高家梁煤矿地质超前预报实测研究

摘 要：文章介绍了采用矿井地质探测仪进行地质超前预报的基本原理及方法，并对高家梁煤矿受不同采动影响的巷道进行实测研究，探测结果为煤矿巷道加固等措施的实施提供依据。

关键词：超前预报；地质探测仪；破碎带

煤炭井下开采过程中，经常会遇到断层破碎带、溶洞、软弱层等不良地质体，易导致冒顶、片帮、突水、冲击地压等事故，给工作面安全开采构成严重威胁[1]。如果能提前掌握前方地质条件变化情况，将为采取有效措施提供依据，对防治相关地质灾害具有重要意义[2-3]。文章介绍了采用矿井地质探测仪进行地质超前预报的方法，并对高家梁煤矿受不同采动影响的巷道进行现场探测。

1 地质超前探测方法

1.1 探测仪器

矿井地质探测仪是基于矿井震波运动学和动力学特征理论，通过对数学建模、反演算法、图像处理、地质解析等专项技术开发形成的探测技术方法，可用于解决井下采掘工作面前方及周围未探明的构造和影响范围及巷道余煤（岩）厚度等的预测预报，能为煤矿开采过程中的安全科学施工提供有力支持。仪器采用先进电子技术与嵌入式操作系统，保证了地震数据信号的高保真采集及高分辨率信号解析处理，具有嵌入式Linux操作系统、信号动态范围大、接收灵敏度高、各道信号采集同步、探测方法丰富、数据处理精深等优点。适合于井下未探明的小构造、断层、采空区、陷落柱，巷道顶底余煤（岩）厚度等超前探测，以及地面及地下工程地震勘探。本次探测使用KDZ113-4便携式矿井地质探测仪。

1.2 探测原理

探测采用单点自激自收探测方法，即反射波中偏移距为零的垂直反射形式。根据反射波原理，它是通过接受不同性质断面交界面的地震波垂直反射信号，来解析计算目的的层距或厚度的。

2 探测实例

2.1 现场地质条件

高家梁井田位于鄂尔多斯市境内，井田南北最长约14.09km，东西最宽约12.69km，面积约87.4178km2。井田内共见可采煤层6层，即2-2上、2-2中、3-1、4-2中、5-1、6-2中煤层，目前主要开采2-2上、2-2中煤层。煤层顶底板多为砂质泥岩、粉砂岩，局部为细砂岩，裂隙发育，其力学强度较低，且在水中还有崩解破坏现象。区域内地质构造相对简单，地层波状起伏，小褶曲构造发育，局部有小断层发生。

2-2上煤层厚度0.80～7.04 m，平均2.37 m。煤层结构简单，顶板岩性以砂质泥岩、粉砂岩为主，局部为中砂岩；底板岩性主要为砂质泥岩和粉砂岩，局部为泥岩、细砂岩。2-2中煤层厚度0.80～8.95m，平均3.15m。煤层结构简单，顶板岩性多为砂质泥岩、粉砂岩，局部为细砂岩；底板岩性以砂质泥岩、粉砂岩为主，局部为细砂岩、泥岩。工作面一般沿煤层走向布置，走向长度150～200m，倾向长度1000～1500m。工作面顺槽采用矩形断面形式，采用锚网索联合支护；机头硐室为直墙半圆拱形断面形式，采用锚喷支护方式，同时配合金属网和W型钢带进行支护。

2.2 地震波速测算

采用高精度震波探测技术，运用已知地质构造变化，反算出本矿井的地震波在巷道顶板中的传播速度，为探测巷道未知区域的构造变化提供数据条件。探测地点为2中回风大巷h28测点往里95米处，巷道顶板为细砂岩。

2.3 探测结果

分别对20111工作面回风顺槽、20108工作面回风顺槽和2-2中203盘区右翼辅运大巷进行现场探测，探测结果如图3～5所示。由图可知，受一次采动影响时，在20111工作面回风顺槽中，波传播到12.75ms和21.12ms时发现异常，则距离探测地点为36.33m和60.19m处为弱胶结破碎带；受两次采动影响时，在20108工作面回风顺槽中，波传播到4.75ms时发现异常，其顶板内异常位置为13.53m；在2中203盘区右翼辅运大巷中，波形传播到9.72ms、14.34ms、22.59ms时发现异常，则距离探测地点为27.70m、40.86m和64.38m处为弱胶结破碎带。

3 结束语

矿井地质探测仪可有效地对煤矿井下不良地质体（包括断层、破碎带、溶洞等）进行超前预报，对高家梁煤矿探测结果表明，矿区顶板地震波传播速度为2.85m/ms，在2上顺槽和2中大巷均出现了一定程度的破碎带。

参考文献

[1]罗利锐，刘志刚，闫怡冲.超前地质预报系统的提出及其发展方向[J].岩土力学，2011，32（增1）：614-618.

[2]刘志刚，赵勇.隧道隧洞施工地质技术[M].北京：中国铁道出版社，2001.

[3]吕兆海，来兴平.破碎围岩条件下井巷工程综合超前地质预报实践[J].物探与化探，2009，33（2）：229-229.

作者简介：王建勇（1985-），男，内蒙古鄂尔多斯人，本科学历，采煤初级助理工程师，从事技术管理工作。