条件分析为受掘进机影响所致。

（2） 溜子道探测成果，溜子道0 ～700 m 段共探测7 个方向，在53 号～54 号探测出的异常为相对低阻异常区，切眼口为53 号，分析为受切眼铁器掘进机、皮带机头、机尾影响所致。其他区域无明显低阻突变区。

（3） 切眼及超前探测成果，切眼0 ～120 m段共探测7 个方向，成果图显示在8 号～12 号显示的异常为相对低阻异常区，分析为受现场掘进机影响所致。其他区域无明显低阻突变区。

3.2 电测深解析方法及结果分析

电测深处理是基于三极电测深电流场理论。实际数据处理在WBD2.0 软件中得到单巷电测深成果图，然后利用AGI（Earth Image） 软件输入电法数据，设置采集布置参数，进行三维电法数据反演，得到工作面底板下电测深视电阻率等值线切面图。

工作面内三维电法探测成果，三维电法坐标系是以溜子道测点5 往里5 m 处为坐标原点，沿溜子道指向切眼方向为X 轴正向，垂直指向运料巷方向为Y 轴正向。对运料巷、溜子道和切眼采集的数据选取全空间层状模型，采用带地形的全空间三维电阻率进行反演，得到不同深度视电阻率成像水平切面图及三维并行电法不同深度、空间总体分布图，共得到从底板-10～-120 m 深度的不同水平切片，反映了工作面底板下120 m 范围以内岩层电性的总体分布情况，也反映了物探异常体在空间上的连通情况。

此次电测深成果，根据水文地质资料及电法探测成果图得出探测区域内整体电阻率值较高，均大于10Ω·m，富水性较弱，未发现低阻异常的存在。

3.3 槽波地震解析方法及结果分析

槽波地震解析要通过数据预处理、建立观测系统、槽波能量扩散补偿、滤波、频散分析等6 个步骤进行处理。

异常道会影响后续的处理效果，由于异常道的能量超过了正常衰减幅度，干扰了正常振幅的衰减规律，导致补偿系数求取困难，限制了能量成像作用的正确显现。所以预处理就是要剔除空炮、坏道、不正常道等，确保数据的可靠。

观测系统就是指炮点与接收点之间的几何位置的布置关系，如图4 所示。

图4 8471 工作面槽波地震单炮射线追踪路径及观测系统示意Fig.4 The diagram of in-seam wave seism single shot ray tracing path and observation system in No.8471 face

槽波能量扩散补偿是指通过原始单炮经扩散补偿、校正。解决槽波在二维板状扩散中，能量扩散耗损问题。通过扩散补偿校正后，对远距离记录的能量呈现得到加强；
突出层次；
分辨更加清楚。

滤波就是压制纵波和横波，提高槽波的信噪比，同时也可以分出不同形式的槽波。图5 为溜子道P3-10 单炮滤波后地震波数据记录。

图5 溜子道P3-10 炮滤波后地震波数据记录Fig.5 Seismic wave data record after filtering of slip channel P3-10 shot

频散分析就是对原始地震波数据进行分析，计算出槽波的频散曲线。从频散图中可以看出，槽波的能量主要集中在125 ～250 Hz。抽取125 ～250 Hz 的槽波信号得到窄带宽的地震槽波信号。

此次8471 工作面槽波正演模拟系统利用槽波埃里相位能量进行成图（图6）。图中依次以从小到大来代表能量衰减强度。对槽波能量衰减反演结果图分析，并结合8471 工作面巷道地质编录剖面及相关地质资料对此次探测解释进行同步验证，探测区域共解释7 个异常区（YC1～YC7 异常区）。

图6 8471 工作面槽波探测成果图Fig.6 The detection result of in-seam wave

其中YC1～YC4、YC6、YC7 均为巷道揭露断层向工作面内的延伸，其延伸距离均小于40 m。YC5 异常区位于工作面内，为一隐伏构造。其走向长约为54 m，倾向延展26 m，分析此区域内含隐伏断层，预计落差0.6 ～1.2 m，造成槽波能量一定范围内强衰减，异常区延展范围小，对工作面回采影响较小。

通过对羊东矿8471 工作面瞬变电磁、电测深、槽波地震等多方法的联合物探的工作布置及成果分析，探查了8471 工作面在地质构造复杂的情况下，底板含水特性和构造分布情况。利用瞬变电磁和三维电测深技术充分验证了利用多方法联合物探法对复杂地质构造工作面底板含水性探查的可靠，和槽波地震工作面同时实施透反射法的在复杂工作面探查的优势.在采取多联合物探法对复杂工作面探查值得在各个煤矿进行推广，不但能深一步相互验证排除单一法中的物探假异常，而且对异常形态和类型进行合理判别。

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