煤层夹矸的探测分析与研究

文章编号:100926825(2004)1320048202煤层夹矸的探测分析与研究收稿日期:2004204205作者简介:刘建军(19692),男,1990年毕业于北京煤炭工业学校地质专业,助工,山西煤田地质综合普查队,山西晋中　030600杨双安(19652),男,中国矿业大学在读博士,高工,山西煤田地质综合普查队,山西晋中　030600刘建军　杨双安摘　要:结合工程实例,对煤层夹矸的探测进行了分析,指出低速煤层中的高速夹矸可产生一种能量强的地震响应与煤层反射波干涉而形成复合波,反映了煤层结构、岩性变化的信息,可予以定性解释。

关键词:煤层,夹矸,薄层,神经网络,高分辨率中图分类号:TU195+.1文献标识码:A 地震勘探可以查明地壳的各种岩石或组成地质构造的各个岩层的弹性差异。

可以详细而又较准确地了解地下由浅至深一整套地层的特点。

地震勘探与其他物探方法相比,具有精度高、成本低而且可以了解大面积的地下地质构造情况的优点。

它已成为石油、煤田勘探中一种最有效的勘探方法。

煤层中夹矸的探测正是利用这种方法查明煤与夹矸的波阻抗差异,了解夹矸的赋存情况。

1　勘探区内地球物理特征在晋城寺河煤矿1998年度三维地震勘探研究中,勘探面积1.1km 2,地形最大高差230m ;3号煤层平均厚度6m ,15号煤层平均厚度3m ,埋深170m ～350m 。

1)地表形态特征。

地形复杂,沟谷发育且沟深坎陡。

区内最大高差达230m ,有20m 的深沟,灌木横生,个别地段人行都极其困难只能爬行,交通极其不便利,给施工带来极大的困难。

2)浅层地震地质特征。

黄土多分布于山坡平缓处不含水,层层梯田厚度变化不均,个别区域富含钙质结核;坡积物覆盖区,多处于山洼,属坍塌堆积或填土,其成分复杂、结构松散、厚度变化剧烈;基岩裸露区,风化十分严重,此类地区的激发条件差,直接影响着地震勘探的质量。

3)深层地震地质特征。

沁水煤田最大的特点是煤系地层比较稳定,主要标志层间距变化不大,岩性、岩相组合特征清楚,沉积旋回清晰,物性差异明显。

主要标志层山西组3号煤层和太原组15号煤层与围岩物性差异明显,是良好的波阻抗界面。

以山西组3号煤层为主,能形成能量强、连续性好的反射波组即T3波;以15号煤层为主,能形成一组能量强,全区基本可连续追踪的T 15波。

2　数据采集的技术关键针对复杂的地形及其浅层地震地质条件,要取得好的原始资料必须选择合理的采集参数,尤其是激发措施和观测方式。

1)激发参数的选择。

根据组合爆炸理论,相邻两个爆炸点之间距离应满足:D =3×3Q ;且坡积物覆盖区坑组合的单坑深h ≥3Q 及黄土覆盖区孔组合的单孔深H ≥3×3Q (其中Q 为爆炸点的炸药量)。

由此试验得以下激发参数:基岩裸露区:地形平缓时孔深1m 、药量1kg ;地形较陡时孔深1.3m 、药量1.5kg 。

黄土覆盖区:厚度小于8m 时钻孔见基岩,药量1kg ～3kg ;厚度不小于8m 时进行炮点在等边三角形顶点的三组合,孔深8m ×3且孔间距3m 、药量1kg ×3。

另外,灌注混凝土桩时,由于它是最后一道关键性的工序,施工质量将严重影响桩的质量,所以,在保证表2所示的基本指标的前提下,要注意:1)混凝土封底必须成功;2)混凝土拌和必须均匀;3)灌注混凝土必须连续作业,严禁中断灌注;4)灌注中应有专人记录,以防导管提升过快或导管埋入过深,造成断桩;5)灌注桩的顶面标高应比设计值高出50cm 以上,以确保桩顶混凝土的质量。

4　钻孔灌注桩灌注的施工质量钻孔灌注桩的施工质量是一项复杂的系统工程。

由于桩基础的施工属隐蔽工程,稍有疏忽极易造成质量事故,所以,施工中应坚持预防为主的原则,加强施工中的成孔、清孔、水下混凝土灌注等过程中各个环节的管理,严格按照设计与施工技术规范的基本要求进行施工,及时解决出现的各种问题。

5　结语不同地层中泥浆的指标及灌注混凝土的基本指标,是从大量的工程实践中得出来的,施工中工程技术人员应结合工程的实际情况选取合理的指标进行施工,才能获得巨大的社会效益和经济效益。

同时,对灌注桩的质量,应采取一整套系统的管理办法和对施工工艺进行控制,以确保桩钻孔桩基础承载力的正常发挥。

Influencing factors of cast 2in 2place bored pile on bearing capacityG AO Zheng 2li(Tieke Engineeirng Co.L td.of The Third Engineering B ureau of China Railw ay ,B az hou 065700,China )Abstract :According to the features of cast 2in 2place bored piles in China from construction technology the encountered issues such as settlement control and super mud thickness of hole are discussed ;in addition corres ponding resolving measures are introduced to ensure the common bear 2ing capacity of pile.K ey w ords :cast 2in 2place bored pile ,mud ,bearing capacity ,slump constant・84・第30卷第13期2004年7月 山西建筑SHANXI ARCHITECTURE Vol.30No.13J ul.　2004 坡积物区:实行炮点在等边三角形顶点的三组合,坑深1.5m ×3且孔间距4.3m 、药量3kg ×3。

根据以上的参数在干黄土、坡积物地段采集到原始资料的有效反射波主频在70Hz ～75Hz ,基本上接近基岩地段的采集效果。

2)观测方式。

根据勘探范围的宽度,采用八线三炮制束状观测系统,12次覆盖,7束线可满足要求。

又依据目的层3号煤的埋深在170m ～210m 之间,故采集道为24道、纵横覆盖次数4×3分配;CDP 网格5m ×10m ,相应的检波线、炮线皆为20m ;偏移距60m ,下倾放炮。

3　静校正处理技术的选择由于本区高程及低速层变化较大,产生较大的静校时差,如何最有效地消除静校时差,静校正方法的选择是至关重要的。

1)野外高程静校。

高程静校是一般常用的静校正手段,它将炮点、检波点的高程校正到统一基准面上,没有考虑风化层的变化,因此,从单炮到叠加效果可见,高程静校后,单炮记录有改善,但不能得到同向叠加的剖面。

2)考虑风化层时差的人工静校正计算。

针对高程静校正的不足,考虑根据静校正量计算的原理对炮点和检波点静校正量进行定义,方法如下:炮点静校正量:ΔT S =E s -E d -W 0Δr +W 0Δw ,检波点静校正量:ΔT R =E r -E d -W 0Δr +W 0Δw ,其中:E s 为炮点高程,E r 为检波点高程,E d 为基准面高程,W 0为风化层厚度(野外低调),Δr 为次风化层速度(指定为3200m/s ),Δw 为风化层速度(无速度模型时指定为500m/s )。

由以上两式计算得出炮点和检波点静校正量,由于风化层速度横向变化量未考虑,风化层厚度是根据厚度等值线图拾取内差而来,并不能准确反应底下风化层实际分布状况,静校正应用后仍不能得到同相轴较好的剖面。

3)三维神经网络初至折射静校正方法。

风化层底面是一个良好的折射界面,当炮检距达到一定范围时记录初至为上述界面的折射波,原始单炮折射波的特征,反映了地下风化层速度、界面走向等信息,通过对初至时间的拾取,利用成像技术对静校正量进行分解及应用,可以较好地消除地下风化层及高程产生的长、短波长静校量,使静校后单炮得到明显改善,可以获得初至为线性的单炮和连续性较好的叠加剖面。

4)人工消除风化层静校量后的初至折射静校正方法。

根据实测的高程,低调的风化层厚度、速度资料进行静校正后,对单炮再进行初至折射静校正。

目的是利用初至折射静校正方法将人工静校的余量校净,使求得的折射界面更接近实际的风化层底面。

结果在基岩裸露区叠加剖面的连续性几乎无变化而在黄土覆盖区很差。

4　数据解释及成果分析4.1　数据解释数据解释就是把地震勘探成果转化为地质成果,为矿井开采提供地质依据。

用区内测井资料制作的人工合成地震记录标定时间剖面,对比出200ms 上下的能量强、连续性好的复合波组为3号煤层反射波,240ms 附近的强反射波组为15号煤层的反射波,3号煤、15号煤的反射波组是地震勘探的标志层,是构造或岩性解释的依据。

最后解释出落差为3m 的断层。

寺河矿在沿3号煤层底板开采时,23011和23015巷穿过地震解释落差3m 的断层,发现不是断层而是煤层中夹矸突然增厚1.4m ,整个夹矸象一块扁平的镜体,其俯视平面形态为椭圆,长轴约为30m ,短轴约为15m 左右。

这正说明了地震勘探能仔细地检测出地下煤系地层中岩石的物性差异来。

4.2　成果分析煤层的厚度小于λ/4(λ为波长)而称为薄层。

高分辨率是指分辨薄层顶、底板的能力,依据煤层和煤系地层的速度、主频参数计算,可知1m ～8m 的煤层还不能分辨。

但由于低速的煤层与高速围岩的波阻抗差异比较大,就是1m 的煤层也能形成能量强的反射波,这种反射波可以检测得到,只是不能分辨而已。

也就是说虽然无法分辨煤层的顶、底板,但还是可以检测到煤层结构变化的信息,予以定性解释。

同理低速煤层中的高速夹矸亦可产生一种能量强的地震响应与煤层反射波干涉而形成复合波,这种复合波只能出现在第二、三相位的续至波中。

5　结语1)采用组合激发的原理可以使干黄土、坡积物地段原始资料的有效反射波主频达到70Hz ～75Hz ,减小与基岩地段有效反射波主频的差异。

避免地段性反射波频率变化大解释的假断层。

2)通过人工消除风化层静校量后的初至折射静校正方法与三维神经网络初至折射静校正方法的对比,充分说明原始单炮记录的初至波包含了风化层的厚度、速度信息,同时说明了小折射低速带调查的精度比较低。

利用三维神经网络初至折射静校正方法可以较好地消除地下风化层及高程产生的长、短波长静校量。

处理后的时间剖面有效波的主频可达90Hz ,为解决小地质构造或地层岩性提供了可能。

3)虽然至今无法分辨薄煤层的顶、底板,但还是可以定性解释煤层结构、岩性变化的信息。

低速煤层中的高速夹矸可产生一种能量强的地震响应与煤层反射波干涉而形成复合波,这种复合波只能出现在煤层反射波的续至波中,如第二、三相位当中。