印度冈瓦纳系煤层槽波探测技术的适应性

　　摘要　冈瓦纳系煤田占印度国家煤炭储量的99%。槽波探测技术是印度国家煤炭部第一次引进的矿井小构造物探成套技术。通过在A2、A3两个面的槽波探测工作，初步了解了其主采煤层的槽波条件、波速、频率和槽波穿透距离。
　　关键词　槽波勘探　适应性　印度煤田
　　中国图书资料分类法分类号　P631

THE ADAPTATION OF SEISMIC WAVE TECHNIQUE FORTHE COAL SEAMS IN GONDWANA SYSTEM OF INDIA

Feng Hong　Li Tianyuan　Yang Yuanhai　Zhao Jiong　Zhang Zhongli　Xiao Yan　(Xi'an Branch of CCRI)
　　Cheng Yun　Tian shengyong　Tong Yongsheng　(Hami Mining Bureau)

　Abstract　The coal reserve of Gondwana coal fields in India accounts for 99% of that in this country.The seismic wave technique is the geophysical assembly one for detecting the minor mine structures introduced by the Indian Ministry of Coal Industry for the first time.Through the seismic wave exploration by us in A2 and A3 working faces,the conditions,velocity,frequency and penetrating distance of seismic wave in the main mining seams are understood preliminary.
　Keywords　seismic wave exploration;adaptation;indian coal field

1　引言
　　印度是煤炭资源丰富的大国。在本世纪的70年代以前，国家能源结构中并不以煤炭为主。自从70年代初石油禁运引起世界性能源危机之后，印度政府决定要把煤炭作为主要能源。随之政府实行了全国煤炭行业国有化政策。国有化以来的第一个十年，也就是1983年年产原煤由1973年的7272万吨增至1.306亿吨，基本满足国民经济运行的需要。并新增探明储量260亿吨，累计达到1279亿吨硬煤和27亿吨褐煤(深度1 200 m以内、厚度在0.5 m以上)。
　　印度煤炭资源99%集中在冈瓦纳系的一套淡水沉积的二叠纪地层中，分布在大小50多个互相隔离的煤盆地内，小的只有几平方公里，大的可达
1 500 km²；煤种大多属低硫(0.7%)、低磷(0.01%)、高灰分(20%～30%)的烟煤或亚烟煤。在达莫达尔河谷带等处有火成岩床侵入、局部变质为天然焦。另外1%的煤炭资源赋于二十几个小的第三纪(始新世及渐新世)盆地内。
　　印度煤田的系统地质填图始于1837年，于1876年完成了全国主要煤田的地质填图。1847年开始钻探工作，到本世纪初钻探工作已遍及各主要煤田勘探测区。在煤炭行业国有化之后，政府明确提出勘探目标必须先于煤炭生产所需的5～10年的工作方针。印度国家煤炭公司系统在地质勘探方面有多个营地(或称野外作业队)，4个地区地质研究所，一个煤田规划设计和地质勘探研究院。他们主要开展地面勘探工作，有地质调查、制图编图、钻探、地球物理测井、电法勘探、二维地震勘探、矿区水文地质勘探、航空和卫星遥感图片解释处理、地质数据库管理及其计算机处理。而井下物探技术尚属空白。此前有英国等几个国家的矿井物探专家组做了一些技术介绍和试验，均未推广开，井下只有巷探和钻探。此次我们通过印度国家煤炭公司招标战胜英、德、法、美、澳等国，到印度进行技术培训、现场试验和设备移交。
　　现场试验先在穆尼迪矿，该矿位于印度东部，在中央煤田主要矿区之一的丹巴德矿区，是年产煤炭120万吨的大型矿井。生产中的采掘、提升、运输、通风、供电等所有设备都由英国提供配套。该矿开采深度300～600 m，为多煤组小间距，分叉合并较复杂的印度代表性地质条件。矿井分三个开采水平，由浅到深分为18号、17号和16号水平。每个水平分上下两个分水平，其中18号水平为300～400 m埋深段各煤层开采服务、17号水平为400～500 m埋深段各煤层开采服务、16号水平为500～600 m埋深段各煤层开采服务。煤层构造简单，顶板条件好，产状平稳，一般倾角在6～10°之间。但地温较高，如在360 m深处地温已达34～36℃。试验工作面选在18号下水平的18号A槽煤的A采区中的A2、A3工作面。18号A槽煤为该矿主采煤层，煤层稳定，埋深360 m，煤厚2.5 m到3.5 m，煤种为焦煤。其顶板为细砂质页岩，底板为中粒砂岩，直接底为薄层细砂岩。图1为A采区工作面位置图。

图1　A2、A3工作面布置、观测系统设置和透射覆盖图

　　此次试验的任务有两个，一是在A2工作面进行槽波透射探测条件试验；二是在A3工作面进行槽波反射探测条件试验。试验的目的也有两个，一是看煤层槽波探测的实际物性条件、槽波速度和频率特性；二是探查两个工作面中的煤层连续性。试验采用我们出口印度的DYSD型矿井多道遥测数字地震仪。
　　
2　A2工作面槽波透射探测
　　A2工作面回风巷已贯通，切眼也已做通，回采条件已形成。工作面宽100 m，长约450 m。对工作面进行槽波透射法探测的布置图见图1，布置检波点12个，位置编号依次为1～12；布设炮点7个，位置编号依次为13～19。
　　对井下采集的原始数据进行处理的流程如图2所示。首先对原始数据做检波器方面旋转预处理，由于地层倾角在6～10°之间，不用做地层倾角预处理。再对典型记录做频谱分析和槽波透射频散分析，由图3a多次滤波分析结果可见槽波埃里相的能量团很强，槽波埃里相速度约为900 m／s，槽波埃里相频带约为110～310 Hz。通过图3b典型记录道的极化分析，可见到拉夫型槽波埃里相波组的信噪比情况，在180 ms到210 ms时间范围内呈典型的SH波水平线性极化特征。用以上参数对记录做滤波分析，分离出槽波信息(图2b)，再做包络成图(图2c)。对其速度和还原能量做相对透射系数图(图4)，可见在探测观测系统覆盖范围内无尺寸大于或等于二分之一煤厚不连续结构体。

图2　透射槽波探测处理过程图
　　a——极化处理；b——滤波处理；c——包络处理

图3　多次滤波分析(a)和极化分析(b)

图4　相对透射系数图

　　
3　对A3工作面进行的透射槽波探测试验
　　A3工作面与A2工作面相邻布置，是尚未开掘任何巷道的待开工作面，设计边长450 m，宽100～200 m。因此只能借用A2与A3工作面相夹的A2工作面机巷进行单条巷道条件下的槽波反射探测。在A2工作面机巷450 m长范围和A采区皮带上山巷头25 m两段巷道内布置了两组小排列检波器，一段为6道，从1到6号点，另一段也为6道，编号从18到23号点，检波点距为5 m；放炮点位置为8、10、12、14、16和25号点，共计6炮，炮距40 m，见图1。图5为反射观测系统的覆盖关系图。

图5　反射槽波覆盖关系图

　　由于A3与A2工作面相邻，地层物性条件相差不大，所以可以借用A2工作面透射槽波探测数据分析所得的埃里相速度和频率值，对A3工作面的采集数据在旋转预处理后可直接进行滤波和包络分析，见图6。结果所有各检波道均无明显的槽波能量集中团，由此可得，A3工作面内不存在落差大于二分之一煤层厚度(即1.7 m)的煤层不连续地质结构体。

图6　A3工作面处理结果

4　结束语
　　通过以上A2、A3两个工作面的探测及数据分析表明，该煤层有良好的槽波形成条件，槽波埃里相速度在900 m／s左右，频率在110～310 Hz范围，与其它波种有明显的速度和频率差异，所以极易相互分离处理，是世界上最理想的槽波技术应用地区之一。这也是继槽波技术在英国、德国、前苏联、中国、澳大利亚、匈牙利、波兰、捷克和斯洛伐克等国应用成功后的又一个很好的推广应用区。它们将为印度国家煤炭生产发挥很大的作用，也为印度各种矿井物探技术推广应用迈出了良好的第一步。

作者简介：冯宏　男　37岁　高级工程师　地球物理勘探

作者单位：冯宏　李天元　杨元海　赵炯　张仲礼　肖岩(煤炭科学研究总院西安分院　710054)程云　田胜荣　童永生　(哈密矿务局　839003)