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利用地震时间剖面反射波的特征解释煤矿采空区的方法及应用效果 韩少明 （山西省煤炭地质物探测绘院 山西省 晋中市 030600） 摘 要：近期山西省进行煤炭资源整合，对小型煤矿进行兼并重组，对兼并重组回来的小煤矿进行资源储量核查，需要查明影响矿井安全生产的小煤矿采空区等地质构造，进行安全隐患排除，在资料处理中，通过对比性研究，发现采空区的时间剖面会出现 ，反射波同相轴下凹时间发生延迟、反射波同相轴中断、不连续或蚯蚓状间断连续等现象。本文利用地震时间剖面反射波的特征对采空区进行解释，地震勘探对采空区的勘探成果是：查出了勘探区内3#煤层采空区7处，，共计面积约0.808km2，其中3个采空区现已揭露，采空区的解释范围和所揭露的基本相符，解释成果得到很好验证。 关键词：资源整合；采空区；地震勘探 ；地质特征 反射波特征； 引言 在山西潞安集团辖区的范围内，根据有关资料统计有40多家小煤矿，这些小煤矿对地方经济发展虽然发挥了作用，但由于小煤矿的私开乱采，对潞安集团各大煤矿的矿产资源造成浪费和掠夺，尤其对采区工作面和矿井安全生产造成一定影响，尽管国家三令五申下达关闭不安全、不达产小煤矿，但有的小煤矿继续开采。2008年山西省政府决定把山西省内所有煤矿进行煤炭资源整合，进行兼并重组，所有小煤矿基本归属地整合，潞安集团兼并回来的上庄煤矿，周围小煤矿较多，且本煤矿在几个地段进行过开采，但采掘的范围及界限资料不完整，为了了解矿区的资源储量，以及将来矿井的安全生产，查明小煤矿采空区在矿井的分布范围，合理布置采区工作面就显的尤为重要。 1. 煤层采空区的地质特征 采空区上覆岩层的变化形式是非常复杂的。当采空区面积较大、时间较长时，在重力和地层应力作用下，顶板塌陷、冒落，由此形成了塌落带、裂隙带和弯曲下沉带。当开采面积较小,且煤层顶板为塑型岩性并保存完整时, 应力转移到煤柱上, 未引起地层变动,采空区以充水或不充水的空洞形式保存下来。 2. 煤层采空区在地震时间剖面上的反射波特征 2.1采空区上覆岩层塌陷 当采空区面积较大时间较长时，上覆地层塌落、回填则采空区在地震时间剖面上表现在几个方面：第一反射波在一定范围内反射波同相轴有向下凹趋势，这是由于采空区塌陷变形，采空区上部出现速度降低，时间延迟造成下拉现象，在地震时间剖面上反射波同相轴相位出现明显滞后。第二在反射波的振幅及波形方面，煤层采空区上部岩层裂缝发生波的散射，在地震时间剖面上表现为，振幅降低，反射波波形变得不规则、产生畸变。第三在反射波频率变化方面，由于煤层采空区引起的上覆岩层破坏区对地震波具有很强的吸收、频散衰减作用，在地震时间剖面上表现为反射波的频率的降低。上述不同的地震反射波特征都是在地震时间剖面上识别煤层采空区的重要标志。 2.2采空区煤层顶板未塌陷 当煤层采空区未被充填时，致使该区不能形成反射波或反射波很弱，采空区范围内振幅变弱，频率降低，导致煤层反射波凌乱及中断变得不可连续追踪，跨越采空区后，反射波(组)恢复正常特征。地震时间剖面上反射波不连续是识别煤层采空区的重要标志。反射波的振幅变弱，频率降低也是识别煤层采空区的参考标志。 3. 上庄煤矿利用地震时间剖面反射波的特征在采空区的应用效果 图1 反射波同相轴下凹时间发生延迟在时间剖面上的反映〔纵坐标单位：秒（S），横坐标单位：CDP号〕（）采空区2利用地震时间剖面解释采空区，关键是利用煤层反射波在相位、频率、振幅，波形等方面的变化识别采空区，根据矿上收集到的资料，采空区大多数是塌陷充填的，也有部分是没有充填的采空区，巷道和工作面很少塌陷，大多以废旧巷道和坑道形式存在。图１是上庄煤矿的地震时间剖面，由图中可以看出，在CDP295—340为采空区，在采空区区段地震时间剖面上反射波特征表现为：1由于地震反射波穿过采空区松散充填物时，速度明显降低，反射波同相轴相位出现明显滞后；2由于采空区对地震波具有很强的吸收、频散衰减作用 使反射波的频率降低；3采空区对地震波的振幅衰减、波形改造畸变，造成反射波波形异常复杂无规律 图1 反射波同相轴下凹时间发生延迟在时间剖面上的反映 〔纵坐标单位：秒（S），横坐标单位：CDP号〕 （） 采空区 2 图2反射波同相轴中断、不连续或蚯蚓状间断连续在时间剖面上的反映〔纵坐标单位：秒（S），横坐标单位：CDP线号〕采空区2图２是解释另一个采空区的地震时间剖面，由图中可以看出，在CDP线号45—120为采空区，在采空区区段， 图2反射波同相轴中断、不连续或蚯蚓状间断连续在时间剖面上的反映 〔纵坐标单位：秒（S），横坐标单位：CDP线号〕 采空区 2 4. 解释成果及成果验正 通过本次高精度三维地震勘探，查出了勘探区内3#煤层采空区范围共7处，采空区位于勘探区中部和南部，在时间剖面上T3波表现为能量变弱，振幅降低