关健词:采空区；地震反射；特征
潘二煤矿井田范围内基岩均被新生界所覆盖，经钻探揭露和控制的有：奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系、古近系、新近系和第四系，含煤地层主要是二叠系山西组、下石盒子组和上石盒子组，矿井主要可采煤层有B组8～4-1煤和A组3、1煤层，其中3煤平均厚度4.63m，1煤平均厚度3.96m，其中A组煤距下伏石炭系太原组灰岩约17m，距奥陶系灰岩顶界约120m。根据井下工程及勘探钻孔资料，勘探区范围内最深目的层1煤层埋深位于400～500m之间。
区内B组煤层开采时间较早，多层煤采开采造成地面存在不同程度的塌陷，局部水域面积大，地震地质条件复杂。
1 地震地质条件
区内地势平坦，一般海拔为21～25m。通过表层调查资料解，本区低速层速度在400-800m/s左右，高速层速度约为1500-1700m/s。该区潜水面较浅，深度为2-4m，潜水面以下岩性多为稳定的第四系胶泥层，属良好的激发岩性。
勘探区范围地表及井下采空区存在以下特点：
1）各煤层采动范围不一。8、7、6煤层开采面积最大，5-1、4-1次之，3煤层仅西北部12223工作面回采了一半，1煤层全部未采。
2）各煤层回采年份不一。本区基本为从上向下逐层开采，8、7煤大都在2004年前回采，3煤从2016年才开始回采。
3）回采方式也有差异。早期开采的8、7煤均为炮采，回采范围不规则，其余煤层采用综采，工作面呈条带状布置。
4）东西部采动程度不一。工区西部有8～3共6层煤已开采，大部分区域各煤层均采动，造成地面不断重复塌陷，即地面后湖水域，水深5～8m。工区东部区域造成塌陷的主要是8、7煤采动范围，地面塌陷深度明显低于西部。
上述因素形成该区地震地质条件极其复杂的特点。
2 野外数据采集
通过技术论证，本区采用8线×5炮×60道正交束状观测系统，采集参数见表1。陆上采用HT-5Hz低频高灵敏度检波器接收，水域水深小于1.5m采用DJ-8检波器接收，水深大
于1.5m采用FS-4压电检波器接收；仪器采用SERCEL 428XL地震仪，采样间隔1ms，记录长度2s。
在完成3个试验点和3口微测井后，最终确定激发因素为：陆上采用5m井深，水域采用水下4m井深，药量2kg，村镇、鱼塘及周围适当减少药量。
3 采空区及下伏煤层地震反射特征分析
由于采空区随着岩层的跨落，里面充满了松散的岩层、水和空气，在密度上与围岩差异很大，造成塌陷区范围地震波速度明显降低。
本区地震资料处理技术思路是做好叠前噪音压制和反褶积工作，通过一体化结合速度建模来提高叠前时间偏移速度精度，提高地震资料成像品质，提高成像精度，尽可能获得高品质的成像结果，在合成地震记录标定的基础上，利用多属性相结合的方法并结合实际采掘资料，进行层位构造解释以及采空区识别。
3.1采空区地震反射特征
通过三维地震勘探剖面与实际采掘情况对比（图1），可以发现采空区在时间剖面上表现为煤层反射波、波组中断或下陷或消失，在地震剖面和属性剖面上，表现为异常能量反应。主要有以下几个特点：反射波不规则中断、消失或变弱；反射波同相轴向下弯曲；反射波中断后，地震波仍与标准反射波相似，边界上出现断层的假象；反射频率降低；异常波出现。
3.2采空区下伏煤层反射特征
本次勘探的目的是验证三维地震勘探在采空区下的1煤层地震成像能力及成像精度。通过全区对1煤层反射波追踪，在采空区下部可以得到有效煤层反射，但反射波会受到影响，出现不规则中断、消失、变弱或频率变低等现象；同时在采空区边缘下伏煤层也会有一定的边界效应影响，不排除出现假断层、假陷落柱的情况，采空区下伏煤层发育的断层，其断距、倾向、性质都有可能受采空区影响而呈现出一定假象。
本区实际揭露落差20m的F203正断层，在地震剖面上反映为逆断层的现象。沿T50线结合采掘工程资料发现，断层下盘即工区西部8～4煤均回采形成的塌陷区，而F203断层上盘即工区西部为多层煤采空区，因此根据塌陷程度不同可以判断，断层两盘地层地震波速度不一致，在时间剖面造成正断层上盘反射波高于下盘，形成逆断层的假象。
3.3揭露资料验证情况
该区12123工作面底抽巷联络巷底板发生出水，初始出水水量15m3/h，随后出水水量逐渐增大至3024m3/h。根据防治水工程及技术分析，该次突水的突水水源为奥陶系岩溶裂隙含水层水。出水通道为非典型的隐伏陷落柱+裂隙带复合体，上部为贯通型核心裂隙区和影响区，裂隙顶部发育至12123工作面底抽巷联络巷下方约25m。
在出水点位置抽取三维地震资料，从地震相干属性剖面中发现出水点附近存在属性异常区，呈垂向发育，从地震资料角度证实了巷道出水原因，即垂向复杂裂隙带导通了奥陶系含水层。
4 结论
1）三维地震勘探对采空区反映明显，时间剖面上表现为煤层反射波、波组中断或下陷或消失，在地震剖面和属性剖面上，表现为异常能量反应。
2）复杂采空区条件下进行三维地震勘探，采空区下伏未采煤层可以得到有效反射，但信噪比、分辨率偏低，反射同相轴特征会有一定程度的改变，在采空区边界假断层的现象，甚至断层表现为倾向、断距发生改变。其原因是由于复杂的采空区条件下地震波速度场不均造成的假象。
3）采空区下伏未采煤层虽然成像精度低，但是结合已采煤层实际揭露资料，科学区分采空区引起与构造引起的地震波反射异常差异，对地震资料去伪存真，仍然能够为下伏煤层开采提供相对可靠的地质依据。
4）不同地区不同采空区条件下对下伏煤层进行三维地震勘探，还需要从地震装备、观测系统、采集参数、资料处理手段等方面进一步探索和研究。
参考文献：
[1]刘银波. 采空区下三维地震勘探新技术研究及应用[J]. 煤炭与化工,2017,40（1）:136-140.
[2]方荣耀,于攀.地震属性分析在沙曲煤矿采空区的应用[J].煤炭技术,2018,37（7）:119-121.
论文作者:刘 俊
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年5卷20期
论文发表时间:2019/12/2
标签：采空区论文; 煤层论文; 反射论文; 断层论文; 剖面论文; 资料论文; 地震波论文; 《工程管理前沿》2019年5卷20期论文;