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摘 要： 基于《防治煤与瓦斯突出规定》第二十一条规定，通过瑞利波物探仪在大众矿的大量实践应用，该探测仪在穿层巷道中探测，岩层中裂隙发育和岩层分界面，使传播信号受干扰较严重，成图效果不佳，地质异常较多，分析解释难度大，必须重复多次探测验证，加以综合分析得出结论。在顺层巷道中探测，均质体中传播，信号质量好，成图效果极好且准确率较高，可以作为成果加以参考指导生产。
关键词： 瑞利波物探仪 地质体（煤层） 分析解释难度大 准确率较高
【中图分类号】 393P1 【文献标识码】 A【文章编号】 2236-1879（2017）24-0131-02
0.引言
《防治煤与瓦斯突出规定》第二十一条规定，所有突出煤层外的掘进巷道（包括钻场等）距离突出煤层的最小法向距离小于10米时（在地质构造带小于20米时），必须边探边掘，确保最小法向距离不得小于5米。煤矿在开拓巷道沿底板掘进过程中，由于对掘进前、上方的地质体（煤层）查明程度低，在巷道掘进过程中不能够较准确地掌握地质体（煤层）与现掘巷道的位置关系，容易发生事故和造成资源浪费，比如岩柱不足引起的煤与瓦斯突出、突水、塌方等地质灾害和不科学合理留设煤柱造成的资源浪费，严重影响着矿井的安全生产与服务年限。如何有效探测巷道掘进前方未知地质构造，及时准确地做出异常地质体距离的预测和预防，是煤矿生产过程中尚未完全攻克的技术难题。传统的钻探方法（由于岩性差异造成钻孔偏斜）不够准确。目前较为科学的做法是采取钻探、物探相结合的综合勘探勘查模式，进行地质构造的超前探测，不适为妥善解决矿井地质构造影响的有效方法。
1.瑞利波探测仪简介
瞬态法瑞利波勘探的工作过程是在放炮点上产生一个瞬态冲击振动作为震源，该震源产生一定频率范围的瑞利波，不同频率和振幅的瑞利波叠加在一起向前传播，在距震源Δx处的测线上，采用纵观测系统，即震源和传感器排列在一条直线上，以道间距为Δx安置有两个或 两个以上单分量加速度传感器，对于布置传感器的道间距Δx，理论上讲Δx越大，所接收瑞利波频谱的低频成分越丰富。
“YTR（D）瑞利波探测仪”为多道瞬态瑞利波便携式设备，是西安煤炭科学研究院，可在井下进行小型地质构造勘查。取得了矿井超前地质预报80m以上的突破性探测效果[3-5]。YTR（D）瑞利波探测仪具有定向性（点状目标）好，可用于井下全方位探测（既可以用于掘进头前方，也可以用于巷道侧帮、煤层顶底板探测等），且探测距离大、施工快捷、3～4人即可在井下进行施工勘查等优点，具有推广应用价值。
2.瑞利波探测仪在大众矿的应用
概况：该矿年产42万吨，正在扩建120万吨矿井，其矿井走过30多年历程，不合理的开采和已采地质资料缺失，现已上山开采基本结束，下山开采条件正在完善中，加速巷道开拓进尺和上山老空区找煤已迫在眉睫，使用瑞利波物探儀是大众矿既合理又经济的物探手段。
12082工作面布置在老空区煤柱内，上顺槽掘进面与上个已采工作面的下顺槽保持一定距离平行掘进，目的既能防水又不浪费煤炭资源，做到科学合理布置巷道。通过计算，掘进巷道需要留设约10米左右的煤柱，为了这一目的，需要准确控制煤柱尺寸，特使用瑞利波测定具体尺寸，同时为了检验瑞利波探测仪的准确性，增加实践经验和分析能力。
探测方式：超前，探测方向：垂直巷道上帮探测和顺巷道前方探测。
现瑞利波探测方式如下：
以上各图是沿巷道掘进方向探测的六组数据2个测点显示，测钎布置在巷道138米处，高度距底板0.4米，数据显示：巷道正前方15米、55米处有地质异常，经过几天跟踪记录调查验证，巷道掘进到153米，巷道揭露煤层底板凸起高0.6米左右，长度1.55米。巷道192米处将遇上分层的老巷道。其它2个测点是侧帮，打钻已验证，与瑞利波探测结果误差0.8米。
大众矿在掘进14091工作面时，根据钻探资料及已退休的老技术员的回忆，14091工作面切眼附近有一正断层，该断层有可能富水性较强，不易采用钻探方式探测其具体位置。14091切眼的位置确定及切眼掘进时，最大限度避免受到正断层的威胁，为了安全合理地回收煤炭资源，故使用瑞利波探测。
以上图7、图8分别显示测点1 在42米-52米有一处异常。测点2在18-30米处有一处地质异常，推测42米和18米可能是遇到断层面，52米和30米可能是断层带的分界面，进入另一岩层变化。
通过打地质钻和使用瑞利波探测仪探测结果分析，2种方法探测煤层，相距1.5米左右。后来经过巷道揭露煤层，瑞利波的探测解释接近实际煤层赋存情况。
3.结论
1.瑞利波探测仪可对地质异常的情况进行较为准确的定位，对于地质体异常性质判断还需要结合矿井地质资料进行综合解释。探索地质异常的定性解释方法，是瑞利波探测仪亟待解决的主要技术难题之一。
2.通过大量的使用和实践瑞利波探测仪，得出：
1）瑞利波技术在穿层巷道中探测，若遇岩层裂隙局部发育或岩层分界面，瑞丽波传播信号受干扰较严重，成图效果不佳，地质异常较多，可造成误报，所以每个测点必须重复探测验证，然后根据测点周围巷道揭露岩层地质现象，加以分析得出正确结论。
2）在顺层巷道中探测，若顺层（均质）中探构造，均质体中传播质量好，成图效果极好且准确率较高，可以作为成果加以参考指导生产。
但是现在大多数工作面均被地质超前探破坏岩层的完整性，施工中必须加以考虑探测区岩层的原始未被人为破坏。
3.通过使用瑞利波探测仪及三维地质勘探资料对比分析，完全打破了我们信赖井下钻探资料的可信度，井下钻探大部分钻孔均与层面夹角60°以下，甚至与岩层面夹小于15°，钻孔均有严重偏斜，其钻探数据不能使用，误导生产，在我矿有大量数据可以证明，必须结合物探资料综合分析。
综上所述，通过瑞利波技术在大众矿井下使用得出：1、必须结合井下地质揭露和区域地质背景进行综合分析，才能作为井田内未知地质构造定位的技术手段。2、探测区域岩层内不得被人为破坏，如地质探测孔、抽采钻孔和爆破产生的裂隙等。3、瑞利波探测仪是一款会误报地质异常，但不漏报地质异常的物探仪器。瑞利波探测技术目前在矿井中应用还少之又少，在矿山领域的推广是目前数字矿山建设的重要内容。
参考文献
[1] 赵存明， 沈斐敏， 张燕清， 吴存兴. 瑞利波探测公路施工隧道含水断层破碎带[J]. 煤田地质与勘探， 2008，36（02）：72-75.
[2] 肖书安， 吴世林. 复杂地质条件下的隧道地质超前探测技术[J]. 工程地球物理学报， 2004，5（02）：23-25.
关键词： 瑞利波物探仪 地质体（煤层） 分析解释难度大 准确率较高
【中图分类号】 393P1 【文献标识码】 A【文章编号】 2236-1879（2017）24-0131-02
0.引言
《防治煤与瓦斯突出规定》第二十一条规定，所有突出煤层外的掘进巷道（包括钻场等）距离突出煤层的最小法向距离小于10米时（在地质构造带小于20米时），必须边探边掘，确保最小法向距离不得小于5米。煤矿在开拓巷道沿底板掘进过程中，由于对掘进前、上方的地质体（煤层）查明程度低，在巷道掘进过程中不能够较准确地掌握地质体（煤层）与现掘巷道的位置关系，容易发生事故和造成资源浪费，比如岩柱不足引起的煤与瓦斯突出、突水、塌方等地质灾害和不科学合理留设煤柱造成的资源浪费，严重影响着矿井的安全生产与服务年限。如何有效探测巷道掘进前方未知地质构造，及时准确地做出异常地质体距离的预测和预防，是煤矿生产过程中尚未完全攻克的技术难题。传统的钻探方法（由于岩性差异造成钻孔偏斜）不够准确。目前较为科学的做法是采取钻探、物探相结合的综合勘探勘查模式，进行地质构造的超前探测，不适为妥善解决矿井地质构造影响的有效方法。
1.瑞利波探测仪简介
瞬态法瑞利波勘探的工作过程是在放炮点上产生一个瞬态冲击振动作为震源，该震源产生一定频率范围的瑞利波，不同频率和振幅的瑞利波叠加在一起向前传播，在距震源Δx处的测线上，采用纵观测系统，即震源和传感器排列在一条直线上，以道间距为Δx安置有两个或 两个以上单分量加速度传感器，对于布置传感器的道间距Δx，理论上讲Δx越大，所接收瑞利波频谱的低频成分越丰富。
“YTR（D）瑞利波探测仪”为多道瞬态瑞利波便携式设备，是西安煤炭科学研究院，可在井下进行小型地质构造勘查。取得了矿井超前地质预报80m以上的突破性探测效果[3-5]。YTR（D）瑞利波探测仪具有定向性（点状目标）好，可用于井下全方位探测（既可以用于掘进头前方，也可以用于巷道侧帮、煤层顶底板探测等），且探测距离大、施工快捷、3～4人即可在井下进行施工勘查等优点，具有推广应用价值。
2.瑞利波探测仪在大众矿的应用
概况：该矿年产42万吨，正在扩建120万吨矿井，其矿井走过30多年历程，不合理的开采和已采地质资料缺失，现已上山开采基本结束，下山开采条件正在完善中，加速巷道开拓进尺和上山老空区找煤已迫在眉睫，使用瑞利波物探儀是大众矿既合理又经济的物探手段。
12082工作面布置在老空区煤柱内，上顺槽掘进面与上个已采工作面的下顺槽保持一定距离平行掘进，目的既能防水又不浪费煤炭资源，做到科学合理布置巷道。通过计算，掘进巷道需要留设约10米左右的煤柱，为了这一目的，需要准确控制煤柱尺寸，特使用瑞利波测定具体尺寸，同时为了检验瑞利波探测仪的准确性，增加实践经验和分析能力。
探测方式：超前，探测方向：垂直巷道上帮探测和顺巷道前方探测。
现瑞利波探测方式如下：
以上各图是沿巷道掘进方向探测的六组数据2个测点显示，测钎布置在巷道138米处，高度距底板0.4米，数据显示：巷道正前方15米、55米处有地质异常，经过几天跟踪记录调查验证，巷道掘进到153米，巷道揭露煤层底板凸起高0.6米左右，长度1.55米。巷道192米处将遇上分层的老巷道。其它2个测点是侧帮，打钻已验证，与瑞利波探测结果误差0.8米。
大众矿在掘进14091工作面时，根据钻探资料及已退休的老技术员的回忆，14091工作面切眼附近有一正断层，该断层有可能富水性较强，不易采用钻探方式探测其具体位置。14091切眼的位置确定及切眼掘进时，最大限度避免受到正断层的威胁，为了安全合理地回收煤炭资源，故使用瑞利波探测。
以上图7、图8分别显示测点1 在42米-52米有一处异常。测点2在18-30米处有一处地质异常，推测42米和18米可能是遇到断层面，52米和30米可能是断层带的分界面，进入另一岩层变化。
通过打地质钻和使用瑞利波探测仪探测结果分析，2种方法探测煤层，相距1.5米左右。后来经过巷道揭露煤层，瑞利波的探测解释接近实际煤层赋存情况。
3.结论
1.瑞利波探测仪可对地质异常的情况进行较为准确的定位，对于地质体异常性质判断还需要结合矿井地质资料进行综合解释。探索地质异常的定性解释方法，是瑞利波探测仪亟待解决的主要技术难题之一。
2.通过大量的使用和实践瑞利波探测仪，得出：
1）瑞利波技术在穿层巷道中探测，若遇岩层裂隙局部发育或岩层分界面，瑞丽波传播信号受干扰较严重，成图效果不佳，地质异常较多，可造成误报，所以每个测点必须重复探测验证，然后根据测点周围巷道揭露岩层地质现象，加以分析得出正确结论。
2）在顺层巷道中探测，若顺层（均质）中探构造，均质体中传播质量好，成图效果极好且准确率较高，可以作为成果加以参考指导生产。
但是现在大多数工作面均被地质超前探破坏岩层的完整性，施工中必须加以考虑探测区岩层的原始未被人为破坏。
3.通过使用瑞利波探测仪及三维地质勘探资料对比分析，完全打破了我们信赖井下钻探资料的可信度，井下钻探大部分钻孔均与层面夹角60°以下，甚至与岩层面夹小于15°，钻孔均有严重偏斜，其钻探数据不能使用，误导生产，在我矿有大量数据可以证明，必须结合物探资料综合分析。
综上所述，通过瑞利波技术在大众矿井下使用得出：1、必须结合井下地质揭露和区域地质背景进行综合分析，才能作为井田内未知地质构造定位的技术手段。2、探测区域岩层内不得被人为破坏，如地质探测孔、抽采钻孔和爆破产生的裂隙等。3、瑞利波探测仪是一款会误报地质异常，但不漏报地质异常的物探仪器。瑞利波探测技术目前在矿井中应用还少之又少，在矿山领域的推广是目前数字矿山建设的重要内容。
参考文献
[1] 赵存明， 沈斐敏， 张燕清， 吴存兴. 瑞利波探测公路施工隧道含水断层破碎带[J]. 煤田地质与勘探， 2008，36（02）：72-75.
[2] 肖书安， 吴世林. 复杂地质条件下的隧道地质超前探测技术[J]. 工程地球物理学报， 2004，5（02）：23-25.