当前位置: 首页 > >

浅层地震勘探技术在探测公路采空区中的应用

发布时间:

维普资讯 http://www.cqvip.com

7  6

能 源 技 术 与 管 理 

20 08年第 3 期 

浅层地震勘探技术在探测公路采空区中的应用 
徐红利 , 潘冬明 , 李红立 
( 中国矿业大学 资源与地球科学学院 , 江苏 徐州 2 10 ) 2 08 

[ 摘

要 ] 山 东某公路 部 分路段 位 于煤 田 浅部 采 空 区边缘地 带 ,部 分路 基 出现 不 同程 度 的塌    陷和断裂 。通 过介 绍浅层地 震勘探 在公路 地质 勘察 中的应 用 , 述浅层地 震勘探 方  论 法在 工程物探 中的应 用效果 , 为公路 采 空 区的优 化 治理提 供 决策依据 。   [ 关键 词 ] 浅层 地震 ; 采空 区 ; 工程 物探   [ 中图分类 号 ]P 3 . [ 6 1 文献 标识 码 ]B [ 4 文章编 号 ]1 7 _ 4 ( 0 )3 7 3 6 29 32 80 0 6   9 0 坏性 等优 点 。但 当探 测 深 度 较 深 时 ,一 般超 过  6   探地 雷达 就不再适 用 。 0m,   浅层地 震反射 波法 同常规 反射 波地 震勘 探原 
理相 同 , 最为成熟 、 最 为广泛 的地 球物 理勘  是 应用

1 概  

述 

在煤矿富集地带 , 采煤遗留下的采空区 , 尤其  是小煤矿的越界开采和许多不合理的开采,一直  是困扰当地建设 的一大地质灾害。对 已有的建设  存 在安 全隐患 。 由于地下煤层 开采将 会 改变原 有 
的应力 *衡 , 引起煤层 上覆 岩层变 形和破 坏 。 采空  区坍 塌 引起 的地 层 移动 及 变形 造成 地 表拉 裂 、 地 
表隆起 、 地表倾 斜 、 曲 、 表 阶梯 状 、 斗形塌 陷  扭 地 漏

探方 法之一 , 比其 他方法 它 的原理较 复杂 。 相 该方 
法 可 以进行 连续勘 探 , 查 明规 模 、 深较大 目标  对 埋

体的分希 隋况具有很大的优势。   本次勘 探 目的层深 度达 10m之 多 ,采用探  0  地雷达不能达到很好的效果 ,所以采用的为浅层 
地 震反射 波法 。  

坑等 , 对地表已有的建设构成安全隐患…   。 山东 某 高速 公路 路段 出现不 同程 度 的沉 陷 ,  
经调 查公路 沿线分 布有许 多煤 矿 ,留下 了大 量 的  采煤 巷道采 空 区。 为确 定该路段 沉 陷详情 , 为下一  步该 段沉 陷公路 维护和修 复提 供地质 资料 ,对该 
区进 行浅层 地震勘 探 。 该路段 地下 为某矿 l   2下采 

3 浅层地震勘探原理 
浅层地 震 反射波法 是利用 人工激 发 的地 震 波 

在弹性介质传播的规律 , 通过人工在地面激发弹 
性 波 ,当点 源激发 的地震波 入射 到地下 介质分 界  面时 , 由于不 同介质 间存在波 阻抗差 异 , 地震波 会  在 地下 不 同介质界 面处产 生反射 ;沿测 线 的不 同 

区西北翼井 田边 界 , 向西北东 南 , 层埋 藏深度  走 煤


般在 10~10I。因靠 *井 田边 界 断层 , 其  1 2 I T 受

影响, 工作 面 内发育多 条高角度 的断层 构造 , 落差 

位置用检波器接收其反射波信号 。地震波在介质  中传播时 , 其路径 、 振动强度和波形将随介质的弹  性性质及几何形态的不同而变化 _ 2 _ 。对仪器接收 
到 的地震波 形资料 ,利用 专 门的地震 资料处 理软 

在 3~1  等 , 采地质 条件极 为复 杂 。 5m不 开 采空 区 

的存在对高速公路 的正常使用存在威胁 ,需要进 
行 工程 处理 。 为保证 公路运 营 的安全可靠 , 采空 区  的探测 工作 势在 必行 。  

2 现代物探技术 
断层 、 采空 区是公 路最 主要 的地 质灾 害之 一 。  

件进行全面分析 、处理和计算 , 得到地震时间剖  面。 当地层 连续 时 , 地震 时 间剖 面表现 为反射 波连  续; 当地震波 遇 到采空 区或破碎 带时 , 地震 时间剖 
面表 现为 反射波紊 乱 ( 波速 度明显减 小 , 幅 大  纵 振 为 降低引起 的 ) 。原理示 意 图如图 12所示 。 、  

用于公路地质异常体探测的物探方法主要有地震 
法 及探地 雷达 。  

探地雷达利用的是高频 电磁波, 衰减较快 ,   因
而 比较适 用于探 测深 度较 浅的 目标 体 。 由于可 以 

更换不同频率的天线 , 适用面较广 , 在探测浅部地  层介质时, 具有 比地震波法更高的分辨率 。 同时雷  达探 测属 于 无损 检测 方 法 , 有经 济 , 具 高效 , 非破 
图 1 地 震勘 探 原 理 图 

R 

维普资讯 http://www.cqvip.com

20 年第 3 08 期 

徐红利等

浅层地震勘探技术在探测公路采空区中的应用 

7  7

声提高地震信噪比; 偏移成像包括射线偏移和波 
2   o0 4   o0 60 0  
80 o  

动方程偏移两大类 ,主要 目的是实现反射界面的  空间归位和恢复反射界面空间的波场特征 、振幅  变化和反射系数 ,提高地震空间分辨率和地震保  真度。高质量的处理成果可以有效的反映地下结 
图 2 地 震 勘 探 波形 图 

lo   o O

浅层地震反射波法在地质灾害和岩土工程中 
有着 广泛 的应用 。采空 区塌 陷 的探 测 具有 其探 测 

构及其形态。对采集到的地震资料的处理主要是  对 原始资 料 通过数 据转 换 , 去掉 各种 干扰 影 响 , 获  得高分辨率、 高信噪比的时间剖面 , 保证地震 一 地 

范围小 , 形态和岩性纵 、 向变化大 , 横 因此要求数  据资料有较高的分辨率。具体到野外数据采集要 
求小道距 、 小药量和小排列。  

质解释的可靠性。 本次工作对资料的数据处理 , 采 
用加拿大地震图像软件公 司的 V S A软件进行  IT 精 细处理 。处 理流 程如 图 3所示 。  

4 数 据 采集 
所用 仪器采用德 国 D T公 司生 产的 S M   M U — MT I 多道数字地震仪。 检波器选用 3 10 z 个 0   检  H 波 器蹲 点组 合 ,.m 高 采样 率 , 频带 接受 。炸  05 s   全 药为硝氨炸药 , 电引发 。 从而能高保真地接受较宽 

l 义 间 性} 一原 地 记   定空属 . 一 始 震 录I 卜 I   I道 辑 l   编   
l 倒芏借耿   

I 射校 I 折 静   

频带的有效波 , 为提高分辨率提供了前提条件。 覆  盖次数的确定主要取决于精度要求与勘探区所获  资料 的信噪 比,另外主观上投人工程量的多少也  影 响覆 盖次数 的选择 。 据 施工 经验 , 根 此次 工程 采 
用 1 水 *叠 加 观 测 系 统能 获 得 较 高信 噪 比 的  2次

I 量衡 H 频 分 t 带 滤   能 均  谱析 - , 通波 q
I  

二维数据体。 针对 当地地质条件 , 我们设计炸药在  隔水 层 下 面激 发 ( 深 1  , 井 0m)以最 大 限度 的压 制 
面波 的干扰 ; 检波 器挖 坑插 放并 用 土埋 起来 , 而  从
减 少声 波对单 炮记 录的影 响 。 通过 这些 措施 , 以  为

I速 分 L 度 析 一 动除  切正 校  i   水 叠  *加 I剩 静   j 余校  
J r   I 度析 l 速 分   

一 舄  I l示  

』  
I余 校 加} 一 面 示 l 剩静叠 ’ _  剖       —_

后的工作提供 了可靠的地震资料。   浅层地震勘测的关键是如何提高地震记录的  分辨率 , 最大限度 的压制随机干扰 。 因此需合理  的选择野外工作参数 , 例如道间距 、 偏移距等。一  般认为 , 用小道间距 , 小偏移距和短排列截获搜可  以提高分辨率 。 另外 , 还要兼顾考虑最深 目的层深  度 h于 最 大 炮 间 距 ~ 之 间 的关 系 。通 常 认 为  (.~ .h 可 以保证 达 到预期 勘 测深 度 。 0 1 ), 7 5 为压  制 声波 、 波和城 市 噪声 干扰 , 面 还要 合 理选 择仪 器 

I 偏    移

— - 剖 显  l —一 面 示  
图 3 处 理 流 程 图 

52 塌 陷 区及采 空 区解释  .

浅层地震反射波法的资料解释是以波形特征 
和 同相 轴 的连续 性及 完 整性 位依据 的。根 据场地  地 质及 地球 物理 特征 , 析该 区地震 地 质条 件 , 分 得  出解 释依 据 。 文 以一 条侧 线 为例 。 本 对资 料 的处 理  和解 释进 行详 细 阐述 。  

接受参数。 如尽量选用高的低*德 , 压制面波干 
扰; 选用高采样率 , 防止假频化 。同时选用合适 的  叠加次数来提高信噪比。  

测 线 1 一段水*叠加 时间剖 面图如 图 4 上  
所 示 ,其 横 坐标 为 C P道号 , D D C P点 间距 25m, .    

5 资 料 处 理 及 解 释 
5 1 地 震数 据处 理  .

纵 坐标为时间 , 单位 m 。剖面层次清晰 , s 分辨率  高, 各波组之间基本*行 , 连续性好 。从时间剖面  内的波场特征分析 ,煤层采空 区表现为煤层反射  波( 1) T 2 的缺 失 , 出现 一些 低频 、 或 凌乱 的弱反射 。  
如 图 C P 2— 0 ,1 缺 失 , 断 该处 为 已采  D ( 14 )T 2波 推
空塌 陷 。  

地 震数据 处理 主要 包括 地震 反 褶积 、叠 加 和 

偏移成像三大技术。地震反褶积是通过压缩子波  提高地 震 时间分 辨率 ;叠 加 的 目的是 压制 随机 噪 

维普资讯 http://www.cqvip.com

7  8

能 源 技 术 与 管 理 

20 年 第 3 08 期 

明采 空 区的* 面分 布范 围和空 间展布形 态 ,进而  确定 采空 区 的影 响范 围 , 评价其 危害性 ; 为制定采  空 区最优 处治 对策 , 提供 了较全 面 、 可靠 的工程物  探 和工 程地质依 据 。不 仅确保 了地 质灾 害的及 时 
发 现 、 估和优 化治理 , 评 而且 也保证 了国家大 型工 

程 的安 全运 营。地震勘 探方 法在采 空 区上 的成功  运用有 着及其 重要 的意义 。  
me  

[ 考 文 献] 参   图 4 测 线 1水 * 叠 加 时 间剖 面 ( 分 ) 部  

[ ] 岩. 1刘 采空区上的地震勘探方法 [ ] 科技 资讯 导报 , J_  
20,) 0 7 1. (  

6 结

语 

[ ] 双安 , 2杨 宁书年. 老窑采空区的地震探测与研究[ ]中  J.

地震 勘探 可 以进行连续 勘探 ,对查 明规 模埋 

国 煤 田地 质 ,0 4(. 20 , ) 2 

深较 大 目标体 的分 布情况 ,优 于钻探 等常规 方法 

[] 3 张华 , 潘冬 明. 探地雷达在探测煤矿采空 区的应用[ ] J.   能源技术与管理, 0 ,) 2 6( . 0 4 
[ 者简介] 作  

“ 点测” 的结果。陡倾层状小煤窑采空区易诱发不 
均匀 沉降 、软弱建 构面 间滑动等 环境工 程地 质灾 

害 , 高速公 路 、 对 大桥及构 筑物 构成潜 在 的危 害很  大 。应用 环境地球 物理方 法结 合工程 地质勘 察 查 

徐红利 , 中国矿业 大学硕士研究 生 , 研究方 向为地 球  探测与信息技术。   [ 收稿 日期 :0 8 0 - 2  20- 1 1]

( 接第 2 上 9页 )  

33 超前排 放 、 孔抽 放效果  . 浅 超前 排放和 浅孔抽放 的有 机结 合 ,效 果较 明  显, 对消 除 了突 出危 险性 起 到一定作 用 , 而且减 少 

于或等 于其临 界值 , 即视为有 突 出危 险 。  
判别 公式 :  
R= S (  一18 ×( 一一   .) 口 4)

了瓦斯涌 出量 。 场对浅孔 抽放 的参数进 行测 定 , 现  
选取 1 0组有 代表性 的参数 对 比, 始及 2h后 抽  开  

式中

s  一每个 钻孔 沿孔 长最大钻 屑量 ,/ ; Lm  

每 个 钻 孔 沿孔 长 最 大 瓦斯 涌 出初 速 
度 ,/ i。 Lm n 

放 负 压 基 本 不 变 ,* 均 抽 放 浓 度 由开 始 时 的  2 .%衰减 为 7 %,*均 纯 瓦斯流 量 由开始 时的  1 4 . 4
1 8m3 .  / 9 L衰减 为 06 m/ . 3  ̄ L,浅孔 抽放 应用 在 透气 

R值 的临界值 取 6 q值 的临界 值取 4Umi   ,   n,

5 的临界值取 5   m。 值 .L 测试时 , 4/ 采用浅孔分段测 
试。 测试 孔深 55m, 前距 2m。 . 超     每执 行一 次排放  措施 , 两次效检 , 次进尺之和 不超过 5   进行 但两   m。

性差 的煤层 中效果 是 明显 的 。  

4 高压磨料射流割缝效 果 
对 煤体 实施 高压 磨射 流割 缝 之后 , 头前 方  迎 的煤体 卸 压更充分 , 瓦斯 流动速 度加快 , 同时煤体 
得到 湿润 , 有效降 低 了煤尘 。  

3 防突技术可靠性分析 
31 前 探孔 效果  .

本次从 前探孔 所得 资料分 析 ,前 方无 大 的构 

造, 而且煤层在逐渐变厚 。经分析计算 , 变厚梯度  为每前进 1 煤厚增加 0 1 直至煤厚恢复正    m, .  0 m, 常。 该工作面迎头共施工 7 次前探孔 , 全部探明迎  头前方地质情况 , 同时也起到了深部卸压作用。  
32 综合 指标 只值判 断效 果  ‘

高压磨料射流割缝保证了安全生产 ,较原来  掘进 速度 提 高 3%; 割 缝过 程 中巷 道 内瓦斯 浓  8 在
度 比没有 割缝时增 大 了 2倍 ,说 明瓦斯 释放速 度 

加快 ;割缝后煤体垂直于缝槽方 向的位 移量达  2  0mm,充分 说 明割缝 能 够释放 瓦 斯压 力 和地 应 
力; 割缝 后煤 体 水分 增 加 3 5 爆 破 后 巷 道粉  %~ %,

实践 证 明 , 在地 质异常 区域 , 执行综 合 防突措  施后 , 单项 指标 法判 定有 突 出危 险时 , 合指 标 R 综   值 确定判定 无 突 出危 险 ,在 掘进 过程 中也没 有发  生 一次煤 与 瓦斯突 出 。说 明采用综 合指 标 兄值 作 

尘度降低 5%, 0 改善了作业环境。  
[ 者简介] 作   吕有 厂 ( 94 )男 , 16 一 , 河南 淮 阳 人 , 级 工 程 师 , 全 T  高 安

程 硕 士 , 事煤 矿 通 风及 安全 技 术 方 面研 究 。 从   [ 稿 日期 :08 0~ 8  收 20— 3 1 ]

为突出危险性预测( 效检 ) 指标更为合理可靠。  




友情链接: