1 晋能控股煤业集团砂墩子煤矿 新疆维吾尔自治区哈密市 8390002 晋能控股煤业集团砂墩子煤矿 新疆维吾尔自治区哈密市 8390003 中国地质大学（武汉） 湖北省武汉市 430300
摘要：本文基于砂墩子煤矿N4103工作面的地质情况，采用透射和反射法槽波联合勘探几时对工作面内的小断层等隐伏地质构造进行了有效探测。通过数据处理和解释，获得了7处异常，且经过回采验证可知，本次槽波成果较为精确可靠，从而为工作面的安全开采提供了有效的地质技术支持。同时，也验证了槽波技术在该地区煤矿井下厚煤层条件下探测约1/3煤厚落差的断层的适用性。
关键词：槽波勘探；CT成像；槽波偏移成像；煤矿物探
1 引言
煤矿井下回采工作面中隐伏断层等地质构造是影响安全生产的重要地质因素之一[1]。如果提前查明煤层中隐伏断层的空间位置、走向等，可提前有效的采取预警或治理措施，进而避免回采生产和掘进过程中无计划的揭露断层构造带来的人员伤亡和财产损失的巨大风险[1，2]。
N4103工作面西邻N4104采空区；东邻N4102采空区；北距DF12断层144m；南距回风巷100m。N4103工作面位于4-1号煤层，为矿井主要可采煤层，煤层走向南偏东，倾向南偏西，倾角3-5°，煤层厚度为9.1~14.1m，平均厚度为11.6m，煤层结构简单，赋存稳定。该工作面地质构造简单，从两顺槽揭露的情况看，工作面断层、次生小断层较发育，煤层层位变化较大、断层处顶、底板破碎，其中主要是在开切眼24.5m处揭露一条逆断层，断层走向NE，倾向SE，倾角58°，断距3.2m，对工作面影响较大。
针对本次探测范围内煤层厚度较大，槽波探测需要精细探测落差大于3m的（约小于1/3煤厚）的工作面内的隐伏断层等地质构造，因此，采用透射和反射槽波方法联合进行探测，最终有效的探测和解释出7处异常，经回采验证，说明本次槽波联合探测成果准确、可靠。
2 透射槽波CT成像原理
采用ART、SIRT、阻尼最小二乘法及共轭梯度方法，皆可求解上述反问题。拟采用SIRT算法来求解上述反问题，从而研究多属性层析成像方法及其综合解释。
3 反射槽波克希霍夫偏移成像原理
弹性波波动方程从物理原理上定量地描述了波场在地下介质中传播过程相关物理量必须要满足的物理关系。均匀各向同性介质中的标量波动方程如下：
解空间中的已知震源函数。
当不知道震源确切情况时，若某空间某些已知点（已知波前面）振动情况求解待求目标点的振动表达式。上述波动方程的Kirchhoff积分解即为对该原理的准确数学表达。
当积分曲面内不包含有震源时，取F=0。则式（3-1）的Kirchhoff积分解可以写为：
各成像点幅值的贡献比例。
波动方程的克希霍夫积分解是惠更斯-菲涅尔原理的精确数学描述，我们可以将地震勘探中接收到的地震波场看作是地下无数二次绕射点源发出的波在接收点处的叠加结果。
若已知地下的速度结构，则可以将偏移目标区域离散成一定数量的离散点，通过射线追踪的方法获得从震源发出的波经过每个绕射点到各检波器的波场绕射时间，进而根据各离散点的绕射时间从地震记录上选取振幅值进行叠加，即可以得到该点的偏移成像结果。对所有离散点进行上述过程，则可以完成整个目标区域的偏移成像工作。
4 透射和反射槽波成像
本次槽波地震探测区位于N4103工作面，工作面宽约215m，长约1660m（距离切眼约460m处开始至停采线附近）。探测地质任务主要为工作面煤层中隐伏的落差相对较大的断层等地质构造的空间分布情况。采用反射+透射法槽波探测方式，在N4103工作面的上、下顺槽分别布置炮点和检波器。为了保障探测结果的分辨率，结合槽波地震数据处理系统，经过正演模拟及计算测试，确定道距为10m，炮距为20m，炮孔深度约3.0m，药量300g。
N4103工作面内探测区域采用透射槽波能量CT成像[2，3，4]，利用了槽波埃里相振幅属性信息，成果图见图4-1。
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图4-1 N4103工作面透射槽波CT成像图
反射槽波的处理是基于反射槽波信息的偏移成像技术，其利用反射槽波的运动学信息[5，6]。N4103工作面探测区域的反射槽波偏移成像成果图见图4-2。
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图4-2 N4103工作面反射槽波偏移成像图
5 N4103工作面槽波成果解释及评价
根据以上反射槽波偏移成像和透射槽波CT成像结果的分析，同时结合现场揭露情况，共解释了地质成果7个，分别命名为YC-1 ~ YC-7，其中YC-1~YC-4异常解释为落差约小于1/3的断层；YC-5~YC-7异常解释为顶板破碎区或煤层变薄，具体如表5-1和图5-1所示。
目前实际回采揭露和槽波成果对比情况：
（1）YC-1解释为断层。实际揭露情况为落差约2.5m的断层，且进入工作面后延伸约100m后尖灭；
（2）YC-5解释为顶板破碎区或煤层变薄。实际揭露情况为在YC-5异常圈定范围附近揭露有F-N4103-07断层，落差3.5m，走向约147°。
因此，本次槽波成果基本与实际揭露情况一致。
表5-1 槽波地质成果一览表
图5-1 N4103工作面槽波探测综合地质解释图
6 结论
本次通过透射和反射法联合槽波地震勘探技术的应用，较准确的探测出了回采工作面内部隐伏的多个落差相对较小的断层的空间分布情况，经过回采验证后，本次成果与钻探资料基本一致，从而为工作面的安全开采提供了地质保障支持。另外，通过在厚煤层中开展槽波勘探技术结果可知，槽波联合勘探技术可以有效的、精细的探测和解决煤矿中工作面内落差约1/3煤厚的断层等隐伏地质构造问题，并验证了槽波地震勘探技术在该地区厚煤层中的良好适用性。
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