硫磺溝煤礦采掘工作面沖擊危險性評價及監(jiān)測解危方案最

1、.：.；工程稱號：硫磺溝煤礦采掘任務面沖擊地壓危險評價及監(jiān)測解危方案工程擔任人：藍 航 研討室主任、高工、博士參與人員： 姓 名 職務、職稱、學歷 專業(yè) 擔任工程內(nèi)容 毛德兵 所長、研討員、博士 采礦 工程指點 劉少虹 博士研討生采礦 地應力測試馮美華 碩士、工程師 地球物理 物探 于海湧 所總工、教授、博士 采礦 報告審核 姚建國 研討員 力學 報告審核 報告編寫：藍 航、劉少虹、馮美華報告匯總：藍 航報告審查： 報告文件編號： 立項背景1.1 礦井概略硫磺溝煤礦位于烏魯木齊西部準南煤田頭屯河區(qū)，頭屯河中游之西側(cè)，硫磺溝礦區(qū)中部，行政區(qū)劃屬昌吉市硫磺溝鎮(zhèn)管轄。井田東距烏魯木齊約40km，東北

2、距烏魯木齊火車西站24km，北距昌吉市50km，向南可達廟爾溝、天山林場等地，均有瀝青公路相通，交通便利。1.2 地質(zhì)概略硫磺溝煤礦位于準南煤田頭屯河區(qū)阿克德向斜南翼，地層分別劃歸中侏羅統(tǒng)西山窯組與頭屯河組，其上被第四系沖洪積、坡積物等覆蓋。西山窯組下段J2x1為主要含煤段，厚146182m，以湖沼相堆積為主。巖石組合為灰-灰黑色細砂巖、粉砂巖、泥巖、炭質(zhì)泥巖與煤。含煤37層，主要可采3層，即4-5，7，9-15號煤層,可采煤層總厚35.7448.20m。煤層間由細砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖為主組成，其次部分夾薄層炭質(zhì)泥巖，具旋回構(gòu)造，其層間接觸均為整合接觸。其他為不穩(wěn)定的不可采或部分可采煤

3、層。西山窯組上段J2x2為不含煤段，厚130150m，以河湖相堆積為主。巖石組合為灰-灰綠色砂礫巖、砂巖、粉砂巖、泥巖及少量炭質(zhì)泥巖與薄煤組成。不含可采煤層。頭屯河組下段J2t1屬干旱環(huán)境下的河湖相與山麓相堆積，厚260m。巖石組合為雜色粉砂巖與泥巖、中粗粒含礫砂巖等。礦井目前開采煤層為4-5煤層，煤質(zhì)為41號長焰煤，為黑色，條痕為黑褐褐黑色，光澤普通為油脂光澤，少部分為瀝青光澤，比重和硬度中等，性脆，節(jié)理裂隙比較發(fā)育，斷口以參差狀斷口為主，構(gòu)造多成條帶狀構(gòu)造。屬于低灰、特低硫、低磷、中高發(fā)熱量富油煤層，是良好的動力煉油用煤和民用煤。4-5煤層厚度5.56.8m，平均厚度為6.15m，煤層全區(qū)

4、發(fā)育，較為穩(wěn)定，自東向西略有增厚，沿傾向方向深部有變薄的趨勢，多以單一煤層發(fā)育，中部變?yōu)橛袠?gòu)造煤層，普通含夾矸1層，為較穩(wěn)定煤層。補勘三維地震勘探查出斷層10條，可靠斷層6條，較可靠斷層4條。其中落差50m的斷層2條，落差20mH50m的斷層2條，落差10mH20m的斷層2條，落差5mH10m的斷層4條。詳見斷層統(tǒng)計情況見表1-1。表1-1 斷層統(tǒng)計表斷層稱號性質(zhì)走向傾向傾角()長度(m)斷層落差(m)控制程度FD1逆NESE505510000-75可靠FD2逆NESE50601300-23可靠FD3逆NESE602800-13可靠FD4逆NESE55607500-25可靠FD5逆NNE-NS

5、E50602100-7較可靠FD6 正E-NEENW50553000-10可靠FD7 正NENW6070900-5較可靠FD8正NNENNW501700-5較可靠FD9 正NENW60708000-55可靠FD10 正EN55602800-5較可靠1.3 采掘任務面概略4-504任務面為硫磺溝煤礦4-502任務面的接續(xù)任務面，走向長度2750m，任務面長度180m。位于礦井西翼，布置在4-5煤層中，4-502任務面北部，與4-502任務面皮帶順槽程度間隔 36.8m，開切眼距礦區(qū)邊境150m。此外，還有三條下山巷道在向深部延伸，包括集中回風上山延伸、主暗斜井延伸和副暗斜井延伸，其中集中回風上山

6、延伸和副暗斜井延伸布置在4-5煤層中，主暗斜井延伸布置在9-15煤層中。各采掘任務面位置如圖1-1所示。圖1-1 硫磺溝煤礦各采掘任務面相對位置圖4-504任務面井下標高+700+777m，任務面順槽沿4-5煤層底板進展掘進，4-5煤層穩(wěn)定，頂板以粉細砂巖為主，富水性強，底板多為泥巖、粉砂巖。任務面總體為一單斜構(gòu)造，傾向北西，任務面煤層傾角19，掘進期間共揭露9條斷層，斷層為FD15FD23，斷層均為逆斷層，落差0.98.8m，對任務面回采具有一定影響。煤層頂?shù)装逯鶢钊鐖D1-2。圖1-2 煤層綜合柱狀圖1.4 “1.30災禍描畫2021年1月30日早班，掘進一隊5名工人完成第一循環(huán)后，前移前探

7、梁，并上網(wǎng)預備聯(lián)網(wǎng)，15時52分一聲煤炮，瞬間上幫和迎頭左肩窩處拋出大量煤體，將上幫3人埋住，事故共呵斥2死1傷。災禍發(fā)生時，煤炮響聲較大，在呵斥頂板冒落的同時，綜掘機被顛動，巷幫炸幫。煤炮發(fā)生時，該段巷道頂板、底板和兩幫圍巖的震動顯著。圖1-3為本次災禍頂板冒落斷面素描。(a)(b)(c)圖1-3 “1.30動力災禍頂板冒落斷面素描(a)平面圖(b)橫剖面圖(c)走向剖面圖1.5 災禍緣由分析根據(jù)調(diào)查組專家意見，造本錢次災禍的主要緣由有：1對硫磺溝煤礦地質(zhì)構(gòu)造應力認知缺乏，在消費實際中，對地質(zhì)構(gòu)造應力危害程度評價、存在發(fā)活力理、超前預控方案研討不夠、不深。2021年進展了+860m、+796

8、m程度地應力測試，垂直應力大于最大程度應力，為1.01.42倍，最大程度應力為最小程度應力1.351.82倍。4-5)04任務面兩順槽標高為+777m、+700m，隨著向西部掘進，炸幫、片幫、煤炮景象增多，礦方高度注重，多次組織專業(yè)人員討論分析，并咨詢了相關專家學者，當時分析以為這些景象的緣由能夠是隨著礦井延伸，地應力添加引起的，可以經(jīng)過卸壓方式處理，沒有從構(gòu)造應力場進展更深化細致的分析和研討。雖然礦井先后運用了綜掘機截割刨頭鉆進卸壓、改動截割工藝循序卸壓、鉆孔卸壓、爆破卸壓等方法，并根據(jù)實際效果確定了爆破和鉆孔卸壓相結(jié)合的方法，平安掘進了1000m左右，但是還是沒有防止災禍的發(fā)生。根據(jù)本次專

9、家組分析：礦井地質(zhì)報告闡明了井田位于北天山強震斷裂帶上，地震活動以強度大、頻率高、小震較多為特征，屬級地震烈度區(qū)。另外4-5)04任務面掘進期間共揭露9條斷層，斷層為FD15FD23，斷層均為逆斷層由程度應力擠壓構(gòu)成的，落差0.98.8m。闡明該礦井地層及構(gòu)造處于受地震影響區(qū)域，存在較大的程度構(gòu)造應力。根據(jù)新疆地震信息網(wǎng)報道1月31日10時29分瑪納斯縣發(fā)生3.6級地震，臨近地域在1.30事故次日發(fā)生地震闡明該地域存在大的構(gòu)造運動。本次煤體在掘進暴露后，煤體由原先的高程度構(gòu)造應力形狀向二維垂直應力形狀轉(zhuǎn)化時，積聚在煤體及巷道頂板巖層內(nèi)的彈性變形能忽然釋放，且左幫片幫處煤壁豎向煤體節(jié)理、劈理非常

10、發(fā)育，使煤體破碎并沿滑移面拋出。在煤體拋出的同時，已接受程度構(gòu)造應力及超前支承壓力等靜載的掘進頭前方頂板在該動載作用下，產(chǎn)生煤巖拋出的動力景象。2支護設計注重了支護強度，沒有思索到支護剛度問題。根據(jù)掘進期間出現(xiàn)的炸幫、片幫、煤炮景象增多，礦多次組織專業(yè)人員根據(jù)大專院校教師的建議進展討論分析并進展了支護優(yōu)化設計，提高了支護強度，并強化了支護質(zhì)量監(jiān)視檢查和驗收制度。此次事故現(xiàn)場錨桿拉拔力大于150kN，錨桿螺帽扭矩大于300Nm。事故現(xiàn)場未出現(xiàn)斷錨桿、錨索景象，闡明正常情況下，錨網(wǎng)索的支護強度是足夠的。但經(jīng)過此次專家組的分析：提出了支護剛度的概念，以為在集中構(gòu)造應力場作用下和松散的頂煤的條件下，現(xiàn)

11、有的支護設計約束不了掘進巷道圍巖煤體的變形、位移，會呵斥圍巖進一步松散和破壞，使錨桿、錨索支護失去作用。已掘巷道出現(xiàn)的網(wǎng)兜景象，就闡明支護剛度缺乏，其結(jié)果是呵斥巷道圍巖體松散破碎，支護失效，應力向深部轉(zhuǎn)移和集中，呵斥更大的隱患。3暫時超前支護方式不順應突發(fā)的異常動力景象目前掘進迎頭采用的是前探梁暫時超前支護，這種支護方式在此次事故中既沒有控制迎頭的煤體噴出，也沒有控制住已支護頂板迎頭后兩排的冒落，用于固定前探梁的錨桿一同垮落，前探梁失去支護作用，呵斥頂煤沒有支撐，瞬間垮落，無法維護作業(yè)人員平安，需求進一步的改良。1.6 研討內(nèi)容根據(jù)以上分析，為保證硫磺溝煤礦4-504任務面后續(xù)掘進及其它各采掘

12、任務面平安，必需首先弄清礦井當前采掘程度的地應力分布情況、對掘進迎頭附近構(gòu)造分布進展探測評價，并結(jié)合煤巖沖擊傾向性測試結(jié)果，從地質(zhì)影響要素和采掘技術影響要素綜合評價各采掘任務面能夠存在的沖擊地壓危險，在此根底上對巷道支護方案、設備及工藝進展調(diào)整和優(yōu)化，并制定相應的監(jiān)測和解危方案。為此，開展以下任務：1地應力測試在+777+665m選取三個測點，測試各測點三個主應力大小及其各自方向，根據(jù)測試數(shù)據(jù)分析礦區(qū)內(nèi)的地應力分布規(guī)律；2掘進迎頭周圍埋伏構(gòu)造/應力異常探測4-504皮帶順槽迎頭超前150m埋伏構(gòu)造/應力異常探測；4-504皮帶順槽左幫50m范圍埋伏構(gòu)造/應力異常探測；4-504皮帶順槽右?guī)?0

13、m范圍埋伏構(gòu)造/應力異常探測；4-504任務面切眼掘進超前50m埋伏構(gòu)造/應力異常探測。3各采掘任務面沖擊地壓危險評價4-502回采任務面沖擊地壓危險評價；4-504掘進任務面沖擊地壓危險評價；回風上山掘進任務面沖擊地壓危險評價；副暗斜井掘進任務面沖擊地壓危險評價。4沖擊地壓防治方案制定掘進支護參數(shù)；規(guī)范鉆屑量確定；應力異常監(jiān)測方案；應力異常區(qū)域解危方案；解危效果的鉆屑目的檢驗。2 +777+665m程度地應力測試硫磺溝煤礦上山巷道變形量較大，在(4-5)04任務面上、下順槽掘進過程中迎頭礦壓顯現(xiàn)較為明顯，巷道部分圍巖變形量較大。為了進一步了解硫磺溝煤礦地應力分布情況，分析巷道礦壓顯現(xiàn)明顯的緣

14、由，有必要對硫磺溝煤礦+777+665m程度區(qū)域進展地應力測試。2.1 空芯包體丈量方法簡介2.1.1 地應力丈量方法分類巖體地應力丈量，主要是指對處于地下原始形狀的巖(礦)中的某點的應力或應變的丈量。巖體原始應力形狀的定量數(shù)據(jù)，是礦山開采和地下建筑工程所必需的資料。巖體的應力能使巖體介質(zhì)的電阻率、磁化率和聲波穿透速度等發(fā)生變化，也能產(chǎn)生光彈效應和X射線衍射效應。因此，從實際上講，經(jīng)過這些物理效應完全可以丈量巖體的應力。目前，地應力測定方法很多，各種型號的地應力丈量儀器也應運而生，型號達200種以上。參照各種丈量方法的任務特點，把地應力丈量的方法分為五大類，分別為：宏觀類、微觀類、地震類、電磁

15、類和放射性類。其分類及其各自的任務方法和適用范圍詳見表2-1。表2-1 地應力丈量方法分類表類別組別測 量 方 法工 作 方 法適 用 范 圍宏觀類宏觀變形水壓致裂法在鉆孔中進展加壓至巖石破裂，測定破裂呵斥的壓力值。儀器有液壓傳感器，壓力計等。在地面和井下均可適用，是目前進展深部地應力丈量的獨一方法。大地丈量法(水準丈量、經(jīng)緯儀丈量和三角丈量)丈量區(qū)域垂直和程度位移，丈量三角網(wǎng)的邊長和角度變化。儀器有水準儀、經(jīng)緯儀等。適宜區(qū)域性現(xiàn)今構(gòu)造的概略分析。巷道壁變形丈量丈量巷道的徑向變形和巷道壁的外表變形。儀器有各種應變計。多用于工程設計、施工中了解原地應力和應變的情況。宏觀構(gòu)造構(gòu)造形跡法研討褶皺、斷

16、裂方向、節(jié)理、小褶皺組合分析等。儀器有地質(zhì)羅盤、皮尺等。地質(zhì)構(gòu)造專門調(diào)查研討，目前只能做定性分析。巷道變形、破壞調(diào)查法研討巷道變形特點，分析剝落巖石的位置和幾何外形，察看裂隙方向。儀器有地質(zhì)羅盤等。作為輔助方法概略的了解地應力形狀。鉆孔變形、破壞調(diào)查法研討鉆孔中裂隙方向，巖餅厚度等。儀器有地質(zhì)羅盤、皮尺等。作為輔助方法概略的了解地應力形狀。微觀類微觀形變孔壁應力解除法經(jīng)過丈量解除前后孔壁的應變變化，計算應力。典型的丈量探頭是空芯包體三軸應變計。運用做多的丈量方法，最適宜在井下巷道中進展應力丈量。做大優(yōu)點是單孔一次可測得三維應力。孔底應力解除法經(jīng)過丈量解除前后孔底的應變變化，計算應力。丈量探頭有

17、門塞式孔底應變計等。精度較低。國際上曾廣泛運用，目前很少運用。鉆孔位移法經(jīng)過丈量解除前后鉆孔孔徑的變化，推算應力形狀。儀器有光彈傳感器等。運用的較多，要求巖石完好。丈量三維應力必需在正交的三個孔中進展。鉆孔應力法把剛性探頭安裝在鉆孔中，丈量解除前后的應力變化。典型的丈量探頭是壓磁電感應變計。丈量精度高，運用的較多，要求巖石完好。丈量三維應力必需在正交的三個孔中進展。鉆孔崩落橢圓形法丈量鉆孔橢圓外形，長軸代表最小主應力方向，長短軸之比可粗略估算壓力值。適于脆性巖石，設備簡單，精度低。鉆孔應力擾動法在丈量小孔中安裝探頭，并在其周圍鉆平行擾動鉆孔，丈量發(fā)生的孔壁徑向變形。可利用消費鉆孔進展丈量。微觀

18、構(gòu)造顯微構(gòu)造分析法根據(jù)測定數(shù)據(jù)與應力的線性關系進展定量計算。普通用X射線法、電子顯微鏡透射法。目前處于探求階段。應力礦物定向研討法礦物顆粒內(nèi)部受應力作用的遺址方面的丈量定性統(tǒng)計。主要用于地應力的方向，目前尚無法確定地應力的大小。物理相態(tài)法利用巖石物理相態(tài)，判別地應力的量級。用于丈量地應力大小，尚無法確定地應力的方向。地 震 類超聲波法超聲波發(fā)射法丈量巖體中彈性超聲波的速度和幅度。儀器有超聲波傳感器。普通用于丈量地應力的方向和應力的相對變化。超聲波測井丈量超聲波和面波的速度和幅度。儀器又超聲波傳感器。普通用于丈量地應力的方向和應力的相對變化。地震波法天然地震法丈量地震波波速，進展震源機制解。儀器

19、有地震儀等。是求解震源應力形狀的方法。人工地震法反復進展人工爆破，用地震檢波器接納地震波。進展分析對比波速變化，從而確定地應力形狀。屬于區(qū)域性研討，可用于確定主應力方向，較難確定地應力的大小。電磁類變形電阻法用電位計定點，反復測定巖石電阻率的變化，推算應力。研討范圍從0.1m到幾十米。地面研討中經(jīng)常遭到水和其它要素干擾。導磁率法用磁力儀定點，反復測定巖石磁化率的變化，推算應力。運用范圍尚未確定。放射性類放射法利用射線穿透巖石，反復測定其衰減強度等。運用范圍尚未確定。2.1.2 應力解除法2.1.2.1 應力解除法的種類1鉆孔位移法該法又稱為鉆孔變形法。它是經(jīng)過丈量解除槽開出前后鉆孔孔徑的變化來

20、丈量地應力的。運用的傳感器稱為鉆孔變形計。2鉆孔應變法該法又分為孔底應變法和孔壁應變法?？椎讘兎ㄊ墙?jīng)過丈量解除前后鉆孔底面的應變變化來丈量應力的；孔壁應變法那么是經(jīng)過丈量解除前后鉆孔孔壁外表的應變變化來丈量地應力的。3鉆孔應力法該法是將剛性的鉆孔變形計置于鉆孔內(nèi)，利用丈量解除前、后變形計上的壓力變化來丈量地應力。變形計上的壓力變化與鉆孔孔徑變化有關。經(jīng)過力學分析，可以建立變形計的壓力與地應力的解析表達式。該剛性變形計稱為鉆孔應力計。2.1.2.2 應力解除法常用的測試儀器地應力的測試儀器很多，這里只引見幾種常用的儀器。1KX2021型空芯包體式三軸地應變計KX2021型空芯包體式三軸地應變計

21、是由地質(zhì)力學研討所制造的。這種應變計是澳大利亞CSIRO應變計的一種改良型，目前這種測試儀器在我國得到廣泛的運用。2YG-73型和YG-81型壓磁地應力計YG-73型和YG-81型壓磁地應力計是由地質(zhì)力學研討所和地殼應力研討所研制的，是對瑞典哈斯特應力計的一個改良。這種測試儀在我國得到廣泛的運用。3USBM鉆孔變形計該變形計是由美國礦物局研制的，是國際巖石力學學會實驗方法委員會建議采用的一種變形計。該變形計可安裝在孔徑為38mm的鉆孔中，可測三個方向的直徑變化，靈敏度為鉆孔直徑的十萬分之一。該應力計在套芯過程中可結(jié)實地固定在丈量孔中，不會產(chǎn)生滑動。它具有良好的防水性能，并能與訊號電纜分別。經(jīng)過

22、貼有應變計的觸頭與孔壁相接觸，量測鉆孔直徑的變化。USBM鉆孔變形計運用電阻應變儀進展讀數(shù)，運用率定安裝進展定期率定，運用雙向模量率定臺丈量巖芯的彈模。436-2型鋼環(huán)式鉆孔變形計該變形計是由中國科學院武漢巖土力學研討所研制的。變形計中有4個鋼環(huán)，每個鋼環(huán)上貼有應變片，可量測互成45的四個直徑方向的直徑變化。該應變計可安裝在36mm直徑的巖石鉆孔中。該方法需求丈量巖石的彈性模量和泊松比。5CSIR三向應變計CSIR三向應變計與KX2021型空芯包體三軸地應變計的原理一樣，也是用來進展孔壁應變丈量的。它可在單孔中經(jīng)過一次套芯解除獲得三維地應力形狀，所不同的只是應變計的構(gòu)造不一樣。6孔底應變計這種

23、應變計是李蔓于1964年提出來的。該應變計有一個應變花，由34個應變片組成。運用該應變計需磨平孔底，將應變計貼在孔底上，經(jīng)過套芯丈量孔底上的應變，從而計算平面應力。2.1.3 空芯包體式應力解除法的根本原理空芯包體丈量方法屬應力解除法(也稱套芯法)，是丈量地應力絕對值的常用方法。其原理簡單來說，就是在丈量地應力的地方先打丈量小孔，把丈量元件安裝在預定的深度位置，記錄儀器讀數(shù)，然后鉆一個與小孔同心的大孔，這一過程稱為套芯應力解除。在應力解除槽開挖過程中，由于巖芯脫離了地應力的作用而發(fā)生彈性恢復，鉆孔發(fā)生相應的應變，儀器讀數(shù)也跟著發(fā)生變化。利用鉆孔的應變和變形，按照彈性實際推導出的公式，計算出地應

24、力的大小和方向。接下來對空芯包體式應力解除法原理進展詳細論述。1鉆孔圍巖應力分布公式巖體中的一點的原巖三維應力場可由直角坐標系中的6個分量( QUOTE )來表示，而孔壁圍巖的三維應力場由柱坐標系中的6個分量( QUOTE )來表示，兩組坐標系的方向參見圖2-1。圖2-1 鉆孔位置的直角和柱坐標系表示圖由彈性力學坐標變換方法可知鉆孔壁附近的應力場與原巖應力場之間的關系為公式(2-1)(2-6)： QUOTE (2-1) QUOTE (2-2) (2-3) QUOTE (2-4) QUOTE (2-5) QUOTE (2-6)上述公式中， QUOTE 。柱坐標系的z軸的方向和直角坐標系的z軸相一

25、致。柱坐標系的角從x軸逆時針旋轉(zhuǎn)計數(shù)為正。2孔壁應變和原巖三維應力分量之間的關系圖2-2 電阻應變花的應力形狀表示圖孔壁附近a=r，可以近似的看作平面應力形狀，只需， QUOTE 三個應力分量，每個電阻應變花的4支應變片所測的應變值，(即) QUOTE 和它們的關系為(參見圖2-2)： QUOTE (2-7) QUOTE (2-8) QUOTE (2-9)式中，分別是孔壁周向、軸向和與鉆孔軸線成方向的應變值， QUOTE 為剪切應變值。將式(2-1)、(2-2)、(2-3)、(2-5)代入式(2-7)、(2-8)、(2-9)，可以得出孔壁應變，與原巖應力分量 QUOTE QUOTE 之間的關系

26、，即公式(2-10)(2-13)： QUOTE (2-10) QUOTE (2-11) QUOTE (2-12) QUOTE (2-13)每組應變花的丈量結(jié)果可得到4個方程，三組應變花共可得到12個方程，其中至少有6個獨立方程，因此可求解出原巖應力的6個分量。3關于空芯包體式應變計的修正由于空芯包體應變計中，應變片不是粘貼在孔壁上，而是與孔壁有1.5mm左右的間隔 ，因此其丈量出的應變值和孔壁真實的應變值之間是存在差別的。為了修正這一差別，沃羅特尼基和沃爾頓在公式(2-10)(2-12)中參與了4個修正系數(shù) QUOTE ， QUOTE 統(tǒng)稱K系數(shù)，其方式如公式(2-14)(2-16)： QUO

27、TE (2-14) QUOTE (2-15) QUOTE (2-16)2.1.4 空芯包體應變計的構(gòu)造我國常用的空芯包體應變計是由地質(zhì)力學研討所制造的KX2021型空芯包體式三軸地應變計。它是利用孔壁應變解除法進展地應力丈量的儀器，可在單孔中經(jīng)過一次套芯解除應變獲得三維應力形狀。其運用方便、安裝操作簡單、本錢低、效率高。這種應變計是澳大利亞CSIRO應變計的一種改良型，由GWorotnichi、RJWalton(1976年)設計。應力計由嵌入環(huán)氧樹脂筒中的12個電阻應變片組成。將3枚應變花(每枚應變花有4個應變片)沿環(huán)氧樹脂筒圓周相隔120粘貼，然后再用環(huán)氧樹脂澆注外層，使電阻應變片嵌在筒壁內(nèi)

28、(外層厚度約為0.5mm)。在應變計的頂部有一個補償應變片(圖2-3)。圖2-3 三組應變花的分布位置表示圖從左到右依次為：截面投影圖，A、B、C三組應變花的粘貼關系圖，鉆孔中的坐標關系圖KX2021型空芯包體三軸地應變計構(gòu)造如圖2-4所示。環(huán)氧樹脂圓筒有一個內(nèi)腔，用來裝粘結(jié)劑，另有一個環(huán)氧樹脂柱塞。運用時，將圓筒內(nèi)腔裝滿粘結(jié)劑，讓柱塞插入內(nèi)腔約1.5cm深處，用固定銷將其固定。柱塞的另一端有一導向定位頭，以便將應變計順利地安裝在小孔中所需求的位置上。將應變計送入鉆孔中預定位置后，用力推進安裝桿，可使固定銷切斷，繼續(xù)推進可使粘結(jié)劑經(jīng)柱塞小孔流出，進入應變計和小孔壁之間的間隙里，經(jīng)過一定的時間，

29、粘結(jié)劑固化后，即可進展套芯解除。圖2-4 KX2021型空芯包體三軸地應變計構(gòu)造表示圖應變計的外徑為35.5mm，任務長度175mm，可安裝在直徑為3638mm的小鉆孔中，應變計具有良好的絕緣防水性能。2.1.5 SDX定向儀采用SDX程度定向儀確定程度或傾斜鉆孔中地應力計應變片的方向。它由顯示器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。顯示器由三位半袖珍式數(shù)字萬用表改裝而成，它的作用是供應轉(zhuǎn)換器一個恒壓電源和顯示丈量讀數(shù)。轉(zhuǎn)換器由圓形的高精度線性快速電位器、重錘、外殼、安裝卡頭組成。電位器固定在外殼上，重錘固定在電位器旋轉(zhuǎn)軸上，使重錘與滑動臂相對固定不變，由于重力作用，重錘永遠指向重力方向，所以滑動臂的指向也固定

30、不變。當電位器電阻膜片隨著外殼旋轉(zhuǎn)時，滑動臂與電阻膜片上的參考點之間的夾角將發(fā)生變化。測出電壓的變化即可算出探頭的安裝角度。2.1.6 礦山壓力監(jiān)測分站目前空芯包體地應力丈量中運用的KJF327-F礦山壓力監(jiān)測分站由原煤炭科學研討總院北京開采所(現(xiàn)煤炭科學研討總院開采設計研討分院)研制。特點是穩(wěn)定性好、靈敏系數(shù)調(diào)理范圍寬、電阻平衡范圍寬、量程寬、分辨率高、精度高。儀器按平安型電路設計，密封便攜，可運用于野外及煤礦井下，是現(xiàn)場進展鉆孔應力解除中可靠的丈量工具。圖2-5為KX2021型空芯包體應變計和KJF327-F礦山壓力監(jiān)測分站。圖2-5 KX2021應變計及KJF327-F礦山壓力監(jiān)測分站2

31、.1.7 傳感器圍壓率定機傳感器圍壓率定機的作用是求算巖石的彈性模量和泊松比。為了求算巖石的彈性模量和泊松比進展率定，做出率定曲線。率定機主要由圍壓器和油泵組成，設備如圖2-6，原理構(gòu)造如圖2-7。圖2-6 圍壓率定設備圖 圖2-7 圍壓率定設備構(gòu)造圖在應力解除之后，將帶有元件的巖芯進展密封處置，之后放入率定機中進展率定。巖芯中的水份散失很小，可以以為巖芯的力學性量變化不大。丈量時，取出帶有空芯包體探頭的巖芯，運用圍壓率定機進展率定，將套芯之后所取出的帶有元件的巖芯放入元件率定機中，用油泵將油打入圍壓器中，給巖芯施加均勻圍壓到預定值，然后退壓，同時進展儀器讀數(shù)，就可以畫出率定曲線。在計算主應力

32、時，需求巖石彈性模量E和泊松比這兩個參數(shù)，現(xiàn)場地應力丈量時是經(jīng)過圍壓率定機來丈量的。同時圍壓率定機還要檢測應力計可靠性。假設時間允許，也可將獲得的巖芯拿到實驗室用實驗機進展實驗，這樣結(jié)果會更可靠。2.1.8 地應力丈量任務流程1鉆進丈量孔：施工流程如圖2-8所示。圖2-8 施工流程圖在選定測點先鉆不斷徑130mm的鉆孔達預定深度，(選定地點要避開巷道周圍應力集中區(qū)，對于程度孔，鉆孔要上傾58，便于水和巖粉順利排出)；用一樣口徑的尖鉆頭打一個導向用的喇叭口，深度約68cm(假設孔較淺，巖石節(jié)理裂隙較發(fā)育時，普通尖孔打5cm左右，以使開鉆解除時不致于因起始巖芯壁薄破碎掉塊，而卡斷巖芯，導致解除失敗

33、。)。然后鉆一個孔徑為36mm的丈量小孔。打丈量孔應該要求孔壁圓滑，孔徑一致；小孔深度為3540cm，小孔鉆進過程中，加壓必需均勻，并保證足夠的水量，以使巖粉排出；要根據(jù)空芯包體外徑和巖性情況，挑選適宜外徑的小孔鉆頭；打丈量小孔過程中，最好不要中途停鉆，堅持均勻速度鉆進，直至所需深度，以保證元件安裝部位孔徑一致，孔壁光滑。丈量小孔打成后，用清水將孔內(nèi)沖洗干凈。2定向：將SDX程度定向儀安裝在安裝桿的前部，引出導線。定向儀的前部那么用于安裝空芯包體應變計。3應變計的安裝：清洗和擦凈鉆孔后，預備安裝應變計。將空芯包體應變計按規(guī)定方向安裝于定向儀的前部，引出丈量導線，調(diào)整好定向插頭，先將A、B兩種膠

34、結(jié)劑按比例倒入應變計空腔內(nèi)，固定好柱塞，用帶有定向儀的安裝桿小心地將應變計送到小孔內(nèi)，用力將柱塞推入應變計空腔內(nèi)，將膠結(jié)劑擠入應變計與小孔之間的縫隙中，此時應變計安裝終了。這時要留意，不要讓導線纏繞在鉆桿上，并按要求施加適當?shù)念A應力，安裝完應變計后將定向儀讀數(shù)記錄下來。4解除前的預備任務：經(jīng)24小時固化，在丈量應變計安裝角度之后，取出定向儀，解除前將導線從鉆頭、巖芯管、鉆桿穿過，最后從旋轉(zhuǎn)水接頭(鉆桿的水接頭)處引出，與儀器相銜接，以便用儀器監(jiān)測各元件在解除過程中讀數(shù)變化情況，這時可以開場沖水實驗，水溫應與環(huán)境溫度一致，在沖水過程中，儀器讀數(shù)稍有變化，經(jīng)過一段時間后，儀器讀數(shù)就穩(wěn)定下來，此時可

35、以開鉆解除。5解除過程：用直徑130mm的套芯鉆頭在原鉆孔內(nèi)延深鉆進，即是與小孔同心鉆取巖芯，這一過程稱為開挖應力解除槽，隨著應力解除槽的加深，巖芯逐漸脫離周圍應力場作用，于是巖芯發(fā)生彈性恢復，安裝于小孔中應變計上的荷載隨之變化，因此，儀器讀數(shù)也發(fā)生變化。應力解除槽逐漸加深，在應力解除過程中要跟蹤丈量，當套芯進尺超越應變計安裝位置時，且各應變片讀數(shù)趨于穩(wěn)定時，停頓鉆進取出巖芯。為了取芯順利，通常多鉆進幾厘米，閱歷闡明，空芯包體應變計的解除深度應大于40cm。現(xiàn)場獲得的應力接觸后的巖芯如圖2-9所示。圖2-9 應力解除后的巖芯2.2 硫磺溝煤礦地應力丈量方案2.2.1 丈量地點的選取原那么地應力

36、丈量地點及設備的選擇要滿足以下要求：1丈量礦井原始地應力就是確定未受開采擾動的三維應力形狀，這種丈量是經(jīng)過逐點丈量來完成的。由于地應力形狀的復雜性和多變性，要比較準確的反映整個礦井區(qū)域內(nèi)的地應力分布情況，就必需在開采區(qū)進展一定數(shù)量的“點丈量，通常不少于兩個點。普通情況下，測點布置在不同采區(qū)、不同程度內(nèi)。2丈量地點的地應力值應能確切反映該區(qū)域巖體應力的普通程度，而地質(zhì)構(gòu)造往往是地應力集中的區(qū)域，特別是構(gòu)造較復雜的階段。同時由于人工采掘活動產(chǎn)生的采動應力，也會對原巖應力產(chǎn)生擾動。因此選擇的地點應避開褶曲、斷層等地質(zhì)構(gòu)造帶，且無采動影響。盡量將測點位置選在穩(wěn)定巖層中，假設需求穿層打孔，要保證在這個范

37、圍內(nèi)巖石符合要求。3丈量中運用空芯包體應變計，丈量地點要盡量選在層厚適宜的穩(wěn)定巖層中，巖石越致密、鞏固、所含有的裂隙越少，丈量的準確率越高。假設沒有條件完全適宜的巖層，首先思索的是巖石的硬度和水解性，以鞏固、遇水不溶解不膨脹的巖石為好，裂隙的發(fā)育程度可以作為次要要素思索。4空芯包體應力解除法必需運用全液壓坑道鉆機(如圖2-10所示)，為了可以擺放鉆機且保證鉆孔任務的正常進展，所選巷道的寬度至少要4.5m。圖2-10 地應力測試用全液壓坑道鉆機5由于巷道周圍巖體中的應力在掘進期間已遭到擾動，在引起鉆孔應力解除法丈量時，安裝空芯包體的小孔必需位于此影響范圍以外。根據(jù)巖石力學分析，巷道側(cè)向應力影響范

38、圍普通為巷道寬度的2倍以上，鉆孔深度通常在1012m之間。6選擇丈量地點時還必需留意防止地應力丈量期間與巷道施工或其他消費工序的相互影響，同時選擇接水、電方便的地點。打鉆運用的是金剛石鉆頭，鉆孔過程中需求大量的水用來光滑，因此要保證丈量地點具備較高的水壓。2.2.2 地應力測點選取硫磺溝煤礦地應力測點布置如圖2-11所示，測點情況如表2-1所示。圖2-11 硫磺溝煤礦地應力測點位置表2-1 硫磺溝煤礦地應力測點根本情況測點編號測點位置巷道寬度(m)地面標高(m)井下標高(m)深 度(m)巖性1(4-5)04軌道順槽甩車場導線點拐2前2.2m4.8+1123+777.1345.9細砂巖2(4-5

39、)04皮帶順槽導線點P25前54m4.95+1201+719.1481.93集中回風上山至+668m水倉開口向里6.5m4.5+1113.3+665.1448.22.3 硫磺溝煤礦地應力丈量結(jié)果及分析2.3.1 根底數(shù)據(jù)丈量根底數(shù)據(jù)丈量主要包括應力解除過程中空芯包體周圍12枚應變片的應變量監(jiān)測及鉆取巖芯的圍壓率定。應力解除的目的是獲得測點巖芯在解除應力作用后恢復的應變，并以此為根底計算該點的應力大小和方向。圍壓率定是為了獲取巖芯在圍壓條件下各方向的彈性模量和泊松比。從2021年2月25日開場進展地應力丈量的預備任務，到3月14日完成地應力丈量任務。應力解除過程中，取芯鉆桿每前進2cm采集一次，

40、每孔采集2025次。從應變變化曲線判別各個應變片(每個通道代表一個應變片)的任務情況。假設應變片任務正常，最終各條曲線都將趨于平穩(wěn)，這個穩(wěn)定值即作為計算地應力的數(shù)據(jù)。裝有包體的巖芯取出后，運用圍壓率定儀將其率定，以計算出各測點巖芯的彈性模量及泊松比。以3#測點為例，率定曲線如圖2-12所示。各測點的率定結(jié)果如表2-2。圖2-12 3#測點巖芯圍壓率定曲線表2-2 巖芯圍壓率定結(jié)果編號彈模/MPa泊松比1#測點巖芯170000.22#測點巖芯190000.193#測點巖芯195000.192.3.2 地應力丈量計算結(jié)果經(jīng)過對現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)進展整理和室內(nèi)實驗室測定，采用KX2021型空芯包體應力計算

41、程序?qū)α蚧菧厦旱V地應力進展計算，地應力測點信息詳見表2-3，各應力分量計算結(jié)果見表2-4，各測點主應力測試結(jié)果匯總，如表2-5所示。表2-3 硫磺溝煤礦地應力測點的鉆孔信息測點編號孔深/m方位角/仰角/安裝角/丈量日期計算日期112.8331502021-2-282021-3-12123251002021-3-62021-3-7310328502021-3-132021-3-14 (注：安裝角是包體完成安裝后，以垂直向上為起點，逆時針旋轉(zhuǎn)到0應變花的角度，即圖2-1中的角。)表2-4 硫磺溝煤礦各測點應力分量測點編號應力分量量值/MPa應力分量量值/MPa16.843.051.592.169.

42、115.429.534.252.223.0112.696.938.650.699.16-9.4611.260.24注：表中為x方向程度應力；為y方向程度應力；為垂直方向正應力；，分別為xy，yz，xz平面的剪應力。表2-5 硫磺溝煤礦主應力丈量計算結(jié)果測點編號主應力類別主應力值/MPa方位角/傾角/18.2068.1-9.89.6919373.34.70155.813.4212.60 90.63.013.50 25785.49.02 181.1-7.339.6434.5-2.111.28100.284.98.14124.7-4.72.3.3 地應力場特征分析對實測結(jié)果的初步分析得：硫磺溝煤礦+

43、777+665m程度內(nèi)，最大程度主應力與最小程度主應力的比值介于1.181.74之間，在量值上相差較大，這使得程度應力的影響具有明顯的方向性。并且垂直主應力量值上約為最大程度主應力的1.071.18倍，應力場特征為，硫磺溝煤礦地應力場目前以垂直應力為主。按公式(4)計算該礦原巖應力實際值： (2-17)其中：為上覆巖層的容重。通常，H為深度。由表2-6可知，垂直方向主應力略大于單位面積上覆巖層的分量，相差在26%，實際與實踐吻合較好。差別的存在與該區(qū)地層的傾向及構(gòu)造運動有關。表2-6 硫磺溝煤礦垂直應力實際值測點編號鉆孔深度/m垂直應力實際值/MPa垂直應力實測值/MPa1345.98.649

44、.112481.912.0412.693448.211.2111.26圖2-13為地應力測點程度主應力方向表示圖。圖2-13 各測點程度主應力方向經(jīng)過對實測地應力結(jié)果進一步分析，可得到如下規(guī)律：1地應力場類型硫磺溝煤礦+777+665m程度內(nèi)，最大程度主應力與最小程度主應力的比值介于1.181.74之間，在量值上相差較大，這使得程度應力對巷道頂、底板的影響表現(xiàn)出較明顯的方向性。垂直主應力量值上約為最大程度主應力的1.071.18倍，應力場特征為，闡明硫磺溝煤礦地應力場目前仍以垂直應力為主。2程度主應力方向的分布特征每個測點有兩個主應力方向接近程度方向，其傾角在13之間；每個測點的最大主應力均接

45、近垂直方向，與垂直方向偏角小于20。測點最大程度主應力方位角集中在34.590.6之間，與硫磺溝煤礦多數(shù)任務面順槽軸向夾角均小于35，與集中回風上山、主暗斜井、副暗斜井的夾角大于51，因此程度主應力對回風上山、主暗斜井、副暗斜井等上山巷道的影響較大。由“最大主應力原理可知，當這些巷道向深部掘進時，受最大程度主應力的影響最大，對巷道頂?shù)装宓姆€(wěn)定最為不利。3地應力量級根據(jù)康紅普等對煤礦地應力研討成果：最大主應力屬于010MPa為低應力區(qū)；1018MPa為中等應力區(qū)；1830MPa為高應力區(qū)；大于30MPa為超高應力區(qū)。硫磺溝煤礦+777+665程度最大主應力在9.6913.5MPa之間，屬于中低應

46、力區(qū)。4主應力隨深度的變化規(guī)律硫磺溝煤礦主應力值隨埋深的變化曲線如圖2-14所示。由最小二乘法進展回歸分析，得到主應力的回歸方程如下，經(jīng)過方程(2-18)、(2-19)、(2-20)可以估算+600m程度以上區(qū)域的地應力值，其中x表示深度，y為對應的主應力值。a垂直主應力： (2-18)b最大程度主應力： (2-19)c最小程度主應力： (2-20)圖2-14 主應力隨深度的變化規(guī)律由回歸方程可以得出，礦區(qū)的垂直主應力、最大程度主應力，最小程度主應力的大小均隨測點深度的添加而線性添加，如圖2-14。雖然2#測點位于+719m程度，3#測點位于+668m程度，從空間上看3#測點位于2#測點的下部

47、，但是遭到地表起伏變化的影響，2#測點的地應力值反而大于3#測點。因此，調(diào)查硫磺溝煤礦井下地應力值，只根據(jù)井下標高是不夠的，要綜合井上、下標高計算測點的埋深，從而獲得地應力值。5側(cè)壓系數(shù)隨深度的變化規(guī)律側(cè)壓系數(shù)是描畫地應力場的物理量之一，指的是程度主應力的平均值和垂直主應力的比值，公式如下： 2-21其中，表示側(cè)壓系數(shù)。硫磺溝煤礦+777+665m程度的側(cè)壓系數(shù)為0.670.8，如圖2-15。由回歸分析得，側(cè)壓系數(shù)隨著深度的增大逐漸添加，闡明程度主應力的影響在逐漸增大。圖2-15 側(cè)壓系數(shù)隨深度的變化規(guī)律需求闡明的是，由于丈量方法、實測過程和計算程序等方面的緣由，實測獲得的地應力值及其方位或與

48、實踐有所偏向，但這種偏向?qū)χ鲬Φ姆植家?guī)律和變化趨勢來說是允許的。2.4 測試結(jié)論1硫磺溝煤礦+777+665m程度的地應力場目前仍以垂直應力為主，屬于垂直應力場類型；但最大程度主應力已跟垂直應力接近，程度主應力的影響隨深度添加而逐漸增大。2硫磺溝煤礦+777+665m程度屬于中低地應力區(qū)，程度、垂直主應力值隨著埋深的添加而增大。3由最小二乘法進展回歸分析，得到主應力的回歸方程。經(jīng)過回歸方程可以估算+600m程度以上區(qū)域的主應力值。4硫磺溝煤礦最大程度主應力方位角集中在34.590.6之間，與任務面順槽軸向夾角均小于35，與集中回風上山、主暗斜井、副暗斜井的軸向夾角大于51，因此回風上山、主暗

49、斜井、副暗斜井易受最大程度主應力的影響，巷道變形較大。當這些巷道向深部掘進時，受最大程度主應力的影響會更大。3 4-504任務面掘進地質(zhì)構(gòu)造探測3.1 巷道側(cè)向地質(zhì)構(gòu)造反射共偏移探測3.1.1 根本原理及探測設備3.1.1.1 單點探測原理單點探測是利用聲波在波阻抗不同的介質(zhì)界面反射原理來探測介質(zhì)中聲波的傳播速度和介質(zhì)厚度的。該探測技術是源于反射地震波勘探中的自激自收方式圖3-1，故現(xiàn)場探測時要求檢波器和震源盡量的接近，但不要接觸震源，即反射波中偏移距為零的垂直反射方式。它是經(jīng)過接納巖、煤層界面的地震波垂直反射信號，來解析計算目的層間隔 或厚度的。反射波時距曲線方程： 3-1令，那么。式中時間

50、可由波形記錄上判讀，波速須是一知數(shù)，其取值準確與否，直接影響到目的層間隔 或厚度探測的精度。反之，假設知目的層間隔 或厚度，就可以解析煤巖層的速度。普通來說，在一定的探測區(qū)域內(nèi)，巖、煤層的垂向波速都較穩(wěn)定，探測時可作波速調(diào)查，弄清各層波速分布情況，為探測解析提供根據(jù)。圖3-1 單道觀測系統(tǒng)波路圖3.1.1.2 反射共偏移探測原理反射共偏移探測技術是根據(jù)反射波勘探原理，在單邊陳列分析根底上選定最正確偏移距，采用多次覆蓋觀測系統(tǒng)進展數(shù)據(jù)采集。如圖3-2所示，根據(jù)巷道特點，設計了單邊激發(fā)、多道接納的觀測系統(tǒng)。用錘擊激發(fā)產(chǎn)生地震波，構(gòu)成震源，當?shù)卣鸩ㄔ趲r石中以球面波方式傳播遇到巖石物性界面(即波阻抗明

51、顯差別界面，如斷層、采空區(qū)、巖石破碎帶和巖性變化等)時，一部分地震信號反射回來，一部分信號透射進入前方介質(zhì)。反射回來的地震信號被一端的檢波器Ri接納構(gòu)成地震記錄。現(xiàn)場探測時在最正確窗口內(nèi)選擇一個公共偏移距，采用小步長，堅持激發(fā)點和和接納點位置不變，同步挪動震源和檢波器。每激發(fā)一次接納一組波形，最后得到一張多道地震記錄。對采集回來的數(shù)據(jù)運用濾波、道間平衡、疊加和偏移等技術進展深度處置，處置后得到一張偏移地震剖面，從中識別反射波同相軸。工程中經(jīng)過分析反射波同相軸位置及特征，并結(jié)合探區(qū)周圍地質(zhì)構(gòu)造等地質(zhì)環(huán)境來對斷層、陷落柱、巖石破碎等不良地質(zhì)體的位置、規(guī)模、產(chǎn)狀進展探測。這種方法施工簡便易行，適用于

52、礦井煤巖巷道或任務面構(gòu)造及異常地質(zhì)體的調(diào)查。圖3- SEQ 圖4- * ARABIC 1 共偏移多次覆蓋表示圖3.1.1.3 探測設備KDZ1114-6A30 礦井地質(zhì)探測儀是新一代的便攜式多功能的智能礦井地質(zhì)探測儀器，主要用于處理井下采掘任務面前方及周圍未探明的不良地質(zhì)構(gòu)造斷層、陷落柱等和影響范圍及巷道余煤巖厚度等的預測預告，為礦井工程、隧道工程施工提供技術保證。儀器主機采用當前非常先進并且成熟的嵌入式系統(tǒng)技術、片上系統(tǒng)SOC技術、圖形用戶界面技術GUI、低功耗設計技術以及各種高分辨率淺層地震勘探方法與技術等。本次反射共偏移探測采用KDZ1114-6A30型便攜式礦井地質(zhì)探測儀和TZBS系列

53、主頻為100Hz傳感器進展數(shù)據(jù)采集。探測任務主要運用的儀器設備有：KDZ1114-6A30型礦井地質(zhì)探測儀一臺及附屬配置線；HDQS系列(主頻為100Hz)高阻尼傳感器3組； = 3 * GB3 啟動芯片假設干；采集系統(tǒng)主要硬件技術參數(shù)：通道數(shù)：3道；A/D轉(zhuǎn)換：24位；觸發(fā)方式：外觸發(fā)；采樣間隔：160s；采樣頻帶：2500Hz低通；固定增益：2448dB；采樣長度：2048點。3.1.2 探測方案設計4-504任務面為硫磺溝煤礦4-502任務面的接續(xù)任務面，走向長度2750m，任務面長度180m。位于礦井西翼，布置在4-5煤層中，4-502任務面北部，與4-502任務面皮帶順槽程度間隔 3

54、6.8m，開切眼距礦區(qū)邊境150m。目前正在進展4-504任務面皮帶順槽掘進。1單點探測方案設計此方案的目的是為了測試出該任務面煤層的速度，為后面的反射共偏移探測提供適宜的偏移速度。測試點位于4-504軌道順槽上幫以掘進方向為基準結(jié)實且完好區(qū)域，現(xiàn)場測試時采用錘擊震源，三個檢波器均勻分布在以錘擊點為中心0.51m為半徑的圓上，實驗時采用與儀器配套的100Hz的HDQS-100動圈振動速度檢波器。放置檢波器時，檢波器的指向要和煤層的傾角盡量堅持一致，觀測系統(tǒng)如圖3-3所示。圖3-3 4-504軌道順槽上幫單點速度測試觀測系統(tǒng)設計方案2反射共偏移探測方案設計4-504皮帶順槽掘至距聯(lián)絡巷600m位

55、置時，掘進范圍內(nèi)礦壓顯現(xiàn)比較明顯，推測掘進范圍內(nèi)能夠有不良構(gòu)造的影響。探測期間，巷道迎頭后方1525m范圍內(nèi)頂煤及兩幫較為破碎，錨網(wǎng)變形嚴重。為探明掘進范圍內(nèi)能夠遇到伴生斷層或其它地質(zhì)異常的賦存情況，決議在4-504皮帶順槽開展反射共偏移探測。本次探測在間隔 4-504皮帶順槽有限空間內(nèi)展開，采用錘擊震源。為探測距皮帶巷左、右?guī)?0m處斷層等不良地質(zhì)構(gòu)造，設計如圖3-4探測范圍。圖3-4 4-504皮帶順槽側(cè)向反射共偏移探測位置表示圖現(xiàn)場測線布置時，為了獲得不同偏移距的波形數(shù)據(jù)，采用單邊激發(fā)、三道接納的觀測系統(tǒng)設計，一錘三道沿著平行底板齊腰位置組成一個直線陳列，每激發(fā)1錘，陳列向右挪動1個步長

56、?？偣苍O計激發(fā)25錘，探測范圍52m，設計錘擊步長2m，單分量檢波器R1、R2和R3布置在錘擊激發(fā)點右側(cè)，偏移距4m，道間距2m。運用設備配套的公用銅錘(可用礦上提供的大鐵錘)作為激發(fā)震源。觀測系統(tǒng)設計方案如圖3-5所示。按照施工設計，左、右?guī)透髯鲆淮巍D3-5 4-504皮帶順槽側(cè)向反射共偏移觀測系統(tǒng)設計方案3.1.3 數(shù)據(jù)采集質(zhì)量3.1.3.1 上幫數(shù)據(jù)質(zhì)量本次數(shù)據(jù)采集每道采樣點數(shù)1024，采樣間隔0.096ms，系統(tǒng)延時0ms，每道采樣時間98.21ms，系統(tǒng)增益均為24dB。每次激發(fā)有3道同時接納，實踐激發(fā)25錘，有效25錘，共采集75道有效數(shù)據(jù)。覆蓋次數(shù)n=1.5，滿足后期數(shù)據(jù)處置要

57、求。經(jīng)過抽道處置，將全部數(shù)據(jù)按不同偏移距進展抽道集，圖3-6為偏移距分別為4m時即每一個陳列中第1道的波形數(shù)據(jù)和對應的頻譜分析結(jié)果，圖中各種反射波組特征明顯，反射相位明晰，為解釋和判別提供根據(jù)。波形數(shù)據(jù)頻譜分析圖3-6 檢波器R1接納波形及其頻譜分析3.1.3.2 下幫數(shù)據(jù)質(zhì)量本次數(shù)據(jù)采集每道采樣點數(shù)1024，采樣間隔0.096ms，系統(tǒng)延時0ms，每道采樣時間98.21ms，系統(tǒng)增益均為24dB。每次激發(fā)有3道同時接納，實踐激發(fā)25錘，有效25錘，共采集75道有效數(shù)據(jù)。覆蓋次數(shù)n=1.5，滿足后期數(shù)據(jù)處置要求。經(jīng)過抽道處置，將全部數(shù)據(jù)按不同偏移距進展抽道集，圖3-7為偏移距分別為4m時即每一

58、個陳列中第1道的波形數(shù)據(jù)和對應的頻譜分析結(jié)果，圖中各種反射波組特征明顯，反射相位明晰，為解釋和判別提供根據(jù)。 波形數(shù)據(jù)頻譜分析圖3-7 檢波器R1接納波形及其頻譜分析3.1.4 數(shù)據(jù)處置3.1.4.1 單點探測數(shù)據(jù)處置4-504軌道順槽與4-502任務面剩余回采部分的皮帶順槽中間是一寬度為40m的煤柱，即該單點探測介質(zhì)厚度為40m。對采集的單點數(shù)據(jù)進展波形挪動、一維濾波等預處置后，選擇一道接納效果良好的波形進展速度測試。根據(jù)地震波信號變化選擇異常界面4-504軌道順槽下幫與空氣組成的強波阻抗界面測得速度為v=2.82m/ms，計算方法如圖3-8所示。由于探測煤層有約19的傾角，反射波途徑主要經(jīng)

59、過煤層與底板界面?zhèn)鞑?，因此以為測得的速度為該探測區(qū)的綜合速度。而由于本次發(fā)射共偏移重點探測區(qū)域與煤柱寬度相當且又有一定的傾角，假設該范圍內(nèi)存在波阻抗界面，其反射波傳播途徑與煤柱內(nèi)震波傳播途徑類似，因此，兩者速度可近似替代。圖3-8 皮帶巷單點速度測試結(jié)果圖3.1.4.2 反射共偏移探測數(shù)據(jù)處置1上幫數(shù)據(jù)處置將現(xiàn)場采集到的物探數(shù)據(jù)經(jīng)過處置方能轉(zhuǎn)化為可利用的物性圖件，震波探測數(shù)據(jù)主要在KDZ3.0軟件平臺上進展，反射共偏移探測后處置主要有如下處置流程：記錄解編文件上傳、道參修正，預處置頻譜分析、帶通濾波、振幅調(diào)整，中心處置疊前深度偏移和偏移剖面成果顯示。疊前時間偏移為反射共偏移技術后處置的中心部分

60、，該技術的作用是在給定速度模型的條件下，將傾斜反射界面的反射波，斷層面上的斷面波，彎曲界面上的回轉(zhuǎn)波等歸位，得到反射界面的真實位置和構(gòu)造形狀，以及明晰可辨的斷點和尖滅點。單點探測測試出的速度v=2.82m/ms，根據(jù)現(xiàn)場的地質(zhì)條件分析該任務面的煤層速度根本一致，因此可以運用該知點反演的速度計算其它異常位置的間隔 。對含有不同炮間距的數(shù)據(jù)按偏移距4m、6m和8m進展抽道，一樣偏移距地震道抽到一同分別進展反射共偏移處置，最終選擇偏移距為4m的數(shù)據(jù)偏移后作為成果圖。2下幫數(shù)據(jù)處置下幫數(shù)據(jù)處置方法和流程同上幫數(shù)據(jù)處置。3.1.5 探測成果解釋在地震時間剖面或深度剖面上反射層位表現(xiàn)為同相軸的方式，所以在