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60 能 源 技 术 与 管 理 2012年第 2期 doi：lO．3969／j．issn．1672—9943．2012．02．023 三维地震勘探在煤矿采空区探测中的应用分析 何黄生 (江苏煤炭地质物测队，江苏 南京 210046) [摘 要] 地震勘探是探测采空区的一种有效方法，通过采空区的地球物理特性、理论基础分 析和正演模拟方法，从理论上探讨 了采空区的波形特征，并运用实例说明了三维地 震勘探探测采空区的可行性。 [关键词] 三维地震勘探；地球物理特性；正演模型；采空区 [中图分类号]P631．4[文献标识码]B [文章编号]1672-9943(2012)O2 060—02 落带、裂隙带和弯曲带等，使得采空区被上层塌落 0 引 言 的松散物充填而地球物理特征发生变化 ，导致塌 随着全国煤炭开采整合工作的不断推进 ，煤 落带上部地层的特性也发生了变化_1]。 矿企业 “多、小 、散”局面有所改观，矿产资源开发 2 采空区探测原理 规模化、集约化水平有所提高。但在各个矿区及小 煤窑生产区，留下了许多先前无序开采时期的采 地震勘探是以目的物与周边围岩之间存在波 空区；这些采空区的存在对现代煤矿生产带来了 阻抗 (速度和密度的乘积)的差异为前提条件的， Et益严重的影响，如果对其勘查不明、了解不透， 反射波的能量强度大小与两介质之间波阻抗差异 会造成透水、坍塌 、瓦斯爆炸等重大矿难 ，同时也 的大小有关 ]。正常的沉积地层起伏界面一般均 会对地质、环境 、工程产生负面影响，甚至会给国 能产生较连续的反射波，而采空区中的岩层被开 家和社会带来巨大经济损失。如 2010年 3月28 采，原有的地质结构发生了改变，在采空区的顶底 日，山西省王家岭煤矿发生废弃小煤窑采空区透 和周边就会产生与正常岩层不同的反射波，如反 水事故，造成 38人死亡、115人受伤 ，直接经济损 射波无序 、反射波中断或能量加强等情况，另外 ， 失4937万元。因此 ，对采空区的探测和治理任务 还会有绕射波出现。 显得非常重要和紧迫 。 某工区各地层的物理参数如表 1所示，根据 目前，探测采空区物探方法较多，但主要集中 表 1建立的地质模型如图1所示。采空区为充满 在重力和电磁法上。由于采空区及其上部地层相 表 1 地质模型参数 对于开采前的地层，其地球物理性质发生了显著 纵波速度 ／(m )横波速度 ／(m )‘密度 ／(g·cm一’ 备注 变化，而地震勘探在探测地下物性差异方面有其 强大优势。因此，利用地震勘探对采空区进行探测 成为可能，并取得了一定成效。 1 采空区的地球物理特性 煤层及煤系地层 由于成因不同而表现出不同 的赋存状态，但多呈现为层状沉积和层状展布。当 煤层被开采形成采空区后，因原有的应力状态遭 到破坏，致原有地层产生错动、出现裂缝或发生塌 陷等。一般情况下，采空区表现为两种形式：①当 开采时间较短且未放顶时，其煤层顶板为塑形岩 石并保存完整，采空区以不充水或充水的空洞形 式保存下来 ；②当采面较大或开采时间较长时，采 空区在重力和地层应力作用下 ，顶板塌落 ，形成冒 图 1 采空区模型 74 王富忠 大水头煤矿瓦斯地质规律量化研究 2012年第2期 作面遇到地质构造，瓦斯绝对增量在0．1～0